Efecto de la Temperatura en la

Velocidad de la Reacción

Velocidad de Reacción

• Se define como la cantidad de sustancias que setransforma en determinada reacción por unidad devolumen y tiempo.

Energía de Activación

Es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar undeterminado proceso. La energía de activación suele utilizarse paradenominar la energía mínima necesaria para que se produzca unareacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dosmoléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseeruna cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas seaproximan, sus nubes de electrones se repelen.

• Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y lasmoléculas se aproximan lo suficiente para que se produzcauna reordenación de los enlaces de las moléculas. Laecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa dela relación entre la energía de activación y la velocidad a laque se produce la reacción. El estudio de las velocidades dereacción se denomina cinética química.

Mecanismo de Reacción

Es el conjunto de las fases o estados que constituyen una reacciónquímica. los reactivos son el estado inicial y los productos el estadofinal, hay una variación de energía libre.La energía libre debe ser negativa ya que será una reacción

espontánea, es decir, que la reacción podrá llevarse a cabo sinningún impedimento termodinámico.

Influencia de la temperatura Sobre la Velocidad

¿Que es?

• La ecuación de Arrhenius es una expresión matemática que seutiliza para comprobar la dependencia de la constante develocidad (o cinética) de una reacción química con respecto a latemperatura a la que se lleva a cabo esa reacción.

• Puede ser usada para modelar la variación de temperatura decoeficientes de difusión, población de vacantes cristalinas,velocidad de fluencia, y muchas otras reacciones o procesosinducidos térmicamente.

• La Cinética Química estudia la velocidad de las reaccionesquímicas. Ésta depende de diferentes factores entre los cuales seencuentra la temperatura (T). Muy frecuentemente, la velocidadde las reacciones químicas se puede expresar a través de unaecuación cinética similar a (1):

v = k [A]n

Donde:

k: es la constante cinética

A: es el reactivo.

n: es el orden de reacción

Ecuación 1. Ecuación cinética

•La concentración de reactivo y el orden de reacciónno dependen de la temperatura.

• Por lo tanto concluimos que si la velocidad dereacción y la constante cinetica depende de latemperatura.

• Para muchas reacciones, esta dependencia de krespecto de la temperatura se puede expresarsegún una ecuación empírica, la ecuación deArrhenius.

Ecuación 2. Ecuación de Arrhenius

k aumenta de modo exponencial cuando aumenta la temperatura. En ella aparecen dos parámetros:

• La energía de activación (Ea) está relacionada con la barrera de energía que deben superar los reactivos para transformarse en productos, por lo que un valor elevado de la misma provoca un valor reducido de k y por lo tanto de v. Sus dimensiones son de energía por cada mol.

• · El factor pre-exponencial o factor de frecuencia (A) tiene las mismas unidades que k.

• El modo más cómodo de trabajar con la ecuación de Arrhenius es transformarla e nsu forma linealizada.

Ecuación 3. Ecuación de ArrheniusMétodo Grafico

• Si se aplican logaritmos neperianos en ambos lados de la igualdad, se obtiene:

• Ésta es la ecuación de una línea recta, donde Y es ln k, X es 1/T, la ordenada en el origen es ln A y la pendiente es –Ea/R. En la figura 1 se muestra una representación de dicha línea recta.

El alternativo de trabajar con la ecuación de Arrhenius es considerar solamentedos puntos de dicha recta. Así, a una temperatura T1 la constante cinéticatomaría un valor k1, y del mismo modo para el par de valores T2-k2. Escribiendola ecuación de Arrhenius linealizada para ambos puntos, y restando ambasecuaciones se obtendría:

Ecuación de Arrhenius linealizada para dos pares de valores T-k

• Esta ecuación es muy útil para la resolución de problemas porque relaciona T1, k1, T2, k2 y Ea. Utilizándola se puede hallar Ea a partir de dos pares de valores T-k. También se aplica en problemas en los que se nos da un par de valores T-k y la energía de activación, y se nos pide que hallemos k a otra temperatura.

Ejemplo:

• Para un único proceso térmicamente activado de velocidad limitada, un gráfico de Arrhenius da una línea recta, desde la cual pueden ser determinados tanto la energía de activación como el factor pre-exponencial.

Los gráficos de Arrhenius son ocasionalmenteutilizados para analizar el efecto de latemperatura en las tasas de rapidez de lasreacciones químicas. Para un único procesotérmicamente activado de velocidad limitada, ungráfico de Arrhenius da una línea recta, desde lacual pueden ser determinados tanto la energíade activación como el factor pre-exponencial.

Puesto que k varía con T según la ecuación de Arrhenius, ln k varía frente a1/T según una línea recta. La pendiente de ésta es –Ea/R (ver ecuación 3). Trasdespejar damos el resultado final: Ea = 102.89 KJ/mol

Teoría de las Colisiones

• Explica cualitativamente cómo ocurren las reacciones químicas y porqué lasvelocidades de reacción difieren para diferentes reacciones.

• Para que una reacción ocurra las partículas reaccionantes deben colisionar. Solo unacierta fracción de las colisiones totales causan un cambio químico; estas son llamadascolisiones exitosas. Las colisiones exitosas tienen energía suficiente (Ea) al momentodel impacto para romper los enlaces existentes y formar nuevos enlaces, resultando enlos productos de la reacción.