Fundamentos de Cinética Química: Velocidad y Factores Determinantes

Conceptos Fundamentales de Cinética Química

Velocidad de Reacción

Es la rapidez con la que los reactivos se transforman en productos, o la rapidez con la que cambian las concentraciones de reactivos y productos a lo largo del tiempo bajo condiciones variables.

Cinética Química

Es la rama de la química que estudia la rapidez de las reacciones químicas, cómo esta rapidez cambia bajo diferentes condiciones y los eventos moleculares que ocurren durante la transformación.

Energía de Activación

Es la energía mínima que un sistema debe poseer para que una reacción química pueda iniciarse y proceder. Representa la barrera energética que los reactivos deben superar para transformarse en productos.

Estado de Transición

Es una configuración molecular inestable y de alta energía que se forma en el punto de máxima energía potencial a lo largo de la coordenada de reacción, entre los reactivos y los productos. No es un intermediario de reacción, sino un estado fugaz y transitorio.

Colisión Efectiva

Las reacciones químicas ocurren mediante un choque efectivo entre las partículas de los reaccionantes (sean átomos, moléculas o iones), que poseen la orientación adecuada y la energía suficiente para romper enlaces y formar nuevos.

Teoría de las Colisiones

Fue propuesta por Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918, respectivamente. Esta teoría explica cómo las sustancias reaccionan para formar un producto, postulando que las partículas de los reactivos deben chocar con la orientación adecuada y la energía cinética suficiente (energía de activación) para que la colisión sea efectiva y se produzca la reacción.

Teoría del Complejo Activado

Describe el curso de la reacción a partir de la energía potencial. Postula que los reactivos atraviesan un estado de alta energía y corta duración, denominado complejo activado (o estado de transición), antes de formar los productos.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

La Naturaleza de los Reaccionantes

Se refiere a las propiedades químicas intrínsecas de las sustancias que reaccionan, como su estructura molecular, tipo de enlaces y reactividad inherente. Es un factor termodinámico que determina la tendencia de una sustancia a reaccionar y no puede ser alterada por un experimentador para modificar la rapidez de la reacción.

Estado Físico de los Reaccionantes

Cuando los reactivos se encuentran en estado gaseoso o en disolución, las reacciones suelen ser más rápidas que si se encuentran en estado líquido o sólido. Si en una reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y, consecuentemente, su rapidez también es menor. Por el contrario, si el área de contacto es mayor, la rapidez de reacción aumenta.

Concentración de los Reaccionantes

En la mayoría de los casos, la rapidez de una reacción química aumenta al incrementarse la concentración de uno o más de sus reactivos, ya que esto incrementa la probabilidad de colisiones efectivas entre las partículas.

Efecto de la Temperatura

La temperatura influye significativamente en la rapidez de las reacciones químicas. Generalmente, al aumentar la temperatura, la energía cinética promedio de las moléculas se incrementa, lo que resulta en un mayor número de colisiones y una mayor proporción de colisiones con energía suficiente para superar la energía de activación, acelerando así la reacción. Por el contrario, al disminuir la temperatura, la rapidez de la reacción disminuye, pudiendo llegar a detenerse si la energía disponible es insuficiente para el proceso.

Efecto de los Catalizadores

Los catalizadores son sustancias que modifican la rapidez de una reacción química (generalmente la aumentan) sin consumirse ni sufrir una alteración química permanente que disminuya su capacidad de acción. Lo logran proporcionando una ruta de reacción alternativa con una menor energía de activación.