Fundamentos de Reacciones Químicas y Cinética: Tipos, Velocidad y Catálisis

Tipos Fundamentales de Reacciones Químicas

Las reacciones químicas son procesos en los que una o más sustancias (reactivos) se transforman en otras sustancias diferentes (productos). Se clasifican según el tipo de transformación que ocurre:

Reacciones de Síntesis

Dos o más reactivos se combinan para formar un único producto.

• Ejemplo: N₂ + O₂ → 2NO

Reacciones de Desplazamiento

Un elemento desplaza a otro en un compuesto. (Nota del profesor: El ejemplo original era de descomposición, se ha corregido para ilustrar un desplazamiento.)

• Ejemplo: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Reacciones Ácido-Base (Neutralización)

Un ácido reacciona con una base para formar una sal y agua.

• Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Reacciones de Precipitación

Se forma un compuesto insoluble (precipitado) a partir de la mezcla de dos soluciones.

• Ejemplo: Pb(NO₃)₂ + 2KI → 2KNO₃ + PbI₂

Reacciones de Polimerización

Una molécula pequeña (monómero) se repite para formar una cadena larga (polímero).

• Pueden ser naturales (ej. algodón) o artificiales (ej. polietileno, a partir de H₂C=CH₂).

Reacciones de Oxidación-Reducción (Redox)

Implican la transferencia de electrones entre especies químicas.

• Oxidación: Pérdida de electrones (o ganancia de oxígeno).
• Reducción: Ganancia de electrones (o pérdida de oxígeno).
• Ambos procesos ocurren simultáneamente en una reacción.
• Ejemplo: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Reacciones de Combustión

Reacción rápida de una sustancia con oxígeno, que desprende una gran cantidad de energía en forma de calor y luz.

• Ejemplo: C + O₂ → CO₂

Cinética Química: Velocidad y Mecanismos de Reacción

En una reacción química, las moléculas de los reactivos chocan, rompen sus enlaces y forman nuevos enlaces para dar lugar a los productos.

Teoría de las Colisiones (Lewis y Trautz)

Para que el choque entre las moléculas de los reactivos dé lugar a productos, debe cumplir dos condiciones fundamentales:

• Choque eficaz: Las moléculas deben colisionar con la orientación espacial adecuada.
• Energía suficiente: La colisión debe tener la energía mínima necesaria.

Energía de Activación (Ea)

Es la energía (cinética) mínima necesaria para romper los enlaces de los reactivos y formar los productos. Un diagrama energético de una reacción ilustra cómo la energía de activación afecta el progreso de la reacción.

Velocidad de Reacción

Es la variación de la cantidad (o concentración) de producto que aparece o de reactivo que desaparece por unidad de tiempo.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Tipo de Sustancias y Superficie de Contacto

  Una mayor superficie de contacto de los reactivos (ej. reactivos en polvo y agitación) aumenta la velocidad de reacción.

• Temperatura

  Al aumentar la temperatura, la energía cinética de las moléculas se incrementa, lo que lleva a más colisiones eficaces y, por lo tanto, la velocidad de reacción generalmente se incrementa.

• Concentración de Reactivos

  Aunque no se menciona explícitamente en el texto original, es un factor crucial. A mayor concentración, más colisiones y mayor velocidad.

Catálisis: Modificando la Velocidad de Reacción

Los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción química sin consumirse en el proceso.

Características de los Catalizadores

• Intervienen en alguna etapa de la reacción.
• Modifican el mecanismo de la reacción.
• Modifican la energía de activación (Ea), generalmente disminuyéndola.
• No modifican la entalpía de la reacción (∆H), es decir, no alteran el equilibrio termodinámico final.

Tipos de Catalizadores

• Positivos: Aumentan la velocidad de reacción al disminuir la energía de activación (Ea).
• Negativos (Inhibidores): Disminuyen la velocidad de reacción al aumentar la energía de activación (Ea).
• Homogéneos: Se encuentran en la misma fase que los reactivos.
• Heterogéneos: Se encuentran en una fase distinta a la de los reactivos.
• Los catalizadores bioquímicos se denominan enzimas.