Cinética Química
La cinética química es el campo de la química que se ocupa de la rapidez o velocidad con la que ocurren las reacciones químicas, es decir, la desaparición de reactivos para convertirse en productos, así como de los mecanismos de las mismas. Se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general (difusión, ciencia de superficies, catálisis).
La velocidad de reacción se calcula midiendo la rapidez de aparición de un producto o desaparición de un reactivo. Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada o transformada por unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es constante.
Factores que Influyen en la Velocidad de Reacción
- Temperatura: La rapidez de reacción aumenta con la temperatura porque al aumentarla se incrementa la energía cinética de las moléculas. Con mayor energía cinética, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia y con más energía.
- Estado Físico de los Reactivos: Si en una reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su velocidad también es menor. Pero si el área de contacto es mayor, la velocidad es mayor. Al encontrarse los reactantes en distintas fases aparecen nuevos factores cinéticos a analizar.
- Presencia de un Catalizador: Aumentan la rapidez de una reacción sin transformarla, mejoran la selectividad del proceso, reduciendo la obtención de productos no deseados. Su forma de acción es modificando el mecanismo de reacción, empleando pasos elementales con menor energía de activación.
- Naturaleza de Reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras.
- Concentración de la Reacción: La velocidad de una reacción aumenta con la concentración.
- Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa con la presión.
- Orden: El orden de la reacción controla cómo afecta la concentración a la velocidad.
Constante de la Reacción
Depende también de la temperatura, ya que la energía cinética depende de ella. La relación entre k y la temperatura está dada por la ecuación de Arrhenius:
Donde A es el factor de frecuencia de la materia prima con la presión.
Tiempo de Vida Media
Tiempo necesario para que haya reaccionado la mitad de su concentración inicial.
Orden de la Reacción
Se define como la suma de exponentes de las concentraciones en la ley de la rapidez de la reacción.
Dependencia de la Velocidad con la Temperatura
La velocidad de una reacción es menor si la temperatura es menor o, en otras palabras, la velocidad de la reacción se incrementa con la temperatura.
Reacciones Endotérmicas
Es cualquier reacción química que absorbe energía y tiene un incremento de entalpía o ΔH positivo.
Reacciones Exotérmicas
Es cualquier reacción que desprende energía, ya sea como luz o calor, con variación negativa de entalpía.
Calor Estándar de Reacción
Se define como la variación de entalpía que experimenta la reacción cuando (a) moles de (A) y (b) moles de (B) en sus estados estándar de temperatura (t) reaccionan para formar (l) moles de (L) y (m) moles de (M) en sus estados estándar a la temperatura (t).
Calor Estándar de Formación
Variación de entalpía que acompaña la formación de un mol de una sustancia en su estado estándar a partir de sus elementos contribuyentes en su estado estándar.
Calor Estándar de Combustión
Es la variación de entalpía cuando 1 mol de una sustancia reacciona completamente con oxígeno bajo condiciones normales de presión y temperatura.
Ley de Hess
Propuesta por Germain Henri Hess en 1840, establece que si una serie de reactivos reaccionan para dar una serie de productos, el calor de la reacción liberado o absorbido es independiente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas. Esto es, que los cambios de entalpía son aditivos: ΔHneta = ΣΔHr
Ecuación de Arrhenius:
ln(k) = ln(A) – 
Gases Reales
Las condiciones o postulados en que se basa la teoría cinética de los gases no siempre se pueden cumplir. La situación en que más se aproximan a ellas es cuando la presión y la temperatura son bajas. Cuando estas son altas, el comportamiento del gas se aleja de tales postulados, especialmente en lo relacionado a que no hay interacción entre las moléculas de tipo gravitacional, eléctrica o electromagnética, y a que el volumen ocupado por las moléculas es despreciable comparado con el volumen total ocupado por el gas.
Z: Se puede considerar como un factor de corrección, el cual corrige los valores de presión y volumen leídos para llevarlos a los verdaderos valores que se tendrían si el mol de gas se comportara a la temperatura ideal.
P * V = Z * R * T
Para el cálculo de Z necesitamos conocer las propiedades críticas que son:
Presión Crítica: Valor límite de la presión de saturación, cuando la temperatura de saturación se aproxima a la Temperatura Crítica: Máxima temperatura a la que es posible hacer que un gas cambie al estado líquido (se licúe) solamente mediante presión.
Clasificación de Reacciones
| Clasificación | No Catalizadas | Catalizadas |
|---|---|---|
| Homogéneas | La mayor parte de las reacciones en fase gaseosa | La mayor parte de las reacciones en fase líquida |
| Heterogéneas | Combustión de carbón Tostación de minerales Ataque de sólidos por ácidos Absorción gas-líquido con reacción | Síntesis de amoniaco Oxidación de amoniaco para dar ácido nítrico Cracking del petróleo Oxidación SO2 a SO3 |
Gases Ideales
Es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética).
Emulsiones
Es una mezcla de líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea. Un líquido (la fase dispersa) es dispersado en otro (la fase continua o fase dispersante). Gran cantidad de emulsiones se hacen entre el agua y el aceite y otras grasas de uso común, como es el caso de la mayonesa y la leche, y su crema, la mantequilla y la margarina.
Emulsión Directa: El aceite mineral está disperso en el agua en forma de gotitas muy pequeñas.
Emulsión Indirecta: Las gotitas de agua están dispersas en el aceite lubricante.
Área Superficial
Es la que controla la interacción química entre sólidos y líquidos o gases. Determina, por ejemplo, la rapidez con que un sólido se quema, como sustancia en polvo se disuelve en un solvente, etc.
Absorción Química
Se produce debido a fuerzas mucho más fuertes, tales como las que producen enlaces químicos covalentes. Es mucho más lenta que la física y comúnmente es irreversible.
Absorción Física
Se da por fuerzas débiles y generalmente no específicas, tales como las fuerzas de Van der Waals y de London. Tiende a alcanzar equilibrio rápidamente, tiene energía de activación muy baja y puede ser reversible.
Absorción de Langmuir
Es aquella igualdad que relaciona la absorción que presentan determinadas moléculas cuando se encuentran en superficie en estado sólido con las concentraciones o presión de gas del medio que se sitúa sobre la superficie sólida mencionada, todo esto con temperatura constante.
Isoterma de Freundlich
Es una curva que relaciona la concentración de un soluto en la superficie de un absorbente con la concentración del soluto en el líquido con el que está en contacto.