Cinética Química: Mecanismos de Reacción y Factores de Velocidad

Principios Fundamentales de la Cinética Química

Teoría del Estado de Transición

La Teoría del Estado de Transición se basa en la formación de un estado intermedio transitorio entre reactivos y productos, que posee alta energía y escasa duración. En un proceso exotérmico, la ΔH < 0, y en los procesos endotérmicos, la ΔH > 0.

Mecanismos de Reacción y Molecularidad

Un mecanismo de reacción es la secuencia de pasos elementales que dan lugar a la formación del producto. Es decir, explica el camino completo que sigue una reacción hasta llegar a dicho producto.

La molecularidad es el número de moléculas que reaccionan en un paso elemental. Las moléculas pueden ser iguales o diferentes. Se clasifican en:

• Unimolecular: Una sola molécula reacciona. Ejemplo: O₃ → O₂ + O
• Bimolecular: Dos moléculas reaccionan. Ejemplo: NO₂ + NO₂ → NO₃ + NO
• Termolecular: Tres moléculas reaccionan. Ejemplo: Br + Br + Ar

En un sentido más amplio, los mecanismos de reacción describen el camino que desarrolla una reacción química, es decir, la secuencia de pasos intermedios simples a escala molecular. Cada uno de dichos pasos se denominan etapas elementales, y en ellos se muestran las especies moleculares que interactúan entre sí.

Tipos de Reacciones y Comportamientos Específicos

Dentro de la cinética química, podemos encontrar diversos comportamientos:

• Las reacciones en cadena pueden llegar a ser explosivas si el proceso se ramifica.
• Pueden existir reacciones en paralelo, donde predomina aquella que tenga el mayor valor de la constante de velocidad.
• Pueden existir etapas con reacciones en equilibrio, donde las velocidades de las reacciones directas e inversas no son necesariamente iguales, pero suelen llegar a equilibrios dinámicos.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

La velocidad a la que transcurre una reacción química puede ser influenciada por varios factores clave:

• Concentración de Reactivos

  Un aumento de la concentración de los reactivos implica un aumento de la velocidad de reacción. Esto se debe a una mayor probabilidad de colisiones efectivas entre las moléculas.

• Naturaleza Química del Proceso

  Las reacciones que conllevan una ruptura y reorganización de enlaces covalentes, especialmente si son dobles o triples, transcurren de forma más lenta que aquellas donde no es necesario romper o formar tantos enlaces.

• Estado Físico de los Reactivos

  Los estados físicos de agregación de fluidos (líquidos y gases) favorecen la mezcla e interacción directa entre los reactivos, dando lugar a cinéticas más rápidas.

  • Las reacciones homogéneas son las más rápidas, ya que los reactivos se encuentran en el mismo estado de agregación.
  • Las reacciones heterogéneas son aquellas en las que los reactivos están en estados de agregación distintos, y son más lentas porque la interacción molecular solo ocurre en la superficie de contacto entre las fases.