¿De
qué depende que una reacción sea rápida o lenta? ¿Cómo se puede modificar la
velocidad de una reacción? Una reacción química se produce mediante colisiones
eficaces entre las partículas de los reactivos, por tanto, es fácil deducir que
aquellas situaciones o factores que aumenten el número de estas colisiones
implicarán una mayor velocidad de reacción. Veamos algunos de estos factores.
Temperatura
Al
aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las
partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de
estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera
aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se
duplica.
Esto
explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la
nevera o en el congelador. Por el contrario, si queremos cocinarlos, los
introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego.
Grado de División o Estado Físico de los Reactivos
En general, las reacciones entre gases o entre sustancias en disolución son rápidas ya que las mismas están finamente divididas, mientras que las reacciones en las que aparece un sólido son lentas, ya que la reacción sólo tiene lugar en la superficie de contacto.
Si en una
reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor
y su rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es mayor, la
rapidez es mayor.
Si
los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la
reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de
reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la
colisión entre las partículas.
Por
ejemplo, el carbón arde más rápido cuanto más pequeños son los pedazos; y si
está finamente pulverizado, arde tan rápido que provoca una explosión.
Naturaleza de los reactivos
Dependiendo
del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una
energía de activación:
- Muy alta, y entonces será muy
lenta.
- Muy baja, y entonces será muy
rápida.
Así, por
ejemplo, si tomamos como referencia la oxidación de los metales, la oxidación
del sodio es muy rápida, la de la plata es muy lenta y la velocidad de la
oxidación del hierro es intermedia entre las dos anteriores.
Otros ejemplos:
- catión hierro (III) (aq) + catión cromo (II) (aq) → catión hierro(II) (aq) + catión cromo(III) (aq) ; muy rápida
- monóxido de nitrógeno (g) + oxígeno (g) → dióxido de nitrógeno (g) ; moderada
- metano (g) + oxígeno (g) → anhídrido carbónico (g) + agua (l) ; muy lenta
¿A qué se debe esta diferencia en las velocidades? La
primera reacción no requiere la ruptura ni formación de enlaces, sino que
consiste simplemente en un intercambio de electrones de unos iones a otros. La
segunda requiere la ruptura del enlace O=O, y la formación de dos nuevos. Por
último, la tercera reacción requiere la ruptura de seis enlaces y la formación
de otros seis nuevos.
Según se aprecia en estos ejemplos, puede decirse de forma
aproximada que, a temperatura ordinaria, las reacciones que no implican un
reajuste de enlaces, como en algunas reacciones redox en las que solo hay intercambio de electrones entre iones suelen ser muy rápidas. Esto es lo que ocurre en casi todas
las reacciones entre iones. En cambio, cuando se requiere la ruptura y
formación de varios enlaces, las reacciones suelen ser muy lentas.
Concentración
de los reactivos
Si
los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente,
cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en
la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio,
aumentará el número de colisiones.
El
ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de
hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento cuanto
mayor es la concentración del ácido.
Para una reacción: aA + bB ® cC
+ dD
La
variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera
general, en la forma:
v = k [A]α
[B]β
La constante de
velocidad k, depende de la temperatura. α y β son exponentes que no coinciden necesariamente con los coeficientes estequiométricos de la reacción general antes considerada.
α : orden o grado de la reacción
respecto de A
β : orden o grado de la reacción
respecto de B
α+β : orden o grado total de la reacción
La constante de velocidad k, depende de la temperatura. La
dependencia de la constante de velocidad, con la temperatura, viene dada por la ecuación de Arrhenius:
donde la constante A se denomina factor de frecuencia y Ea
es la energía de activación.
Presencia
de un catalizador
Los catalizadores son sustancias que aumentan o disminuyen la
rapidez de una reacción sin transformarse. La forma de acción de los mismos es
modificando el mecanismo de reacción, empleando pasos elementales con mayor o
menor energía de activación. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química;
no varía su calor de reacción.Los catalizadores se añaden en pequeñas
cantidades y son muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas
determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final de la
reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la reacción.
