Fundamentos de Cinética Química: Velocidad de Reacción y Factores Clave

Cinética Química: Conceptos Fundamentales y Factores Influyentes

La cinética química es la rama de la química que se dedica al estudio de la rapidez con que se producen los procesos químicos, es decir, su velocidad de reacción.

Velocidad de Reacción

Medir la velocidad de una reacción implica cuantificar, en la unidad de tiempo, la cantidad de reactivo que desaparece o la cantidad de producto que se forma. Se define la velocidad como el cambio (positivo o negativo) en la concentración de los reactivos y productos a medida que transcurre el tiempo. Las unidades en el Sistema Internacional (SI) son: M · L^-1 · s^-1. A lo largo de la reacción, la velocidad disminuye progresivamente hasta que se anula.

Velocidad Media (V_m)

La velocidad media, V_m, se define como el cociente entre la variación de la concentración (expresada en mol/litro) de uno de los reactivos o productos y el intervalo de tiempo en el que se produce dicha variación.

• Si las concentraciones de los reactivos disminuyen con el tiempo, su variación será negativa.
• Si las concentraciones de los productos aumentan con el tiempo, su variación será positiva.

Velocidad Instantánea (v)

La velocidad instantánea, v, es la velocidad que posee la reacción en un momento dado, es decir, cuando el Δt tiende a ser cero. Así, para la reacción general:

Factores que Afectan a la Velocidad de Reacción

1. Concentración de los Reactivos

Al aumentar la concentración de los reactivos, se incrementa el número de choques efectivos entre ellos y, por tanto, aumenta la velocidad de reacción. Este principio se explica mediante la Teoría de las Colisiones.

2. Naturaleza, Estado Físico y Grado de División de los Reactivos

Naturaleza de los Reactivos

En general, las sustancias iónicas reaccionan de forma más rápida que las covalentes. Por ejemplo, los metales alcalinos, conocidos por su alta reactividad, presentan reacciones relativamente rápidas.

Estado Físico de Agregación

Las sustancias en estado gaseoso reaccionan más rápidamente que las sustancias en estado líquido, y estas, a su vez, lo hacen con mayor velocidad que las sólidas. Un aumento de la presión total sobre una mezcla gaseosa suele incrementar la velocidad de reacción.

Grado de División (para Sólidos)

En el caso de los sólidos, la velocidad de reacción aumenta con el grado de división, debido a la existencia de una mayor superficie de contacto disponible para la reacción.

3. Temperatura de Reacción

La velocidad de la mayoría de las reacciones químicas aumenta significativamente con el incremento de la temperatura.

4. Presencia de Catalizadores e Inhibidores

Catalizadores

Un catalizador (positivo) es una sustancia que acelera la velocidad de una reacción química sin ser consumido durante el proceso. Los catalizadores actúan proporcionando un nuevo camino o mecanismo para la reacción, el cual posee una energía de activación menor.

Inhibidores

Un inhibidor es una sustancia que, por el contrario, disminuye la velocidad de reacción. Ejemplos comunes incluyen venenos como el cianuro sódico y conservantes alimenticios como el ácido benzoico.