CINÉTICA QUÍMICAVelocidad de reacciónLa velocidad de una reacción es la rapidez con la cual los reactivos se transforman en productos, teniendo en cuenta ciertas condiciones. La velocidad de una reacción química no es constante, es rápida al principio y va disminuyendo a medida que los reactivos se gastan.

Velocidad media, cantidad (moles) de una sustancia formada o consumida durante una reacción química, en la unidad de tiempo. La unidad de tiempo será aquella que resulte apropiada a la velocidad de la reacción: microsegundos para explosivos, segundos o minutos para reacciones comunes.A + B C + D

TEORIA DE LAS COLISIONES

Para que una reacción química se produzca, es necesario que las moléculas de los reactantes choquen o colisionen unas con otras. Cuanto más partículas o moléculas choquen, más rápido ocurrirá la reacción. Sin embargo, no todas las colisiones son efectivas. Pueden ocurrir muchas colisiones, pero solo algunas conducen a la formación de producto, cuando las moléculas chocan con la orientación adecuada y la suficiente energía.

FACTORES QUE AFECTAN VELOCIDAD DE REACCIÓN

1. Naturaleza química de los reactantes La velocidad de una reacción química está determinada, primero por la naturaleza química de los reactivos, ya que cada sustancia en particular tiene enlaces que son distintos y se necesitará diferente cantidad de fuerza para romperlos.N2 Y H2, en condiciones ordinarias, no reaccionan entre sí.Cl2 y H2, se combinan activamente, incluso en forma instantánea, bajo la acción de la luz.La reacción de oxidación de diferentes metales ocurre a distintas velocidades en igualdad de condiciones: el hierro se oxida más rápido que el aluminio en presencia del oxigeno húmedo.

2. Concentración de los reactantes.

La velocidad de una reacción química homogénea (un solo estado físico), depende de las concentración de los reactantes. Lo cual se explica puesto que a mayor concentración habrá mayor número de moléculas por unidad de volumen, lo que conduce a un mayor número de colisiones efectivas. En las reacciones heterogéneas,(los reactantes se encuentran en diferentes fases o estados), la velocidad se incrementa con el aumento de superficie de contacto entre los reactantes. El hierro de una puntilla se oxida más lentamente al ser expuesto a oxígeno del aire que si el hierro estuviera pulverizado.

3. Tamaño de las partículas.

Generalmente en el laboratorio, las sustancias químicas se encuentran en Forma de polvo muy fino, o en estado líquido para facilitar la reacción. (Trozos de madera pequeños para fuego, digestión de seres vivos).La velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa. No ocurren más cambios en las concentraciones de reactivos y productos, aún cuando las dos reacciones continúan a igual velocidad.

4. Temperatura En general, el aumento de la temperatura incrementa la velocidad de las reacciones químicas. Esto, debido a que al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas reactantes y con ello la probabilidad de que aumente el número de choques o colisiones entre ellas. Cuando por efecto del calor, las partículas aumentan su energía cinética se dice que tales partículas están activadas.La energía que se emplea para obtener este efecto se llama energía de activación, la cual se expresa en kcal/mol o kJ/mol.(Restregar una cerilla para que se inflame. La mezcla gasolina-aire presente en el cilindro de un automotor solo se inflama cuando se produce la chispa de la bujía.)Obviamente la energía de activación es diferente para las diferentes reacciones. Algunas sustancias tienen gran afinidad entre sí, como los metales del grupo I-A, por lo que su combinación requiere mínima energía de activación.

Para que ocurra una reacción, son necesarias 3 condiciones:a. Colisión: Los reactivos deben chocarb. Orientación: Los reactivos deben alinearse de manera adecuada para romper y formar enlaces.c. Energía: La colisión debe proporcionar la energía de activación.

5. Los catalizadores.Existen sustancias que funcionan como catalizadores positivos, al favorecer la velocidad de reacción( H2 y O2, en un matraz tapado, no pasa nada, pero si se coloca un poco de musgo de platino, a los pocos minutos la mezcla gaseosa se inflama, y hay explosión: los dos gases se han combinado, con la producción de agua. El platino catalizó la reacción positivamente, acelerando la reacción). Y catalizadores negativos, que disminuyen la velocidad de la reacción (acetanilida C6H5.NH.CO.CH3 que se adiciona a peroxido de hidrógeno H2O2 para disminuir o retardar su descomposición (en H2O + O). Los catalizadores son sustancias que no son consumidas durante las reacciones.La velocidad de reacción, se determina al medir la cantidad de un reactivo agotado, o la cantidad de producto formado, en un determinado tiempo:

Velocidad de reacción = cambio en concentraciónCambio en tiempo

6. La ley de velocidad de una reacción química.Expresión matemática que define la variación de la velocidad en función de la concentración de los reactantes y una constante, llamada constante específica de velocidad (K), que determina los cambios producidos por los factores distintos a la concentración.

