18.1: Velocidad de reacción química

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 70496

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Las carreras de drag son un deporte que involucra a dos autos comenzando desde un punto muerto y conduciendo lo más rápido posible por una franja de un cuarto de milla. Al final de la tira hay temporizadores que determinan tanto el tiempo transcurrido (cuánto tiempo tardaron los autos en cubrir el cuarto de milla) como la velocidad máxima (qué tan rápido iban a medida que pasaban por el conducto del temporizador). Ambas piezas de datos son importantes. Un automóvil puede acelerar más rápido y avanzar de esa manera, mientras que el otro puede ser más lento fuera de la línea, pero puede llegar a una velocidad máxima más alta al final de la carrera.

Velocidad de reacción química

Las reacciones químicas varían ampliamente en términos de la velocidad con la que ocurren. Algunas reacciones ocurren muy rápidamente. Si una cerilla encendida se pone en contacto con líquido de encendedor u otro líquido inflamable, estalla en llamas instantáneamente y quema rápido. Otras reacciones ocurren muy lentamente. Un recipiente de leche en el refrigerador estará bien para beber durante semanas antes de que comience a amargarse. Se necesitaron millones de años para que las plantas muertas bajo la superficie de la Tierra se acumularan y eventualmente se convirtieran en combustibles fósiles como el carbón y el petróleo.

Los químicos deben preocuparse por las tasas a las que ocurren las reacciones químicas. Tasa es otra palabra para velocidad. Si un velocista tarda\(11.0 \: \text{s}\) en correr un\(100 \: \text{m}\) guión, su tasa viene dada por la distancia recorrida dividida por el tiempo.

\[\text{speed} = \frac{\text{distance}}{\text{time}} = \frac{100 \; \text{m}}{11.0 \: \text{s}} = 9.09 \: \text{m/s}\nonumber \]

El índice promedio de carrera del velocista para la carrera es\(9.09 \: \text{m/s}\). Decimos que es su tasa promedio porque no corrió a esa velocidad durante toda la carrera. Al comienzo mismo de la carrera, aunque viene de un punto muerto, su ritmo debe ser más lento hasta que pueda subir a su máxima velocidad. Su velocidad máxima debe ser\(9.09 \: \text{m/s}\) entonces mayor que para que, asumida toda la carrera, el promedio termine en\(9.09 \: \text{m/s}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): Corredor. (CC POR-NC; CK-12)

Las reacciones químicas no se pueden medir en unidades de metros por segundo, ya que eso no tendría ningún sentido. Una velocidad de reacción es el cambio en la concentración de un reactivo o producto con el tiempo. Supongamos que iba a tener lugar una reacción simple en la que una solución\(1.00 \: \text{M}\) acuosa de sustancia\(\ce{A}\) se convirtiera en sustancia\(\ce{B}\).

\[\ce{A} \left( aq \right) \rightarrow \ce{B} \left( aq \right)\nonumber \]

Supongamos que después de 20.0 segundos, la concentración de\(\ce{A}\) había caído de\(1.00 \: \text{M}\) a\(0.72 \: \text{M}\) como\(\ce{A}\) se estaba convirtiendo lentamente en\(\ce{B}\). Podemos expresar la velocidad de esta reacción como el cambio en la concentración de\(\ce{A}\) dividido por el tiempo.

\[\text{rate} = -\frac{\Delta \left[ \ce{A} \right]}{\Delta t} = -\frac{\left[ \ce{A} \right]_\text{final} - \left[ \ce{A} \right]_\text{initial}}{\Delta t}\nonumber \]

Un corchete alrededor de un símbolo o fórmula significa la concentración en molaridad de esa sustancia. El cambio en la concentración de\(\ce{A}\) es su concentración final menos su concentración inicial. Debido a que la concentración de\(\ce{A}\) está disminuyendo con el tiempo, se utiliza el signo negativo. Así, la velocidad para la reacción es positiva y las unidades son molaridad por segundo o\(\text{M/s}\).

\[\text{rate} = -\frac{0.72 \: \text{M} - 1.00 \: \text{M}}{20.0 \: \text{s}} = -\frac{-0.28 \: \text{M}}{20.0 \: \text{s}} = 0.014 \: \text{M/s}\nonumber \]

La molaridad de\(\ce{A}\) disminuye por una tasa promedio de\(0.014 \: \text{M}\) cada segundo. En resumen, la velocidad de una reacción química se mide por el cambio en la concentración a lo largo del tiempo para un reactivo o producto. La unidad de medida para una velocidad de reacción es la molaridad por segundo\(\left( \text{M/s} \right)\).

Resumen

Los químicos deben preocuparse por las tasas a las que ocurren las reacciones químicas.
La velocidad de reacción indica qué tan rápido procede la reacción.