- Explicar cómo la concentración, el área superficial, la presión, la temperatura y la adición de catalizadores afectan a la velocidad de reacción
Puntos clave
- Cuando se aumentan las concentraciones de los reactivos, la reacción avanza más rápidamente. Esto se debe al aumento del número de moléculas que tienen la energía mínima necesaria. En el caso de los gases, el aumento de la presión tiene el mismo efecto que el aumento de la concentración.
- Cuando los sólidos y los líquidos reaccionan, el aumento de la superficie del sólido aumentará la velocidad de reacción. Una disminución del tamaño de las partículas provoca un aumento de la superficie total del sólido.
- El aumento de la temperatura de reacción en 10 °C puede duplicar o triplicar la velocidad de reacción. Esto se debe a un aumento del número de partículas que tienen la energía mínima requerida. La velocidad de reacción disminuye con la disminución de la temperatura.
- Los catalizadores pueden disminuir la energía de activación y aumentar la velocidad de reacción sin consumirse en la reacción.
- Las diferencias en las estructuras inherentes de los reactivos pueden dar lugar a diferencias en las velocidades de reacción. Las moléculas unidas por enlaces más fuertes tendrán velocidades de reacción más bajas que las moléculas unidas por enlaces más débiles, debido a la mayor cantidad de energía necesaria para romper los enlaces más fuertes.
Términos
- CatalizadorSustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse en el proceso.
- energía de activaciónLa cantidad mínima de energía que deben tener las moléculas para que se produzca una reacción al colisionar.
Concentraciones de reactivos
El aumento de las concentraciones de reactivos hace que la reacción se produzca a mayor velocidad. Para que se produzca una reacción química, debe haber un determinado número de moléculas con energías iguales o superiores a la energía de activación. Con un aumento de la concentración, el número de moléculas con la energía mínima requerida aumentará y, por tanto, la velocidad de la reacción también. Por ejemplo, si una de cada millón de partículas tiene suficiente energía de activación, entonces de 100 millones de partículas, sólo 100 reaccionarán. Sin embargo, si tenemos 200 millones de esas partículas en el mismo volumen, entonces 200 de ellas reaccionarán. Al duplicar la concentración, la velocidad de reacción también se ha duplicado.
Área de superficie
En una reacción entre un sólido y un líquido, el área de superficie del sólido afectará en última instancia a la velocidad a la que se produce la reacción. Esto se debe a que el líquido y el sólido sólo pueden chocar entre sí en la interfaz líquido-sólido, que está en la superficie del sólido. Las moléculas sólidas atrapadas en el cuerpo del sólido no pueden reaccionar. Por lo tanto, el aumento de la superficie del sólido expondrá más moléculas sólidas al líquido, lo que permite una reacción más rápida.
Por ejemplo, considere un ladrillo de 6 x 6 x 2 pulgadas. El área de las superficies expuestas del ladrillo es de 4(6 veces 2)+2(6 veces 6)=120cm^2. Sin embargo, cuando el ladrillo se desmonta en nueve cubos más pequeños, cada cubo tiene un área de superficie de 6(2 \times 2) = 24\ cm^2, por lo que el área de superficie total de los nueve cubos es de 9 \times 24 = 216\ cm^2.
Esto demuestra que el área de superficie total expuesta aumentará cuando un cuerpo más grande se divide en piezas más pequeñas. Por lo tanto, dado que una reacción tiene lugar en la superficie de una sustancia, el aumento de la superficie debería aumentar la cantidad de la sustancia que está disponible para reaccionar y, por lo tanto, también aumentará la velocidad de la reacción.
Presión
Al aumentar la presión de una reacción en la que intervienen gases, aumenta la velocidad de reacción. Al aumentar la presión de un gas, se disminuye su volumen (PV=nRT; P y V están inversamente relacionados), mientras que el número de partículas (n) permanece inalterado. Por lo tanto, al aumentar la presión se incrementa la concentración del gas (n/V), y se asegura que las moléculas del gas choquen con mayor frecuencia. Tenga en cuenta que esta lógica sólo funciona para los gases, que son altamente compresibles; cambiar la presión para una reacción que involucra sólo a los sólidos o líquidos no tiene ningún efecto sobre la velocidad de reacción.
Temperatura
Se ha observado experimentalmente que un aumento de 10 °C en la temperatura suele duplicar o triplicar la velocidad de una reacción entre moléculas. La energía mínima necesaria para que se produzca una reacción, conocida como energía de activación, se mantiene igual al aumentar la temperatura. Sin embargo, el aumento medio de la energía cinética de las partículas causado por el calor absorbido significa que una mayor proporción de las moléculas reaccionantes tiene ahora la energía mínima necesaria para chocar y reaccionar. Un aumento de la temperatura provoca un aumento de los niveles de energía de las moléculas que intervienen en la reacción, por lo que la velocidad de reacción aumenta. Del mismo modo, la velocidad de reacción disminuirá con una disminución de la temperatura.
Presencia o ausencia de un catalizador
Los catalizadores son sustancias que aumentan la velocidad de reacción al disminuir la energía de activación necesaria para que ésta se produzca. Un catalizador no se destruye ni cambia durante una reacción, por lo que puede volver a utilizarse. Por ejemplo, en condiciones normales, el H2 y el O2 no se combinan. Sin embargo, sí se combinan en presencia de una pequeña cantidad de platino, que actúa como catalizador, y entonces la reacción se produce rápidamente.
Naturaleza de los reactivos
Las sustancias difieren notablemente en la velocidad a la que experimentan cambios químicos. Las diferencias de reactividad entre las reacciones pueden atribuirse a las diferentes estructuras de los materiales implicados; por ejemplo, importa si las sustancias están en solución o en estado sólido. Otro factor tiene que ver con las fuerzas de enlace relativas dentro de las moléculas de los reactivos. Por ejemplo, una reacción entre moléculas con átomos unidos por enlaces covalentes fuertes tendrá lugar a una velocidad más lenta que una reacción entre moléculas con átomos unidos por enlaces covalentes débiles. Esto se debe al hecho de que se necesita más energía para romper los enlaces de las moléculas fuertemente enlazadas.