Fundamentos de Cinética Química: Velocidad, Ecuaciones y Teorías de Reacción

Velocidad de Reacción (Velocidad Media)

• Se aplica a reacciones homogéneas entre gases o entre reactivos en disolución.
• La velocidad media no es constante.
• Para intervalos de tiempo iguales, la velocidad media disminuye hasta ser nula cuando la reacción se completa.

Ecuación Cinética de una Reacción Química

Es la expresión matemática que permite predecir la dependencia de la velocidad de una reacción química con respecto a las concentraciones de los reactivos. Es una ecuación experimental y su forma no puede predecirse a partir de la ecuación química estequiométrica:

V = k · [A]ⁿ · [B]^m

• [A], [B]: Concentración molar de los reactivos.
• n, m: Órdenes parciales de reacción.
• k: Constante de velocidad.

Los órdenes parciales no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos y deben ser determinados experimentalmente. El orden global de la reacción es igual a la suma de los órdenes parciales respecto a los diferentes reactivos.

Teoría de las Colisiones

Esta teoría relaciona la constante cinética con el número de colisiones eficaces entre moléculas. Las moléculas de los reactivos chocan entre sí, pero solo una fracción muy pequeña de las colisiones son eficaces y dan lugar a la reacción.

Las colisiones eficaces dependen de:

• La orientación adecuada de las moléculas.
• La energía mínima necesaria para romper los enlaces, denominada energía de activación (Ea). Las moléculas que poseen esta energía se denominan moléculas activadas.

Teoría del Estado de Transición

Se postula la existencia de una especie llamada complejo activado, que posee una estructura intermedia entre los reactivos y los productos, en la cual se han debilitado los enlaces antiguos y se han empezado a formar los nuevos.

Ejemplo: H + I → [H…I] → H-I

El complejo activado, que está en equilibrio con los reactivos, es muy inestable debido a su elevada energía y se descompone de forma casi instantánea originando los productos de la reacción.

Relación entre Energía y Velocidad

ΔH = Ea_directa - Ea_inversa. Cuando la energía de activación es muy grande, será muy difícil que se produzca la reacción. Si la energía de activación es pequeña, muchas moléculas alcanzan el estado de transición y la reacción es rápida.

Cuando aumenta la temperatura (Tª), el equilibrio H₂ + I₂ ⇌ [HI₂] se desplaza hacia la derecha, aumentando la concentración del complejo activado [HI₂]*, lo que acelera la reacción.