Fundamentos de la Cinética Química: Velocidad, Leyes y Factores de Reacción

Leyes Fundamentales de la Cinética Química

Ley de Acción de Masas (LMA)

Si se tienen $2A$, se necesitará una cierta cantidad de $B$ para que ocurra una reacción. Esta ley relaciona la velocidad de reacción con las concentraciones de los reactivos.

Ley de Velocidad

Indica el orden de reacción y contiene la constante de velocidad química ($k$). La velocidad ($V$) corresponde a las concentraciones de los reactivos. A mayor rapidez de la reacción, mayor es la velocidad.

Ecuación de Velocidad

La velocidad de reacción se expresa generalmente como:

$$V = k[A]^x[B]^y$$

Conceptos Clave de la Reacción Química

• Velocidad de Reacción: Es el cambio en la concentración de los reactivos o productos por unidad de tiempo.
• Ley de Velocidad: Relaciona la velocidad con las concentraciones de los reactivos.
• Constante de Velocidad ($k$): Depende de la naturaleza de los reactivos y de la temperatura.
• Órdenes de Reacción: Pueden ser 0, 1, 2, o fraccionarios.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción ($V$)

1. Naturaleza de las Sustancias: Los procesos en solución líquida o gaseosa son generalmente más rápidos que en sólidos.
2. Sustancias Gaseosas: Si se aumenta la presión, la velocidad puede disminuir o aumentar, dependiendo de la estequiometría y el mecanismo.
3. Aumento de Concentración de Reactantes: Un incremento en la concentración provoca una mayor frecuencia de colisión entre las partículas.
4. Temperatura: A mayor temperatura, más rápida es la reacción.
5. División de Reactantes (Área Superficial): Si un compuesto sólido se divide (aumentando el área superficial), el proceso es más rápido. Por ejemplo, cortar troncos en trozos de leña acelera el fuego.
6. Catalizador: Sustancia que acelera la reacción al disminuir la energía de activación ($E_a$). Un catalizador negativo (o inhibidor) disminuye la velocidad de reacción.

Coeficiente Estequiométrico

El coeficiente estequiométrico define el orden de reacción únicamente cuando esta se lleva a cabo en una sola etapa elemental.

Tipos de Transformaciones

Cambio Químico

Implica una transformación en la composición interna de la materia. Se forman nuevas sustancias con composición y propiedades distintas, lo que requiere el rompimiento y la formación de nuevos enlaces.

• Proceso Irreversible: No puede recuperar su estado inicial. Ejemplo: Glucólisis (degradación de glúcidos para producir glucosa) o la degradación de lípidos.

Cambio Físico

No hay variación en la composición interna; la sustancia final es la misma que la inicial.

• Proceso Reversible: Transformación de una sustancia que permite volver a su estado inicial. Ejemplo: El cambio de agua a hielo y viceversa.

Teoría de Colisiones

Requisitos para una Reacción Efectiva

Para que una reacción química ocurra, debe haber choques entre las partículas (iones, átomos o moléculas). Para que estos choques sean efectivos, deben cumplirse ciertos requisitos:

1. Orientación Adecuada: El resultado de una reacción dará lo esperado únicamente si las partículas se juntan con la orientación geométrica necesaria.
2. Energía de Activación ($E_a$): Es la mínima cantidad de energía que se necesita para que la reacción química se inicie, permitiendo que se rompan los enlaces existentes y se formen otros nuevos.

Complejo Activado

Es el estado de transición inestable que se forma justo antes de que se generen los productos de la reacción.

La Ecuación Química

Una ecuación química es una representación simbólica que mide o indica:

• Las sustancias que se invierten (reactivos y productos).
• El número de átomos involucrados.
• La relación entre moles, moléculas y volúmenes de una sustancia.