Significado de velocidad de las reacciones químicas Definición, y factores
MSc. Licenciada en Química
Definición formal
La velocidad de una reacción química se mide en correspondencia a la variación de la concentración de reactantes o productos en un determinado intervalo de tiempo, concibiendo que la velocidad responde a una variable que se modifica en un lapso temporal.
Si la velocidad s mide en referencia a la concentración de una sustancia reaccionante, se dice que es la velocidad de desaparición del reactante A y su valor será negativo puesto que la concentración final será menor a la inicial. También, es posible medir la velocidad de esa misma reacción en función a la concentración del producto, en este caso se estaría evaluando la velocidad de aparición del producto y dado que la concentración final de este es mayor a la inicial, la velocidad de reacción es positiva.
Explicación del proceso
\(REACTANTES~\to PRODUCTOS\)
Para que ocurra un cambio químico las sustancias llamadas reactantes deben estar en contacto tal que se produzca una interacción entre ellas. Para ello, las sustancias se colocan en recipientes llamados reactores químicos. Las colisiones o choques entre las moléculas producen esas necesarias interacciones. Pero, no cualquier choque causa una reacción química, las moléculas también deben estar en una adecuada orientación para que ese choque sea efectivo.
Cuando las moléculas reactantes chocan efectivamente, se rompen los enlaces y se forman los nuevos enlaces que generan a los productos. Para que todo este proceso ocurra, adicionalmente, se precisa de una cantidad de energía mínima llamada energía de activación.
Esta energía de activación depende de la naturaleza de las sustancias reactantes. Cada reacción tiene su energía de activación particular. Hay reacciones que ocurren inmediatamente, a penas los reactantes se ponen en contacto, en este caso la energía de activación es baja. Existen otras reacciones que tardan en iniciarse, en estos casos la energía de activación es alta.
Factores que afectan la velocidad de reacción: temperatura, concentración y catalizadores
Las reacciones químicas se producen a diferentes velocidades, en términos cualitativos, pueden ser muy rápidas o muy lentas. La naturaleza y concentración de los reactantes, la temperatura y la presencia de catalizadores o inhibidores hacen variar la rapidez de las reacciones químicas.
Cómo afecta la temperatura
En términos generales, podemos aseverar que una elevación en la temperatura aumenta la velocidad de la reacción química. Al elevar la temperatura, incrementan los choques entre las moléculas de reactantes haciendo que, también así, se extienda la posibilidad de que estos choques sean efectivos y se generen los nuevos productos.
Por ejemplo, para cocinar un alimento debemos calentarlo en una estufa (aumenta su temperatura) y mientras mayor sea la temperatura más rápido ha de cocinarse. Por el contrario, para preservar un alimento, es decir, reducir su velocidad de descomposición, se introduce éste a un refrigerador (disminuye su temperatura). ¡El frío retarda la descomposición!
Existe una regla empírica que establece que al aumentar en 10 grados la temperatura, se duplica la velocidad de una reacción química. Esto es una generalización, no es válida para todos los casos.
La influencia de la concentración
Como se definió inicialmente, la concentración influye directamente en la velocidad de las reacciones químicas. En vista de que, las reacciones ocurren por los choques entre las moléculas reaccionantes, al haber más cantidad de moléculas por unidad de volumen, la frecuencia de choques aumentará y así mismo, se debería incrementar la velocidad de reacción.
Sin embargo, la relación entre la concentración y la velocidad de reacción, no es directa o sencilla en todos los casos. Para poder determinar exactamente la influencia de la concentración en la velocidad, es preciso conocer el proceso detallado en el que las moléculas de reactantes llegan a transformarse en moléculas de producto. Estos pasos se conocen como mecanismo de reacción y es particular para cada tipo de reacción.
El efecto de los catalizadores
Los catalizadores son sustancias químicas que intervienen en el mecanismo de la reacción, produciendo una disminución en la energía de activación. La consecuencia final de este hecho es el aumento de la rapidez de la reacción química. Una característica de los catalizadores es que estos no se consumen en la reacción, es decir no son un reactante.
Existen reacciones tan lentas que, simplemente, no se producen a condiciones normales. Por ejemplo, la descomposición del agua oxigenada es una reacción con tal lentitud que, a condiciones normales de presión y temperatura, no es común ver en un frasco de agua oxigenada, alguna burbuja por el desprendimiento del oxígeno. Pero, si a este frasco añadimos unos pocos gramos de dióxido de manganeso (MnO2), veremos una rápida efervescencia, ocasionada por el desprendimiento del gas de la descomposición del agua oxigenada. Esto ocurre porque el dióxido de manganeso actúa como catalizador en esta reacción. Es decir, acelera la reacción.
\(2{{H}_{2}}{{O}_{2}}\overset{Mn{{O}_{2}}}{\mathop{\to }}\,2{{H}_{2}}O+{{O}_{2}}\uparrow\)
Se suele colocar el catalizador sobre la flecha dado que, este no se consume ni se produce en la reacción química.
Bibliografía
Burns R. Fundamentos de Química. 2da ed. Prentice Hall Hispanoamerica, s.a. 1996.
Trabajo publicado en: Abr., 2021.
