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Ecuación de Arrhenius

La ecuación de Arrhenius es una expresión matemática que se utiliza para comprobar la dependencia de la constante de velocidad (o cinética) de una reacción química con respecto a la temperatura a la que se lleva a cabo esa reacción.[] La ecuación fue propuesta primeramente por el químico holandés J. H. van 't Hoff en 1884; cinco años después en 1889 el químico suecoSvante Arrhenius dio una justificación física y una interpretación para la ecuación. Actualmente, es vista mejor como una relación empírica.[2] Puede ser usada para modelar la variación de temperatura de coeficientes de difusión, población de vacancias cristalinas, velocidad de fluencia, y muchas otras reacciones o procesos inducidos térmicamente.

Dicho de manera breve, la ecuación de Arrhenius dala dependencia de la constante de velocidad k de reacciones químicas a la temperatura T (en temperatura absoluta, tales como kelvins o grados Rankine) y la energía de activación[3] Ea", de acuerdo con la expresión:[1]

Dónde:
: Constante cinética (dependiente de la temperatura)
: Factor preexponencial o factor de frecuencia. Refleja la frecuencia delas colisiones.
: Energía de activación, expresada en J/mol.
: Constante universal de los gases. Su valor es 8,3143 J·K-1·mol-1
: Temperatura absoluta [K]
Ejemplo:
Decaimiento de dióxido de nitrógeno |
2 NO2 → 2 NO + O2 |
Gráfico convencional:
k respecto a T |
|



Gráfico de Arrhenius:
ln(k) respecto a 1/T

Interpretación cinética de la ecuación de Arrhenius
Arrheniusargumentó que para que los reactivos se transformen en productos, deben primero adquirir una mínima cantidad de energía, llamada la "energía de activación" Ea. A una cierta temperatura absoluta T, la fracción de las moléculas que tiene una energía cinética mayor que Ea puede ser calculada a partir de la distribución de Maxwell-Boltzmann de la mecánica estadística, y resulta ser proporcional a . Elconcepto de energía de activación explica la naturaleza exponencial de la relación, y de una forma u otra está presente en todas las teorías cinéticas.

Velocidad de reacción
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de 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 fracciones de segundo.
La cinética química es la parte de la fisicoquímica que estudia las velocidades de reacción, la dinámica química estudia los orígenes de las diferentes velocidades de las reacciones. El concepto de cinética química se aplica en muchas disciplinas, tales como la ingeniería química, enzimología e ingenieríaambiental.
Factores que afectan la velocidad de reacción
* Naturaleza de la reacción: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, más rápidas que otras. El número de especies reaccionantes, su estado físico las partículas que forman sólidos se mueven más lentamente que las de gases o de las que están en solución, la complejidad de la reacción, y otros factores pueden influirenormemente en la velocidad de una reacción.
* 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 de colisión también se incrementa.
* Presión: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con lapresión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta.
* 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...