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Cinética química
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Cinética química (Cinética química)
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Tema 50Cinética de las reacciones químicas. Teoría de Choques Moleculares y Teoría del estado de
transición. Velocidad de reacción y factores de los que depende. Métodos Prácticos Para su
determinación.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Cinética de las reacciones Químicas ................................................................................. 2
2. Teoría de Choques Moleculares y Teoría del estado de transición .................................. 3
2.1. Teoría de Choques Moleculares ................................................................................ 3
2.2. Teoría del Estado de Transición ................................................................................ 5
3. Velocidad de Reacción y Factores de los que depende ................................................ 7
3.1. Velocidad de Reacción .............................................................................................. 7
3.2. Orden de Reacción .................................................................................................... 7
3.2.1. Reacciones de Orden Cero ................................................................................ 8
3.2.2. Reacciones de Primer orden ............................................................................. 9
3.2.3. Reacciones de Segundo orden ........................................................................ 10
3.2.4. Reacciones de orden n .................................................................................... 11
3.3. Factores que afectan a la velocidad de reacción .................................................... 12
3.3.1. Naturaleza de los reactivos ............................................................................. 12
3.3.2. Concentración ................................................................................................. 12
3.3.3. Temperatura.................................................................................................... 12
3.3.4. Catalizadores ................................................................................................... 13
4. Métodos Prácticos para la determinación de la velocidad de la reacción ...................... 14
4.1. Método diferenciado .............................................................................................. 14
4.2. Método Integrado ................................................................................................... 15
III. Conclusión ....................................................................................................................... 16
, I. Introducción
Conocer la velocidad de una reacción, es más importante de lo que pueda parecer a priori,
ya que muchas veces interesa que las reacciones se produzcan lo más rápidamente posible para
producir en el menor tiempo un producto comercial. Otras, sin embargo, hay que retrasar la
reacción como es el caso de la oxidación y la corrosión de los metales, o la descomposición de
alimentos.
Para saber la velocidad de la reacción, habrá que conocer principalmente la concentración
de los reactivos que intervienen en la reacción. Sin embargo, no será el único factor a tener en
cuenta, ya que, además, habrá otros que ayudarán a la modificación de la velocidad de la
reacción, como la temperatura o los catalizadores.
En este tema se va a estudiar una de las ramas más interesantes de la Química Física, puesto
que la cantidad de reacciones son prácticamente infinitas, por lo que se puede dar una gran
variedad de situaciones en las que no será nada fácil obtener la velocidad de la reacción. Así se
diferenciarán entre reacciones de distinto orden, en función de la contribución a la velocidad,
así como los factores que influyen en la velocidad o los métodos para calcularla.
II. Desarrollo
1. Cinética de las reacciones Químicas
Del estudio de la velocidad de las reacciones químicas se encarga la Cinética Química, que
constituye una parte importante de la Química dado que aporta conocimientos que permiten
controlar y modificar la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.
El estudio de la rapidez de las reacciones químicas comprende:
- La velocidad o rapidez de la reacción, de acuerdo con el índice de cambio de la
concentración de reactivos y productos, con el tiempo.
- La trayectoria seguida en la reacción para pasar de reactivos a productos.
Una reacción ácido – base, como la que se muestra a continuación, es espontánea y muy rápida,
en especial cuando las especies se encuentran en disolución:
Sin embargo, otras como la transformación de diamante en 𝐶𝑂2 son de una cinética tan lenta,
que se suponen no ocurrirán, aun cuando la energía libre de Gibbs es negativa (Δ𝐺 𝑜 =
−397 𝑘𝑗/𝑚𝑜𝑙), es decir, muy espontánea. Por lo tanto, no se puede saber únicamente con
factores termodinámicos la velocidad que alcanzará una reacción química.
, Dentro de la Cinética Química, habrá que distinguir entre la cinética formal y la cinética
molecular:
- Cinética Formal. Se ocupa de obtener expresiones matemáticas para la ecuación de
velocidad.
- Cinética Molecular. Trata de describir los aspectos microscópicos que controlan la
velocidad de reacción de un sistema reaccionante. Consta de dos fases:
o Establecer un mecanismo de reacciones elementales que son capaces de definir
la cinética formal de un sistema reaccionante
o Describir cada una de las reacciones elementales del mecanismo, es decir,
establecer qué enlaces se rompen y cuales se forman con su correspondiente
energía puesta en juego.
2. Teoría de Choques Moleculares y Teoría del estado de transición
Son las dos teorías que explican la velocidad de las reacciones químicas.
2.1. Teoría de Choques Moleculares
También conocida como teoría de las colisiones. Esta teoría es aplicable solo a reacciones en
fase gaseosa y fue establecida por el fisicoquímico estadounidense Gilbert Lewis en 1918, en
ella hay que tener una serie de consideraciones previas como la Ley de Boltzmann – Maxwell:
𝑁
= 𝑒 −𝐸/𝑅𝑇
𝑁𝑏
𝑁
Donde es la relación entre las partículas que colisionan y el número total de partículas, E la
𝑁𝑏
energía puesta en juego, R la constante de los gases y T la temperatura.
Habrá que tener en cuenta la velocidad media del gas, la cual sigue la siguiente expresión:
8𝑅𝑇
𝑐̅𝑖 = √
𝜋𝑚𝑖
𝑐̅𝑖 es la velocidad media del gas y m su masa molar.
No hay que confundir la velocidad media del gas, con la velocidad cuadrática media:
3𝑅𝑇
𝑣𝐶𝑀 = √
𝑀
Donde M es la masa molar del Gas.
Por otro lado, de acuerdo a la cinética estadística se tiene el número de choques que hay entre
las moléculas de un gas donde hay dos componentes, uno A y otro B. La reacción solo tendrá
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