Cuando
ocurre un proceso químico las sustancias denominadas reactivos se transforman
en otras sustancias llamadas productos.
En
algunos casos el cambio de reactivo a producto se verifica con lentitud. Así
ocurre con un clavo (de hierro) que expuesto a la intemperie (con el oxígeno
del aire), necesita de cierto tiempo (horas, días, meses) para que se observe
la formación de óxido.
Sin
embargo, hay reacciones que se realizan muy velozmente, como la de magnesio
(trozo de cinta) que al agregarle unas gotas de ácido clorhídrico concentrado
reacciona rápidamente transformándose en cloruro de magnesio con
desprendimiento de hidrógeno y calor (en una reacción exotérmica).
La
velocidad de reacción se calcula midiendo la rapidez de aparición de un
producto o la desaparición de un reactivo.
Factores
que influyen en la velocidad de las reacciones químicas
La
velocidad de las reacciones químicas depende de varios factores.
a)
Temperatura
El
efecto de la temperatura está relacionado con la energía: a mayor temperatura,
mayor energía media tendrán las moléculas. En realidad, a una determinada
temperatura la energía de todas las moléculas no es la misma, por eso hablamos
de un valor medio. La energía de las partículas responde a una distribución en
la que su media es mayor conforme aumenta la temperatura. Por ello, enfocando
el problema desde el punto de vista de las reacciones, compararemos la energía
de las moléculas con la energía de activación. Al aumentar la temperatura, un
mayor número de moléculas tendrán suficiente energía para superar el máximo de
la gráfica de energía, la energía de activación, y podrán entonces romper sus
enlaces para formar los productos. En resumen, a mayor temperatura, mayor
número de choques efectivos.
Veamos
un ejemplo:
La
oxidación del magnesio se produce muy lentamente a temperatura ambiente, si la aumentamos
acercando un mechero vemos como es rápida. Además, al ser reacción exotérmica desprende calor y hace que
continúe con gran velocidad.
b)
Concentración
Este
factor es el más sencillo de comprender: cuantas más moléculas tengamos, más
choques habrá y más cantidad de reactantes pasarán productos. ¿Cómo medimos
esas cantidades? En química, la unidad de medida es el mol. Como la mayoría de
las reacciones se dan en disolución, para comparar mejor utilizamos la
molaridad (moles/litro). Esto se explica teniendo en cuenta que para el número
de choques es muy importante el volumen del recipiente. Si tienes el doble de
moles en un recipiente cien veces mayor los choques serán bastante menos. En
estado gaseoso utilizaremos la presión, más fácil de medir y proporcional a la
molaridad. A mayor presión mayor será la velocidad. PV=nRT
P= moles . RT
volumen
c)
La naturaleza de las sustancias que reaccionan
La
naturaleza y variedad de sustancias involucradas en una reacción química
determinan el tipo de reacción que se produce; estas diferencias pueden
atribuirse a las desigualdades de reactivos, estructura de los átomos, iones y moléculas
participantes.
Es
condición necesaria que las partículas que reaccionan choquen unas contra
otras, para que haya una transformación química, aunque no todos los choques
entre las partículas que constituyen los reactivos producen un cambio químico,
pues existen algunas que al chocar rebotan sin sufrir transformación alguna,
porque no tienen la suficiente energía o la orientación adecuada.
La
velocidad con que reaccionan las sustancias dependerá de que los choques entre
partículas (átomos, iones o moléculas) sean efectivos; esto es, deben tener la
energía necesaria para reaccionar.
Al
respecto, veamos qué dice la Teoría de las colisiones: Para que tenga lugar una
reacción química debe cumplirse necesariamente que el choque o colisión de las
partículas de los reactivos se produzca entre átomos, moléculas o iones. Para
que se garantice la reacción debe cumplirse que: la energía cinética sea
suficiente para que tenga lugar el reordenamiento de los enlaces y se forme la
nueva sustancia y que colisionen con la debida orientación. Si cumplen esto se
denomina choque eficaz.
d)
Estado físico
Debido
a que las reacciones se producen a partir de choques entre moléculas, cuanto
más frecuentes sean los choques mayor será la velocidad de la reacción. Si el
estado de los reactantes es gaseoso o se encuentran en disolución, los choques
pueden darse por parte de todas las moléculas de que dispongamos. En el caso de
los sólidos no sucede así, las partículas susceptibles de chocar serán solo las
que se encuentran en la superficie del sólido, que son las únicas a las que se
pueden acercar las moléculas del otro reactivo. Por esto la velocidad depende
de la superficie de contacto y aumentará con el grado de división. Será mayor
cuanto menores sean los trozos del sólido debido a que para la misma masa
aumenta la superficie. Si nos interesa aumentar la velocidad y hay un sólido en
juego, lo mejor es machacarlo o, mejor todavía, disolverlo.
e)
Presencia de catalizadores
Un
catalizador es una sustancia que varía la forma de producirse una reacción
creando un nuevo camino para el que la velocidad es mucho mayor. Esto se debe a
que la energía de activación de esta nueva reacción es bastante menor que la de
la primera, que además se sigue produciendo. Otra característica muy importante
de los catalizadores es que se recuperan, no se gastan, sino que son a la vez
reactivos y productos. De este modo se necesita una pequeña cantidad para
aumentar muchísimo la velocidad de una reacción. El problema es que cada
reacción tiene un catalizador diferente, si es que lo tiene.
No
hay una sustancia que nos sirva para todas las reacciones. Los catalizadores
son específicos para cada reacción.
f)
Presión:
La
velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con
la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del
gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es
débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta.
 |
| Aumentando la presión las moléculas de las sustancias reaccionantes se aproximan entre sí, acrecentando la posibilidad de choque entre sus moléculas, y por consiguiente se acelera la reacción |
g)
Radiación electromagnética e intensidad de luz:
La radiación
electromagnética es una forma de energía. Como tal, puede aumentar la velocidad
o incluso hacer que la reacción sea espontánea, al proveer de más energía a las
partículas de los reactantes. Esta energía es almacenada, en una forma u otra,
en las partículas reactantes (puede romper enlaces, promover moléculas a
estados excitados electrónicos o vibracionales, etc), creando especies
intermediarias que reaccionan fácilmente. Al aumentar la intensidad de la luz,
las partículas absorben más energía, por lo que la velocidad de reacción
aumenta. Por ejemplo, cuando el metano reacciona con cloro gaseoso en la
oscuridad, la velocidad de reacción es muy lenta. Puede ser acelerada cuando la
mezcla es irradiada bajo luz difusa. En luz solar brillante, la reacción es
explosiva.
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