Principios básicos para el desarrollo humano

BLOQUE VI.- CINÉTICA QUÍMICA.- VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
1. INTRODUCCIÓN
Cuando se desea utilizar una reacción química para producir nuevas sustancias o energía, es
necesario conocer, además de las consideraciones energéticas que implica, el grado de realización de la
reacción, es decir, lo que sucede en el equilibrio y también cuál es la velocidad a la que se produce
entendidacomo la variación a lo largo del tiempo de las concentraciones de los reactivos y
productos que intervienen en la misma. De este último aspecto se ocupa una parte de la Química
denominada Cinética Química. Por ejemplo, la oxidación del hierro en condiciones estándar es un proceso
favorable termodinámicamente, desplazado hacia la formación del óxido férrico, pero la reacción transcurre
a unavelocidad muy lenta (un objeto de hierro tarda bastante tiempo en oxidarse).
2. VELOCIDAD DE REACCIÓN
Para medir el grado de avance de una reacción química, se define la velocidad de reacción, como
la derivada respecto al tiempo de la concentración de alguno de los reactivos o productos que
intervienen en la misma.
Así, para una reacción general:
aA + bB → cC + dD
la velocidad de la reacciónpuede expresarse respecto a cada reactivo o producto de la siguiente forma de
cualquiera de las siguientes formas:
vA = −

d [A]
dt

vB = −

d [B ]
dt

vC =

d [C ]
dt

vD =

d [D ]
dt

y se cumple por tanto que:
vA = −

1 d [A]
1 d [B ] 1 d [C ] 1 d [D ]
=−
=
=
a dt
b dt
c dt
d dt

Como vemos las velocidades respecto a los reactivos son negativas puesto que laconcentración de estas sustancias disminuye con el tiempo (están desapareciendo), mientras que las de
los productos son positivas puesto que están formándose.
Para comprender esto mejor, consideremos una reacción en fase gaseosa tal como la siguiente:
3 A(g) + B(g) → 2 C(g)

1

que se desarrolla en un recipiente de 5 litros de capacidad. Antes de comenzar la reacción, las
concentracionesiniciales de A, B y C pueden ser cuales quiera. Supongamos que son las siguientes:
[A]0 = 3 M

[B]0 = 1 M

y

[C]0 = 0 M

Al cabo de un pequeño intervalo de tiempo ∆t, la reacción habrá evolucionado hacia los productos, y
las concentraciones de A, B y C ya no serán las mismas que inicialmente. Las variaciones de la
concentración de cada especie serán:
∆A= [A] – [A]0

∆B= [B] – [B]0∆C= [C]0 + [C]

siendo [A], [B], y [C], las concentraciones de A, B, y C al cabo del pequeño intervalo de tiempo, ∆t.
Dividiendo los ∆[ ] por ∆t, y considerando ∆t muy pequeños, los límites de estos cocientes
∆[ ]/∆t, representan la velocidad de reacción:
 1 ∆[A ] 
 ∆[B ] 
 1 ∆[C] 
v = lím ∆t → 0  −
 = lím ∆t → 0  −
 = lím ∆t → 0 

 3 ∆t 
 ∆t 
 2 ∆t 

Supongamospara nuestra reacción (3 A(g) + B(g) → 2 C(g)) que hemos medido las concentraciones
de los reactivos y productos a lo largo del tiempo, y que hemos obtenido los siguientes resultados:
t (min)
[A]
[B]
[C]
∆[A]
∆[B]
∆[C]

0
3,000
1,000
0,000
-

10
1,104
0,368
1,264
-1,896
-0,632
+1,264

20
0,406
0,135
1,729
-0,698
-0,233
+0,465

30
0,149
0,050
1,901
-0,257
-0,085+0,172

90
0,004
0,000
1,999
-0,149
-0,049
+0,099

Si nos fijamos en los incrementos de las concentraciones, vemos que no varían linealmente con el
tiempo (a iguales ∆t le corresponden distintos ∆[ ]).

2

Representando gráficamente las concentraciones de cada especie en función del tiempo, vemos
que se trata de variaciones exponenciales, tales como las que aparecen en la figura.Esta variación
[ ]M

3

[A]
2

[C]
1

[B]
0
0

t (min)
5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

exponencial de la concentración de los reactivos y productos es típica en la mayoría de las reacciones
químicas.
3. ECUACIONES DE VELOCIDAD (ECUACIONES CINÉTICAS)
La velocidad de una reacción química depende de varios factores. Si la reacción es
homogénea...