Cinética química: influencia de la temperatura y energía de activación

Efecto de la Temperatura en la Velocidad de Reacción

En un estudio cinético, es fundamental termostatizar el reactor, debido a que la velocidad de reacción es altamente sensible a los cambios de temperatura.

Se atribuye a Svante Arrhenius la descripción de la variación de la constante de velocidad con la temperatura. La relación matemática fundamental establece que:

• La constante k depende directamente de la temperatura.
• Si aumenta la temperatura (T), también aumenta la constante (k) y, por consecuencia, la velocidad de reacción (r).

La relación conceptual se expresa mediante la dependencia de la energía de activación: k = A · e^-Ea/RT.

Energía de Activación (Ea)

La energía de activación es la energía mínima necesaria para iniciar una reacción química.

En una reacción donde intervienen varias moléculas, existe un contacto entre las mismas que genera una serie de colisiones. Estas favorecen un estado de energía diferente para que la reacción se produzca, adquiriendo una energía adicional correspondiente a la Ea y formando un estado transitorio denominado complejo activado.

Es posible representar el nivel de energía de reactivos y productos, así como la energía de activación en función del tiempo transcurrido, tanto para reacciones endotérmicas como exotérmicas. En ambos casos, se observa la formación del complejo activado, al cual le corresponde la energía máxima que deben adquirir los reactivos para transformarse.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

1. Estado físico de los reactivos

Las reacciones son más rápidas si los reactivos se encuentran en estado gaseoso o en disolución. En las reacciones heterogéneas, la velocidad dependerá de la superficie de contacto entre ambas fases, siendo mayor cuanto mayor sea el grado de división de los sólidos.

2. Concentración de los reactivos

La velocidad de la reacción se incrementa al aumentar la concentración de los reactivos, ya que esto aumenta el número de choques o colisiones entre las moléculas.

3. Temperatura

Un incremento de la temperatura provoca un aumento en la energía cinética de las moléculas, lo que hace que sea mayor el número de moléculas que alcanzan la energía de activación necesaria para reaccionar.

4. Catalizadores

Los catalizadores modifican la energía de activación de una determinada reacción y, por lo tanto, varían significativamente la velocidad de reacción sin consumirse en el proceso.

La Constante de Velocidad (k)

La constante de velocidad o coeficiente cinético corresponde a un factor de proporcionalidad cuyas unidades dependen estrictamente del orden de reacción.