Cinética Química: Velocidad de Reacción, Energía de Activación y Catálisis

A. Expresión de la Ecuación Diferencial de la Velocidad

La expresión de la ecuación diferencial de la velocidad es:

-v = k[a]m[b]n

Donde:

• -v es la velocidad de la reacción, que representa la variación del número de moles por unidad de tiempo (mol/s).
• k es la constante de velocidad, que es función de la temperatura y cuyas unidades dependen del orden total de la reacción (exponentes).
• [a] y [b] son las concentraciones molares de las sustancias.
• m y n son las órdenes parciales de la reacción respecto a la concentración de los reactivos. Pueden coincidir con los coeficientes estequiométricos de las concentraciones molares, lo que indica si una reacción es elemental o no. La suma de m + n es el orden total de la reacción. Estos pueden ser enteros, fraccionarios e incluso 0.

B. Energía de Activación

La energía de activación se define como la energía necesaria que deben alcanzar los reactivos tras el choque para que se alcance el complejo activado y pueda evolucionar la reacción hacia los productos. Dicha energía tiene que ser suficiente para romper los enlaces o debilitarlos adecuadamente. Si la energía de activación es alta, la reacción transcurre de forma lenta y viceversa. Esta energía es necesaria para que la reacción se realice.

Al disminuir la temperatura de la reacción, disminuye la energía cinética de las partículas, por lo que disminuye el número de choques eficaces; por tanto, se tarda más tiempo en alcanzar la energía de activación, y la reacción se hará más lenta.

C. Reacciones Elementales

Una reacción elemental es aquella que transcurre en una sola etapa y, los exponentes a los que están elevadas las concentraciones en la expresión de la velocidad diferencial coinciden con los coeficientes estequiométricos de la reacción, y se puede aplicar la ley de la acción de las masas.

Si los exponentes no coinciden con los coeficientes estequiométricos, entonces significa que la reacción no es elemental, sino que transcurre a través de un conjunto de etapas elementales, que constituye el mecanismo de la reacción. La velocidad de la reacción es definida por la etapa más lenta.

D. Catalizadores

Un catalizador es una sustancia química que participa activamente en la reacción, formando compuestos intermedios que necesitan menor energía de activación, por lo que aumentan la velocidad de la reacción; es decir, en pequeñas cantidades y sin alterarse químicamente, disminuye la energía de activación que tiene que alcanzar la reacción para que se lleve a cabo, por lo que aumenta la velocidad. Al final se obtiene el producto y el catalizador se regenera completamente. Pueden ser orgánicos e inorgánicos.