EQUILIBRIO QUIMICOReacción Directa,(irreversible) ocurre en un solo sentido y terminará cuando se agote al menos uno de los reactantes, A o B. Los reactantes reaccionan para convertirse en un producto, no existe la posibilidad de que, del producto, se originen de nuevo los reactantes A + B C

Reacción Inversa o reversible, es cuando los productos de una reacción pueden reaccionar entre sí para formar de nuevo los reactantes. C o D también pueden convertirse en A o B. A + B C + D H2O H2 + ½ O2

La reacción directa (hacia la derecha) comienza tan pronto A y B se mezclan. La reacción inversa (entre C y D) empieza lentamente al formarse las primeras moléculas de los productos, pero luego gana velocidad.

Con el tiempo, la velocidad de la reacción directa disminuye y la de la reacción inversa, hasta que llega un momento en que ambas velocidades son iguales, entonces la velocidad total sería nula. à Equilibrio químico.Las concentraciones de todas las especies presentes en la reacción se hacen constantes.El equilibrio químico es un momento en el cual las dos reacciones contrarias ocurren a la misma velocidad; es un estado en el cual las concentraciones (moles/litros) de los reactantes y productos no cambian con el tiempo.Es importante destacar que este estado de equilibrio no es estático; la reacción no se ha detenido. Los cambios de dirección se están compensando.Las concentraciones se mantienen constantes porque a la misma velocidad que se forma uno de los productos, se consume también. Es decir, si se forman 5 moles/minuto de C, también se consumen 5 mol/minuto de C en su reacción con D.Si la velocidad con que se forman C y D y la velocidad con que se forman A y B se hacen iguales, se llega a un estado en el que no se observa variación en la concentración de A, B, C o D. En ese instante ocurre el estado de equilibrio dinámico.

Clases de equilibrioHomogéneoConsta de una fase única, bien sea gaseosa o líquida. Todos los componentes (reactantes y productos) se hallan en la misma fase.HeterogéneosTodos sus componentes (reactantes y productos) pueden encontrarse en dos o más estados. No se les pueden aplicar la ley atracción de masas, ya que sus moléculas se mueven libre y desordenadamente, pero si se considera solo la fase en que las concentraciones de los reactivos son variables, si se pude aplicar esta ley.Moleculares:Es cuando los sistemas implican moléculas, generalmente, en estado gaseoso.En solución: Cuando el sistema se encuentra en disolución acuosa.

Ley de equilibrio químicoTambién conocida como ley de acción de masas o ley de Gulberg-Waage.Considerando los factores que afectan la velocidad de una reacción química, se observa que hay una razón lógica para que la velocidad de la reacción dependa de la concentración (o presión) de los reactivos. Esto se resume en la llamada ley de acción de masas, formuladas por los cientríficos noruegos Guldberg y Waage que dice que: La velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las masas activas de las sustancias reactantes.Con la expresión masas activas, ellos querían significar las concentraciones de las sustancias. La concentración se expresa en moles de sto por litro de sln o en moles de gas por litro de volumen.

Factores que afectan un estado de equilibrio químicoPrincipio de Le ChatelierLas consecuencias causadas sobre los sistemas en equilibrio fueron estudiadas por Henry Louis Le Châtelier. El principio dice: Cuando en un sistema de equilibrio de se modifica la concentración, o la presión, o la temperatura, se afecta la velocidad de la reacción y el punto de equilibrio se desplaza en la dirección que tienda a contrarrestar el efecto primario del cambio. Efecto de la variación de la concentración: Si se aumenta la concentración de alguna sustancia del sistema en equilibrio, éste reacciona disminuyendo la concentración de la sustancia añadida, para restablecer el equilibrio y el valor de la constante original. Cuando se disminuye la concentración de uno de los reactivos, disminuye también la concentración de los productos. Según el principio, un sistema en equilibrio compensará la fuerza del aumento en la condición de los reactivos con la formación de los productos.Efecto de variación de la temperatura: Si se tiene un sistema en equilibrio a volumen constante y se aumenta la temperatura, el sistema reacciona consumiendo el calor añadido. Así que, si la reacción es endotérmica (libera energía, entalpía negativa), el equilibrio se desplazará hacia los productos; y, si es endodérmica (absorbe energía, entalpía positiva), se moverá hacia los reactantes.Efecto de la variación de la presión:Si se aumenta la presión sobre un sistema en equilibrio, éste se desplaza en el sentido en que se alivie la presión, de manera que este efecto sólo se consigue si el desplazamiento de la reacción se produce en la dirección en la que se produzcan menos moles de gas.La presión es proporcional a (n) o número de moles, siempre y cuando el volumen y la temperatura se mantengan constantes.Los cambios de presión no sólo afectan a los sistemas en equilibrio en los cuales existe una desigualdad en el número de moles, en estado gaseoso, de reactantes y productosSi se aumenta la presión, se produce un cambio que hace que el equilibrio se desplace hacia la derecha, porque la manera de compensar ese aumento es desplazando el equilibrio hacia el lado donde existe un número menor de moles.En general, en los sistemas gaseosos en equilibrio, el aumento de presión favorecerá al sentido de reacción que produzca una disminución de la presión del sistema.

Bibliografía

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