La velocidad
de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por
unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo
condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,[pero
la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones
de segundo.
Se define la
velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si
tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia
un reactivo) por unidad de tiempo.
La velocidad de
reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es
mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las
moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. a medida que la reacción
avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la
probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la
velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los
reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad
de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece
por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de
tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo,
esto es, en moles/s.
La teoría de
colisiones
Pero no todos
los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque
eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:
- Que el
choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los
átomos.
- Que el
choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva
molécula.
Los choques que
no cumplen estas condiciones y, por tanto, no dan lugar a la reacción, se
denominan choques ineficaces.
A veces, el
paso de reactivo a producto se realiza mediante la formación de un compuesto
intermedio o complejo activado que se transformará posteriormente
en los productos.
La energía
de activación ( ) en química es la energía que
necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La
energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima
necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que
ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la
orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.
Factores que
afectan a la velocidad de una reacción química
¿De qué depende
que una reacción sea rápida o lenta? ¿Cómo se puede modificar la velocidad de
una reacción? Una reacción química se produce mediante colisiones eficaces
entre las partículas de los reactivos, por tanto, es fácil deducir que aquellas
situaciones o factores que aumenten el número de estas colisiones implicarán
una mayor velocidad de reacción. Veamos algunos de estos factores.
Temperatura
Al aumentar la
temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y,
por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El
resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada,
que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica.
Esto explica
por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la heladera o
en el congelador. Por el contrario, si queremos cocinarlos, los introducimos en
el horno o en una cazuela puesta al fuego.
Grado de
pulverización de los reactivos
Si los
reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la
reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de
reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la
colisión entre las partículas.
Por ejemplo, el
carbón arde más rápido cuanto más pequeños son los pedazos; y si está finamente
pulverizado, arde tan rápido que provoca una explosión.
Naturaleza
química de los reactivos que intervienen en la reacción
Dependiendo del
tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de
activación:
- Muy alta,
y entonces será muy lenta.
- Muy baja,
y entonces será muy rápida.
Así, por
ejemplo, si tomamos como referencia la oxidación de los metales, la oxidación
del sodio es muy rápida, la de la plata es muy lenta y la velocidad de la
oxidación del hierro es intermedia entre las dos anteriores.
Concentración
de los reactivos
Si los
reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto
mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que
participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el
número de colisiones.
El ataque que
los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de hidrógeno es
un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento cuanto mayor es la
concentración del ácido.
La variación de
la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera general, en la
forma:
v = k [A]α [B]β
Donde α y β son
coeficientes que no coinciden necesariamente con los coeficientes
estequiométricos de la reacción general antes considerados. La constante de
velocidad k, depende de la temperatura.
Catalizadores
Los
catalizadores son sustancias que facilitan la reacción modificando el mecanismo
por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción
química; no varía su calor de reacción.
Los
catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir,
cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se
puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa
en la reacción.
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