En el laboratorio escolar, durante un proceso químico se transforman las sustancias denominadas reactivos en otras llamadas productos. El cambio de reactivo a producto se verifica en algunos casos con lentitud como es el caso de 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 como la de magnesio (trozo de cinta) que al agregarle unas gotas de ácido clorhídrico concentrado, reaccionan rápidamente transformándose en cloruro de magnesio con desprendimiento de hidrógeno y calor (reacción exotérmica).

     La velocidad de reacción se calcula, midiendo la rapidez de aparición de un producto o la desaparición de un reactivo; por ejemplo:

     De acuerdo con lo anterior, la velocidad de reacción se presenta en función de la cantidad de reactivos transformada en productos por unidad de tiempo (cambio en la concentración) que generalmente ocurre en segundos.

     Las unidades que expresan la velocidad de transformación de un reactivo, la de formación de un producto y la velocidad de reacción son:

Los factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas son:

  • Naturaleza de las sustancias que reaccionan
  • Concentración
  • Temperatura
  • Presencia de catalizadores

 

 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, moléculas y iones 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.

     Las reacciones entre iones involucran disociación en el agua como primer paso, que no implican ruptura de enlaces; por lo general se producen instantáneamente; por ejemplo: al mezclar una disolución de nitrato de plata con otra de cloruro de sodio, enseguida se produce cloruro de plata que se precipita, más nitrato de sodio (en forma de iones disueltos).

Ag+NO– + Na+Cl– ® Ag+Cl–  + Na+NO–

     En este caso, la reacción entre los iones se manifiesta hacia los productos rápidamente (cloruro de plata).

      La velocidad de reacción entre moléculas suele ser muy lenta ya que requieren más energía para poder romper algunos de sus enlaces; por ejemplo: la del hidrógeno con el yodo para formar ácido yodhídrico.

H2 +I2 ® 2 HI

     Molécula de hidrógeno + Molécula de yodo ® Dos moléculas de ácido yodhídrico

      Las reacciones entre moléculas por lo general son muy lentas.

     En síntesis: la velocidad con que reaccionan las sustancias dependerá de que los choques entre partículas (iones o moléculas) sean efectivos, esto es, deben tener la energía necesaria para reaccionar.

 

 INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN

Una experiencia conocida por las amas de casa durante el lavado de ropa consiste en que al agregar pequeñas cantidades de blanqueador, se obtiene el efecto esperado; sin embargo, al añadir mayor cantidad, la ropa tiende a decolorarse e incluso a destruirse.

     En una reacción química la concentración de los reactivos interviene como otro factor que afecta la velocidad de las reacciones químicas como en el ejemplo anterior, donde la velocidad de una reacción es directamente proporcional a los cambios en la concentración.

     Considerando, por ejemplo, la reacción química entre dos gases se tiene:

I2 (g) + H2(g) ® 2HI(g)

     En el recipiente A de la figura, los gases son los mismos que en el recipiente B. Están a la misma temperatura pero su concentración es distinta.

     Al aumentar el número de partículas en un volumen dado, es decir hay más concentración y, por tanto, se producen choques más frecuentes. La velocidad de la reacción aumenta a mayor concentración de uno de los gases o de ambos.

     En síntesis: la velocidad de reacción será mayor en el recipiente B que en el A.

     Las concentraciones de los reactivos se pueden expresar en: mol/litro

 

 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Un claro ejemplo de dónde se observa la influencia de la temperatura sobre la velocidad de una reacción en la vida cotidiana es la leche que viene envasada, la cual se debe consumir antes que pase cierto tiempo porque se descompone; al refrigerarla a 4º C aproximadamente, se reduce su velocidad de descomposición durante algunos días, pudiéndose duplicar si se mantiene a 0º C.

     La experiencia enseña que al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de cualquier reacción. Asimismo, se incrementa la velocidad de desplazamiento de las moléculas, lo cual conduce a un mayor número de choques entre ellas, es decir, aumenta la energía cinética.

     La velocidad de reacción se duplica aproximadamente cada 10º C que aumenta la temperatura. No obstante, existen diferencias entre la teoría (de las colisiones) y el experimento, ya que no siempre el choque entre moléculas da origen a una reacción, al darse casos en que los choques entre éstas no producen ningún cambio.

     Por tanto, cuando se eleva la temperatura en una reacción, las moléculas pueden chocar con la energía suficiente para que se efectúen rupturas en los enlaces y se formen nuevas moléculas de producto, aumentando así la velocidad de la misma.

     Por ejemplo: la formación del agua a partir del hidrógeno y el oxígeno es muy lenta a temperatura ambiente; sin embargo, puede ser muy rápida (incluso explosiva) cuando se aumenta la temperatura.

 

 INFLUENCIA DE LOS CATALIZADORES

Muchas de las reacciones industriales para obtener productos de consumo son catalizadas (como las gasolinas). Con frecuencia se habla de que cada día más automóviles cuentan con un convertidor catalítico para disminuir sus emisiones contaminantes. Simplemente, al agregar vinagre para preparar escabeche y encurtir los chiles, se inicia un proceso catalítico.

     Las vitaminas, fermentos, levaduras, hormonas y enzimas son catalizadores biológicos. Su presencia en los seres vivos hace posible efectuar reacciones químicas que desarrolladas en el laboratorio resultarían extremadamente lentas.

     Un catalizador es un factor importante que influye en la velocidad de una reacción química; asimismo, es la sustancia que presente en un proceso químico interviene en él sin transformarse, siendo capaz de provocar aceleración o retardo en la velocidad de la reacción química.

     Ahora bien, existen catalizadores (llamados catalizadores positivos) como el dióxido de manganeso (MnO2), utilizados en la obtención de oxígeno por descomposición térmica del clorato de potasio que aumenta la velocidad de una reacción química;

      O el tetraetilo de plomo [(C2H5)4Pb], llamado catalizador negativo, es antidetonante de gasolinas, el cual disminuye o retarda una reacción química.

     Los catalizadores pueden estar dispersos o disueltos en el mismo medio que los reactivos y productos. En este caso se les llama catalizadores homogéneos porque se encuentran en la misma fase líquido-líquido.

     Cuando están en una fase distinta a los reactivos se denominan catalizadores heterogéneos; por ejemplo: el níquel sólido en pequeñas partículas cataliza la hidrogenación del petróleo que es un líquido. En este caso se encuentran en fases diferentes sólido-líquido.

     Una de las principales características de los catalizadores es su selectividad o propiedad para acelerar o retardar una reacción determinada. Cuando un catalizador deja de cumplir sus funciones por contaminación, se dice que se envenena. Para que esto no suceda deben emplearse reactivos muy puros. En el caso del petróleo ocurre porque contiene pequeñas cantidades de azufre, el cual envenena a los catalizadores, ésta es principalmente la razón por la que los petróleos con alto contenido de azufre son más baratos.

     Es importante señalar que existen otros factores que también influyen en la velocidad de reacción, como el grado de división de los reactivos, solubilidad de los reactivos y productos, presión, etcétera.

 

 

 

 

 

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