VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO QUÍMICO

VELOCIDAD DE REACCIÓN

La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,^[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.

Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo.

La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.

La teoría de colisiones

La teoría de colisiones, propuesta hacia 1920 por Gilbert N. Lewis (1875-1946) y otros químicos, afirma que para que ocurra un cambio químico es necesario que las moléculas de la sustancia o sustancias iniciales entren en contacto mediante una colisión o choque.

Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:

• Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos.
• Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.

Los choques que no cumplen estas condiciones y, por tanto, no dan lugar a la reacción, se denominan choques ineficaces.

A veces, el paso de reactivo a producto se realiza mediante la formación de un compuesto intermedio o complejo activado que se transformará posteriormente en los productos.

La energía de activación ( ) en química es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.

Factores que afectan a la velocidad de una reacción química
 

¿De qué depende que una reacción sea rápida o lenta? ¿Cómo se puede modificar la velocidad de una reacción? Una reacción química se produce mediante colisiones eficaces entre las partículas de los reactivos, por tanto, es fácil deducir que aquellas situaciones o factores que aumenten el número de estas colisiones implicarán una mayor velocidad de reacción. Veamos algunos de estos factores.

Temperatura

Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica.

Esto explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la nevera o en el congelador. Por el contrario, si queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego.

Grado de pulverización de los reactivos

Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión entre las partículas.

Por ejemplo, el carbón arde más rápido cuanto más pequeños son los pedazos; y si está finamente pulverizado, arde tan rápido que provoca una explosión.

Naturaleza química de los reactivos que intervienen en la reacción

Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de activación:

• Muy alta, y entonces será muy lenta.
• Muy baja, y entonces será muy rápida.

Así, por ejemplo, si tomamos como referencia la oxidación de los metales, la oxidación del sodio es muy rápida, la de la plata es muy lenta y la velocidad de la oxidación del hierro es intermedia entre las dos anteriores.

Concentración de los reactivos

Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones.

El ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento cuanto mayor es la concentración del ácido.

La variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera general, en la forma:

v = k [A]^α [B]^β

Donde α y β son coeficientes que no coinciden necesariamente con los coeficientes estequiométricos de la reacción general antes considerados. La constante de velocidad k, depende de la temperatura.

Catalizadores

Los catalizadores son sustancias que facilitan la reacción modificando el mecanismo por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de reacción.

Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la reacción.

Para la reacción aA + bB que da rR+ sS, la velocidad de reacción es la rapidez con que se forman R y S (lo que es igual que la rapidez con la que desaparecen A y B).

Para la reacción

La velocidad de reacción es la rapidez con la que A y B se transforman en R y S

Para la reacción rR+ sS que da aA + bB, la velocidad de reacción es la rapidez con que se forman A y B (lo que es igual que la rapidez con la que desaparecen R y S).

Para la reacción

La velocidad de reacción es la rapidez con la que R y S se transforman en A y B

EQUILIBRIO QUÍMICO

¿Qué es el Equilibrio Químico?

Es un estado de cualquier sistema en el que exista al menos una reacción reversible y la concentración de cada especie no cambie conforme pase el tiempo.

Para que la concentración de cada especie que está presente en el sistema no cambie a pesar de la existencia de una o más reacciones, en cada reacción reversible la velocidad de la reacción que se desplaza hacia la izquierda debe ser igual a la velocidad de reacción que se desplaza hacia la derecha.

VER http://depa.fquim.unam.mx/equilibrio/comic.htm

 

¿Por qué se da el equilibrio?

La existencia de las reacciones reversibles es la causa del Equilibrio Químico, no es posible entender este concepto sin comprender el fenómeno de reversibilidad.

¿Qué es una reacción reversible? 

Son dos reacciones en las que intervienen los mismos compuestos. Los reactivos de una reacción son los productos de la segunda.

VER http://depa.fquim.unam.mx/equilibrio/animaciones/new.swf

¿Por qué hay reacciones reversibles?

Para que existan reacciones químicas, las moléculas deben chocar unas con otras, estos choques pueden unir a más de una molécula o pueden "desunirla" para dar lugar a la molécula original. Esta explicación es un acercamiento a la teoría de las colisiones, que es la que mejor describe la causa del por qué de las reacciones reversibles.

¿Cómo son las reacciones reversibles? 

SIMULTÁNEAS. Las dos reacciones se llevan a cabo al mismo tiempo, normalmente una reacción es más rápida que la otra y por eso no se aprecia la simultaneidad ni el equilibrio.

La mayoría del curso consiste en resolver problemas numéricos, el caso de "Equilibrio Químico" no es la excepción. Esta página contiene las generalidades sobre las expresiones del equilibrio.

Para la reacción

la constante de equilibrio se escribe:

Los productos se encuentran en el numerador para que la magnitud de la constante indique la magnitud del desplazamiento de la reacción hacia la derecha.