Determinación de la constante de velocidad y orden de una reacción

Determinación de la
constante de
velocidad y orden de
una reacción

Carlos García Regal

1.- El alumno comprenderá la influencia de la concentración en la velocidad de
una reacción química.
2.-Determinará el valor experimental de la constante de velocidad de una
reacción química.
3.-Determinará el valor experimental del orden de la reacción química con
respecto a cada reactivo.

Lacinética química es un área de la fisicoquímica que se encarga del estudio
de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones
variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general
(Difusión, ciencia de superficies, catálisis). La cinética química es un estudio
puramente empírico y experimental; el área química que permite indagar en
lasmecánicas de reacción se conoce como dinámica química.
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se
transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por
ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta
que puede tardar muchos años, pero la combustión del butano en un fuego es una
reacción que sucede en fraccionesde segundo. La velocidad de reacción depende de
factores como:
- Naturaleza de la reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza,
más rápidas que otras.
-Concentración: La velocidad de reacción aumenta con la concentración,
como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al
incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia decolisión también se
incrementa.
-Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy
significativamente con la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la
concentración del gas.
- Orden: El orden de la reacción controla cómo afecta la concentración (o
presión) a la velocidad de reacción.
-Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reacción a una temperatura
másalta provee más energía al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de
reacción al ocasionar que haya más colisiones entre partículas, como lo explica
la teoría de colisiones. Sin embargo, la principal razón porque un aumento de
temperatura aumenta la velocidad de reacción es que hay un mayor número de
partículas en colisión que tienen la energía de activación necesaria para que sucedala
reacción, resultando en más colisiones exitosas. La influencia de la temperatura está
descrita por la ecuación de Arrhenius.

Con las mediciones del cambio de concentración de reactivos o de
productos en función del tiempo se puede obtener una expresión matemática que
relaciona la velocidad de una reacción y la concentración de los reactivos.
Por ejemplo, para la reacción generalsiguiente:
aA + bB  cC + dD
Su ecuación de velocidad se representa:
velocidad = k [A ] x [B] y

En la ecuación k es una constante de proporcionalidad que indica que la
velocidad es directamente proporcional a las concentraciones de reactivos, elevadas a
los exponentes x y y. A la constante k, se le denomina la constante de velocidad de
reacción y es distinta para cada reacción química. Losexponentes x y y indican la
relación entre la velocidad de la reacción y la concentración de los reactivos A y B, el
valor de estos exponentes se determinan experimentalmente ya que no son
necesariamente los coeficientes estequiométricos de la ecuación química balanceada,
al sumar ambos exponentes tenemos el orden total de reacción. Ejemplos de
reacciones que dependen del tiempo son: latransferencia de masa de un gas en agua,
la disolución del oxígeno del aire en lagos y corrientes hasta el arrastre del dióxido de
carbono de agua subterránea tratada por métodos químicos.
1. ¿Cómo se expresa la velocidad de una reacción?
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se
transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por
ejemplo, la...