Cinética Química: Velocidad, Orden y Factores de Reacción

Estudio Cinético de las Reacciones Químicas

Velocidad de Reacción

La velocidad de reacción es el cambio en la concentración de reactivos o productos con respecto al tiempo. Representa la rapidez con que ocurre la transformación química de los reactivos en los productos. La velocidad de reacción instantánea se puede medir como la tangente en un instante determinado de la curva de la gráfica de concentración frente al tiempo.

Ley de Velocidad y Orden de Reacción

La ley de velocidad de reacción expresa la relación entre la velocidad de una reacción y las concentraciones de los reactivos. Para una reacción general del tipo aA + bB → cC + dD, donde A, B, C y D son las sustancias y a, b, c y d los coeficientes estequiométricos, la ley de velocidad se puede expresar de la forma: v = k [A]x[B]y.

A la constante k se le denomina constante de velocidad y depende de la energía de activación, según la expresión de Arrhenius: k = A · e-Ea/RT, donde Ea es la energía de activación y A se le denomina factor de frecuencia y representa la frecuencia de las colisiones entre las partículas que reaccionan.

Los exponentes x e y se denominan orden de reacción, y su suma, orden total de reacción. Los valores de x, y y k para cada reacción se determinan experimentalmente.

Factores que Afectan a la Velocidad de Reacción

• Naturaleza de los Reactivos

  La naturaleza química de los reactivos influye significativamente. Por ejemplo, el Fe se oxida en contacto con el aire, mientras que el Al no lo hace tan fácilmente.

• Estado y Grado de División de los Reactivos

  En general, las reacciones en disolución acuosa suelen ser muy rápidas; en estado gaseoso y en estado líquido (como las reacciones orgánicas), más lentas; y en estado sólido, muy lentas. Sin embargo, la velocidad puede aumentar si el grado de división de los reactivos es muy grande (por ejemplo, la madera arde mejor en virutas que en un tronco).

• Concentración de los Reactivos

  Según la ley de velocidad, al aumentar la concentración de los reactivos, aumenta la velocidad de reacción.

• Temperatura de la Reacción

  Al aumentar la temperatura, aumenta la constante de velocidad, k, según la ecuación de Arrhenius, y por lo tanto, aumenta también la velocidad de la reacción.

• Presencia de Catalizadores

  Estos pueden hacer que la velocidad de la reacción aumente (catalizadores positivos) o que la retrasen (catalizadores negativos o inhibidores).

Catálisis

Los catalizadores son sustancias que, añadidas a la reacción, hacen que esta aumente o disminuya su velocidad, sin ser consumidos en ella. Si reaccionan para formar estados intermedios de reacción, se regeneran antes de producirse los productos finales de la reacción. Por ello, actúan en pequeñas cantidades y no se consumen, por lo que no es necesario ajustarlos estequiométricamente en la reacción.

Desde el punto de vista energético, un catalizador hace que la energía de activación de la etapa en la que interviene disminuya, provocando que la constante de velocidad aumente y con ello la velocidad de reacción de esa etapa. Si, por el contrario, es un inhibidor (catalizador que retarda la reacción), aumenta la energía de activación de la etapa y hace que la velocidad de la reacción disminuya.