Fundamentos de Cinética Química: Velocidad de Reacción y Teoría de Colisiones
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Fundamentos de la Cinética Química
La cinética química es la rama de la química que estudia las velocidades de las reacciones químicas y los mecanismos por los cuales se producen. La velocidad de reacción (vr) se define como la cantidad de materia que se produce o se consume por unidad de tiempo (mol/segundo), describiendo qué tan rápido cambian las concentraciones de los reactivos o de los productos con el paso del tiempo.
Ejemplos prácticos:
- La combustión de la gasolina en un motor tiene una rapidez casi explosiva.
- La oxidación del hierro es un proceso muy lento.
- La descomposición de los alimentos se acelera significativamente con el calor.
El estudio de la cinética química nos permite obtener información valiosa para controlar la velocidad de esta y otras reacciones. En términos generales, para una reacción A + B → AB, la velocidad describe la formación de producto y la transformación de reactivos en un intervalo de tiempo determinado.
Teoría de las Colisiones y Complejo Activado
Existen dos explicaciones fundamentales acerca de cómo se producen las reacciones químicas:
1. Teoría de las Colisiones
Esta teoría establece que las reacciones químicas ocurren mediante choques efectivos entre las partículas de los reactivos, ya sean átomos, moléculas o iones. Para que este contacto o colisión sea efectivo, deben cumplirse dos condiciones:
- Orientación apropiada: Las partículas deben acercarse con la geometría correcta.
- Energía de activación: La colisión debe suministrar una energía mínima necesaria para que ocurra la reacción.
2. Representación Energética
- Coordenada de reacción: El eje horizontal muestra el progreso de la reacción.
- Energía potencial: El eje vertical representa la energía potencial del sistema. El gráfico muestra el valor de la energía de activación, la cual constituye una barrera energética que debe ser superada para que la reacción proceda.
- Complejo activado: La adición de energía de activación origina la formación de un complejo activado, una estructura rica en energía pero inestable, la cual, al descomponerse en los productos finales, libera energía.