Teoría de Colisiones o Choques
La teoría de colisiones propone que las reacciones químicas se producen a partir de los choques eficaces entre las moléculas, los átomos o los iones de los reactivos. La velocidad de la reacción depende de 3 factores:
- La frecuencia con que chocan las moléculas por unidad de volumen.
- La eficacia del choque (en términos energéticos).
- La orientación favorable del choque.
Para calcular la frecuencia del choque tenemos que referirnos a la teoría cinética de los gases, según la cual existe una relación entre la frecuencia de los choques y la concentración de los reactivos, las masas moleculares, la distancia entre los centros de las moléculas en el momento del choque.
En una reacción entre gases, la frecuencia de reacción es muy alta. Si cada colisión resultase en la formación de productos, las reacciones entre los gases ocurrirían a mucha velocidad. Pero en realidad estas reacciones son mucho más lentas, lo que significa que un gran número de choques son ineficaces.
La teoría de colisiones relaciona la constante cinética con el número de colisiones eficaces entre moléculas, siendo estas las que realmente dan lugar a los productos.
La ecuación de Arrhenius nos da el valor de la constante cinética de una reacción (k).
Teoría del Estado de Transición o del Complejo Activado
Esta teoría se basa en la formación de un estado intermedio transitorio entre reactivos y productos, que tiene alta energía y escasa duración.
En este estado se forma un complejo activado en el que se están rompiendo y formando los enlaces. Para alcanzar dicho estado se necesita una energía de activación, que siempre es positiva independientemente del tipo de reacción (exotérmica o endotérmica).
En un diagrama energético se puede representar la entalpía de los reactivos y productos y todos los pasos entre unos y otros en función del transcurso de la reacción. El estado de activación explica la posibilidad de las reacciones directa e inversa en un equilibrio de una reacción. La curva de energía que refleja todo este proceso se denomina perfil de la reacción.
La Velocidad de una Reacción Química
Es la variación en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo. Sus unidades son mol por litro a la menos uno.
Ecuación Cinética
Es la expresión matemática que relaciona la velocidad de reacción con las concentraciones molares de todas las sustancias que intervienen en ella.
Factores que Afectan a la Velocidad de Reacción
- **Concentración de reactivos:** Se presentarían en primer lugar los datos de concentración respecto al tiempo, obteniendo una curva cuya pendiente nos daría la velocidad instantánea en cada punto, que varía con el tiempo. Posteriormente, se representarían los valores de la velocidad obtenidos respecto a la concentración, obteniéndose una recta de ecuación V=K{n2o5} cuya pendiente representa la constante cinética e indica la dependencia de la velocidad con la concentración de los reactivos y con la constante cinética. Un aumento de la concentración de los reactivos implica un aumento de la velocidad de la reacción.
- **Naturaleza química del proceso:** Las reacciones que conllevan una ruptura y reorganización de enlaces covalentes, especialmente si son dobles o triples, transcurren de forma más lenta que aquellas donde no lo hay.
- **Estado físico de los reactivos:** Los estados físicos de agregación fluidos (líquidos y gases) favorecen la mezcla e interacción directa entre los reactivos, dando lugar a cinéticas más rápidas. Reacciones homogéneas: las reacciones entre gases están favorecidas, mientras las reacciones entre sustancias disueltas suelen ser algo más lentas. Las reacciones entre sólidos solo se darán en la superficie externa, por lo que siempre serán las más lentas. Las reacciones entre iones serán las más rápidas. Reacciones heterogéneas: son aquellas en las que los reactivos están en estados de agregación (fases) distintos. Son más lentas que las homogéneas, pues la interacción molecular solo se produce en la superficie de contacto entre las fases.
- **Presencia de catalizadores:** Un catalizador es una sustancia química que estando presente en cantidades muy pequeñas, aumenta notablemente la velocidad de una reacción. Los catalizadores no se consumen en la reacción química global recuperándose completamente al final de esta, aunque sí participa en procesos intermedios.
- **Efecto de la temperatura:** Experimentalmente se observa que la velocidad de una reacción química aumenta con la temperatura K=Axe(-Ea/RxT). A es el factor de frecuencia; una constante que engloba todos los demás factores que no dependen de la energía de activación, ni de una forma muy sustancial de la temperatura. Este factor es proporcional a la frecuencia de colisión de las moléculas de los reactivos y a las variaciones de orientación de los reactivos para producir la reacción. Ea representa la energía de activación, que es la energía necesaria para que se produzca la reacción química, independientemente de que sea exotérmica o endotérmica. Se expresa en julios.
Mecanismo de Reacción
La secuencia de pasos elementales que dan lugar a la formación del producto constituyen su mecanismo de reacción. Molecularidad: de una reacción es el número de moléculas que reaccionan en un paso elemental de ella. Pueden ser iguales o diferentes. Las leyes de la velocidad y los pasos elementales: el mecanismo de reacción es la descripción del camino que desarrolla una reacción química o, lo que es lo mismo, la secuencia de pasos intermedios simples a escala molecular, cada uno de los cuales se denomina etapa elemental, y en ellos se muestran las especies moleculares que interactúan entre sí.