VELOCIDAD DE REACCIÓN

MEDIDA

 
 

Habitualmente medimos la velocidad de reacción mediente el cambio que experimentan las concentraciones de los reactivos o productos que participan en ella. Su unidad, por tanto, suele ser M/s, o sea, mol/L·s

Su medida experimental requiere un conocimiento de cómo cambian las concentraciones de las especies reactivas con el tiempo. Para ello se suelen usar dos planteamientos diferentes: a) coger una muestra de la mezcla reactiva a intervalos de tiempos y analizar su composición o, b) monitorizar la evolución de un reactivo o producto, por ejemplo, un gas que se desprende en una reacción en la que intervienen líquidos

Un ejemplo podría ser la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador. En esta reacción se desprende un gas (O2) cuyo volumen puede ser monitorizado a lo largo del tiempo en un montaje como el de la figura. El O2 abandona el matraz por el tubo de evacuación y se acumula en el interior de la probeta graduada desplazando el agua de su interior. La medida del volumen de oxígeno en función del tiempo nos permite medir la velocidad de reacción.

2 H2O2 (aq) = 2 H2O (l) + O2 (g)

La siguiente simulación de la universidad de Oregon permite visualizar la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en diferentes condiciones

-Densidad

- Estados de agregación de la materia

-Clasificación de la materia

- Mezclas y sustancias puras

- Métodos de separación de mezclas

- ¿Qué es un elemento químico?

- Compuestos químicos

- Moléculas y redes cristalinas

 

VELOCIDAD INSTANTÁNEA DE REACCIÓN

Una vez que conocemos como varía la concentración de reactivos o productos con el tiempo podemos medir la velocidad de reacción. Veamos el ejemplo de la hidrólisis de la aspirina (libretexts):

En este proceso se han monitorizado las concentraciones de aspirina y ácido salicílico a lo largo del tiempo a pH =7

Tiempo (h)
[Aspirina] (M)
[Ácido salicílico] (M)
 
0
5.55 × 10−3
0
2.0
5.51 × 10−3
0.040 × 10−3
5.0
5.45 × 10−3
0.10 × 10−3
10
5.35 × 10−3
0.20 × 10−3
20
5.15 × 10−3
0.40 × 10−3
30
4.96 × 10−3
0.59 × 10−3
40
4.78 × 10−3
0.77 × 10−3
50
4.61 × 10−3
0.94 × 10−3
100
3.83 × 10−3
1.72 × 10−3
200
2.64 × 10−3
2.91 × 10−3
300
1.82 × 10−3
3.73 × 10−3

En este caso las concentraciones varían con el tiempo de la siguiente manera:

A medida que pasa el tiempo la concentración de aspirina disminuye y, por el contrario, la de ácido salicílico aumenta. Como la reacción es mol a mol, los cambios en las concentraciones son de igual valor absoluto pero de signos contrarios.

Como en cualquier medida de velocidad, podemos definir valores medios o valores instantáneos.

La velocidad media se mide en un intervalo de tiempo, y su valor cambia con este. En este caso las velocidades medias entre cada instante de medida son las siguientes:

Esta medida aporta poca información, sería mucho más interesante conocer la velocidad de reacción en cualquier instante, para ello necesitamos calcular la velocidad de reacción instantánea.

En este caso estaríamos caculando la pendiente de la recta tangente a la curva de concentraciones en cualquier instante.

Los valores obtenidos son los siguientes

Este gráfico nos permite ver que la velocidad de desaparición del reactivo (aspirina) es máxima al principio y su valor (absoluto) disminuye linealmente con el tiempo. Por su parte, la velocidad de formación del producto también es máxima al principio y disminuye linealmente con el tiempo.

Un dato importante es la velocidad inicial de reacción, es decir, la velocidad de reacción cuando los reactivos se ponen en contacto. Para determinarla tenemos dos opciones: a) medir rápidamente la velocidad en el momento inicial o, b) utilizar la gráfica concentración-tiempo y calcular su pendiente para t = 0. Esto último es lo que hemos hecho en el ejemplo anterior de la aspirina.

Ejemplo: Los datos obtenidos en la descomposición del peróxido de hidrógeno con tres catalizadores son los siguientes:

Vemos que la velocidad inicial de reacción aumenta a medida que pasamos de CuO a Fe y a MnO2 como catalizadores:

EXPRESIÓN DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Si queremos que la velocidad de reacción tenga el mismo valor tanto si se mide en base a un reactivo o a un producto debemos imponer algunos condicionantes:

1.- La velocidad de reacción siempre tendrá valor positivo

Eso quiere decir que si usamos un reactivo para medir la velocidad de reacción debemos anteponer un signo negativo en la expresión matemática que utilicemos (recordemos que su concentración disminuye con el tiempo). Esto no ocurre si usamos un producto ya que su concentración aumenta con el tiempo, por tanto, sus variaciones de concentración son positivas.

v = - d[reactivo]/dt

v = d[producto]/dt

2.- La velocidad de reacción se referirá a un mol de reactivo o de producto

En las reacciones químicas el número de moles de reactivos y productos en la ecuación química ajustada es, en general, diferente. No tiene porqué darse el caso sencillo que hemos estudiado anteriormente, en el que un mol de reactivo produce un mol de producto. En general se cumplirá:

a A + b B = c C + d D

Por tanto:

v = - (1/a) d[A]/dt = -(1/b) d[B]/dt = (1/c) d[C]/dt = (1/d) d[D]/dt

Ejemplos:

 

 

Chemistry Libre Texts

Capítulo 1

Physical vs. Chemical Change

Classification of Matter

Mixtures and Compounds

Paper Chromatography of Ink

Phases of Water

Capítulo 2

Alpha, Beta, and Gamma Rays

Rutherford Experiment

Atomic Notation

Isotopes

Mass Spectrometer

Trabajando con CURSO DE INTRODUCCION EN QUIMICA GENERAL (Universidad Valladolid)

Nomenclatura

Estructura atómica

Propiedades periódicas

Estequiometría

Test

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Inorgánica

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Orgánica

Trabajando con 100ciaquimica

PHET (QUÍMICA GENERAL)

IOWA University (Simulations)

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