Fundamentos de Isomería y Cinética Química en Química Orgánica y Física

Isomería

La isomería se presenta en aquellas moléculas que poseen el mismo número de átomos de cada tipo y, por tanto, la misma fórmula molecular, pero corresponden a sustancias distintas.

Tipos de Isomería

1. Isomería Estructural

Son compuestos que se diferencian en la unión y ordenación de los átomos que conforman sus moléculas. Se dividen en tres tipos:

• De cadena: Se diferencian en la manera en que los átomos de carbono están distribuidos a lo largo del esqueleto molecular.
• De función: Compuestos que presentan distintos grupos funcionales.
• De posición: Moléculas con el mismo número de átomos de cada tipo que se diferencian en la posición de sus insaturaciones (dobles o triples enlaces) o de sus grupos funcionales.

2. Estereoisomería

Son moléculas que se diferencian por la orientación espacial tridimensional de sus átomos. Se clasifican principalmente en:

• Geométrica: Se produce en compuestos con dobles o triples enlaces debido a la imposibilidad de libre rotación en presencia de distintos sustituyentes (es necesario recurrir a la fórmula desarrollada para poder apreciarla).
• Óptica: Son compuestos capaces de modificar el plano de polarización de la luz polarizada. Se clasifican en levógiros y dextrógiros. Un isómero que presenta isomería óptica contiene al menos un carbono quiral (un átomo de carbono enlazado a cuatro sustituyentes diferentes).

Cinética Química

Conceptos Fundamentales

• Velocidad de reacción: Es la variación de la concentración de reactivos o productos en el tiempo, dividida por su respectivo coeficiente estequiométrico y multiplicada por -1 en el caso de los reactivos.
• Energía de activación: Es la energía mínima indispensable para que los reactivos alcancen el estado de complejo activado, a partir del cual se pueden comenzar a generar los productos.

Teoría de Colisiones Atómicas

Para que una reacción química tenga lugar, es imprescindible que se cumplan las siguientes condiciones:

1. Que los reactivos colisionen entre sí; es decir, que entren en contacto efectivo.
2. Que los reactivos posean la suficiente energía para poder transformarse en productos (que cuenten con una energía igual o superior a la energía de activación para alcanzar el estado de complejo activado).

Si se satisfacen ambas premisas, se produce un choque eficaz.

Factores que Afectan a la Velocidad de Reacción

Principio fundamental: Una reacción se produce cuando tienen lugar choques eficaces. Por lo tanto, cualquier factor que aumente el número de colisiones o incremente la energía de los reactivos aumentará la velocidad de la reacción.

• Naturaleza y estado físico de los reactivos: (Sólido, líquido o gas). La velocidad de reacción en fase gaseosa suele ser mayor que en fase líquida, y esta a su vez mayor que en fase sólida, debido a la mayor movilidad y facilidad de las partículas para chocar entre sí.
• Superficie de contacto: Al incrementar la superficie de contacto entre los reactivos, se favorece el número de choques y, en consecuencia, aumenta la velocidad de reacción.
• Concentración de los reactivos: Al aumentar la concentración de reactivos, se incrementa la frecuencia de colisiones y por tanto la velocidad de la reacción, excepto cuando el orden de reacción respecto a ese reactivo sea cero.
• Presión y volumen: Al aumentar el volumen, la concentración de los reactivos gaseosos disminuye, lo que reduce la velocidad de reacción. Por el contrario, al aumentar la presión, las partículas están más próximas, se incrementa el número de choques y aumenta la velocidad de reacción.
• Temperatura: Un incremento de temperatura provoca un mayor movimiento molecular, aumentando la frecuencia de los choques y la energía cinética de las partículas, lo cual eleva notablemente el número de choques eficaces.
• Catalizadores: Son sustancias que modifican la velocidad de una reacción química sin consumirse en ella. Pueden ser catalizadores positivos (aumentan la velocidad al disminuir la energía de activación requerida) o catalizadores negativos/inhibidores (reducen la velocidad aumentando la energía de activación).