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7.6: Efectos de la Temperatura, Concentración y Catalizadores sobre las Tasas de Reacción

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    Resultados de aprendizaje
    • Describir cómo las temperaturas, la concentración de reactivo y un catalizador afectan la velocidad de reacción.

    Por su naturaleza, algunas reacciones ocurren muy rápidamente, mientras que otras son muy lentas. Sin embargo, ciertos cambios en las condiciones de reacción pueden tener un efecto sobre la velocidad de una reacción química dada. La teoría de colisiones puede ser utilizada para explicar estos efectos de velocidad.

    Concentración

    El aumento de la concentración de una o más de las sustancias reaccionantes generalmente aumenta la velocidad de reacción. Cuando hay más partículas presentes en una cantidad dada de espacio, naturalmente ocurrirán un mayor número de colisiones entre esas partículas. Dado que la velocidad de una reacción depende de la frecuencia de colisiones entre los reactivos, la velocidad aumenta a medida que aumenta la concentración.

    Temperatura

    El aumento de la temperatura de una reacción química resulta en una mayor velocidad de reacción. Cuando las partículas reaccionantes se calientan, se mueven cada vez más rápido, lo que resulta en una mayor frecuencia de colisiones. Un efecto aún más importante del aumento de temperatura es que las colisiones ocurren con una mayor fuerza, lo que significa que los reactivos tienen más probabilidades de superar la barrera de energía de activación y pasar a formar productos. Al aumentar la temperatura de una reacción se incrementa no solo la frecuencia de colisiones, sino también el porcentaje de esas colisiones que son efectivas, resultando en un aumento de la velocidad de reacción.

    El papel es ciertamente un material altamente combustible, pero el papel no se quema a temperatura ambiente porque la energía de activación para la reacción es demasiado alta. La gran mayoría de las colisiones entre las moléculas de oxígeno y el papel son ineficaces. Sin embargo, cuando el papel es calentado por la llama de un fósforo, llega a un punto en el que las moléculas ahora tienen suficiente energía para reaccionar. La reacción es muy exotérmica, por lo que el calor liberado por la reacción inicial proporcionará suficiente energía para permitir que la reacción continúe, incluso si se elimina el fósforo. El papel sigue ardiendo rápidamente hasta que desaparece.

    Catalizadores

    Las velocidades de algunas reacciones químicas pueden aumentarse drásticamente introduciendo ciertas otras sustancias en la mezcla de reacción. El peróxido de hidrógeno se utiliza como desinfectante para raspaduras y cortes, y se puede encontrar en muchos botiquines como solución\(3\%\) acuosa. El peróxido de hidrógeno se descompone naturalmente para producir agua y oxígeno gaseoso, pero la reacción es muy lenta. Una botella de peróxido de hidrógeno durará varios años antes de que sea necesario reemplazarla. Sin embargo, la adición de solo una pequeña cantidad de óxido de manganeso (IV) al peróxido de hidrógeno hará que se descomponga completamente en cuestión de minutos. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin agotarse en la reacción. Logra esta tarea al proporcionar una vía de reacción alternativa que tiene una barrera de energía de activación más baja. Después de que ocurre la reacción, un catalizador vuelve a su estado original, por lo que los catalizadores se pueden usar una y otra vez. Debido a que no es ni un reactivo ni un producto, un catalizador se muestra en una ecuación química al estar escrito sobre la flecha de rendimiento.

    \[2 \ce{H_2O_2} \left( aq \right) \overset{\ce{MnO_2}}{\rightarrow} 2 \ce{H_2O} \left( l \right) + \ce{O_2} \left( g \right)\]

    Un catalizador funciona cambiando el mecanismo de la reacción, que puede ser el conjunto específico de etapas más pequeñas por las cuales los reactivos se convierten en productos. El punto importante es que el uso de un catalizador disminuye la energía de activación global de la reacción (ver figura a continuación). Con una barrera de energía de activación menor, un mayor porcentaje de moléculas reaccionantes son capaces de tener colisiones efectivas, y la velocidad de reacción aumenta.

    Figura\(\PageIndex{7}\): La adición de un catalizador a una reacción disminuye la energía de activación, aumentando la velocidad de la reacción. La energía de activación de la reacción no catalizada se muestra por\(E_a\), mientras que la reacción catalizada se muestra por\(E_a'\). El calor de reacción\(\left( \Delta H \right)\) no cambia por la presencia del catalizador.

    Los catalizadores son partes extremadamente importantes de muchas reacciones químicas. Las enzimas en su cuerpo actúan como catalizadores de la naturaleza, permitiendo que se produzcan reacciones bioquímicas importantes a velocidades razonables. Las empresas químicas buscan constantemente nuevos y mejores catalizadores para hacer que las reacciones vayan más rápidas y así hacer que la compañía sea más rentable.

    Colaboradores y Atribuciones

    • CK-12 Foundation by Sharon Bewick, Richard Parsons, Therese Forsythe, Shonna Robinson, and Jean Dupon.

    • Allison Soult, Ph.D. (Department of Chemistry, University of Kentucky)

    7.6: Efectos de la Temperatura, Concentración y Catalizadores sobre las Tasas de Reacción is shared under a CC BY-NC-SA 3.0 license and was authored, remixed, and/or curated by LibreTexts.