EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA RAPIDEZ DE REACCIÓN.

¿Cómo varia la constante de rapidez de reacción con la temperatura? Explicar.

Al aumentar la temperatura unos 10 Kelvin, la velocidad varía en un factor comprendido entre 1,5 y 5, así también lo hace la energía de las partículas que reaccionan, con lo que una fracción mayor de partículas tiene energía suficiente para superar la barrera de energía, por lo que aumenta la velocidad de reacción.

2. Explica los siguientes modelos: teoría de colisiones, teoría de Arrhenius y teoría del estado de transición.

Teoría de las Colisiones

Se basa en la idea de que para que una reacción pueda tener lugar, las moléculas de las sustancias deben chocar previamente entre sí, y por lo tanto:

“La velocidad de una reacción es proporcional al número de colisiones producidas por unidad de tiempo entre las moléculas de los reactivos.”

De acuerdo con esta teoría, cualquier factor que haga aumentar la frecuencia con la que tienen lugar dichas colisiones, deberá aumentar la velocidad de la reacción (o lo que es lo mismo, su constante cinética).

Sin embargo, no todas las colisiones que tienen lugar entre las moléculas de los reactivos van a dar lugar a productos, ya que no todas las colisiones son efectivas. Si así fuera, las reacciones entre sustancias líquidas o disueltas serían muy rápidas, ya que en estos estados, el número de choques es muy grande (en torno a 1030 por segundo), y en la práctica, muy pocas reacciones tienen lugar a altas velocidades. La mayoría son relativamente lentas debido a que muchas de las colisiones producidas no son efectivas y no se traducen en la formación de productos.

Para que las colisiones sean efectivas hay dos aspectos importantes que deben cumplirse:

a. Las moléculas, átomos, iones, ... de las especies reaccionantes deben tener una energía mínima necesaria (energía de activación), dado casi todas las reacciones implican una ruptura de enlaces que requieren un aporte energético.

b. La orientación relativa de las especies que colisionan debe ser la adecuada para que la interacción sea efectiva.

Teoría de Arrhenius

Es la ecuación donde se observa la dependencia entre la K con la temperatura.

• En 1884 se descubrió empíricamente que la K estarelacionada con la temperatura absoluta.

• K= Ae-B/T donde A y B son ctes.

• Una regla aproximada, válida para muchas reacciones en disolución, es que cerca de la temperatura ambiente, k se duplica o triplica por cada aumento de temperatura de 10°C.

A medida que se incrementa la temperatura, la rapidez de las reacciones químicas así como la rapidez de muchos procesos fisiológicos se incrementa.

La teoría de Arrhenius

El aumento de la temperatura provoca un aumento en la rapidez de la reacción, debido a que el número de colisiones entre las especies reaccionantes aumenta.

La ecuación solo es válida para reacciones sencillas de una sola etapa

Para hacerla más manejable se hace lineal

A = factor preexponencial, factor de Arrhenius o factor de frecuencia, está relacionado con la frecuencia de las colisiones y la probabilidad de orientación de los reaccionantes para que ocurra la reacción.

EA = Energía de activación

R = Constante de los gases 8.314 J/mol K

T = Temperatura absoluta (K)

A medida que la EA se incrementa, la K se hace más pequeña debido a que la fracción de moléculas que poseen la energía requerida, disminuye. Por lo tanto, la rapidez de reacción disminuye a medida que la barrera energética se incrementa.

Teoría del estado de transición.

En esta teoría no se hace un estudio del movimiento de las partículas, sino de los cambios energéticos del sistema donde se realiza la reacción. La hipótesis postula la existencia de una especie llamada complejo activado que posee una estructura química entre los reactivos y los productos, en la cual se han debilitado los antiguos enlaces y se han empezado a formar los nuevos.

El complejo activado es muy inestable por su elevada energía y se descompone de forma casi instantánea en los productos de la reacción.

La región próxima al máximo de energía se llama estado de transición y la diferencia de energía entre el complejo activado y los reactivos es la energía de activación.

Si la energía de activación es pequeña, muchas moléculas alcanzarán el estado de transición y la reacción será rápida.

Por otro lado, si el estado energético de los reactivos es mayor que el de los productos, la reacción será exotérmica y, por el contrario, si el estado energético de los reactivos es menor que el de los productos, la reacción será endotérmica.

Si aumentamos la temperatura, aumentamos la energía de los reactivos y por lo tanto, más moléculas podrán alcanzar la energía del complejo activado y por lo tanto, mayor será la velocidad de la reacción.

3. ¿Por qué es importante esta última teoría?

La importancia de la teoría del estado de transición es que relaciona la diferencia de energía libre entre el estado de transición y el estado basal. Esto es especialmente importante cando se consideran las reactividades relativas de pares de sustratos o al comprar la velocidad de una reacción determinada bajo diferentes condiciones. En algunas circunstancias se puede calcular la proporción de las velocidades o, más generalmente, las tendencias hacia la reactividad se pueden estimar cualitativamente.

4. ¿De qué otras variables depende la rapidez de reacción? Explicar.

Superficie de contacto

Cuando una o todas las sustancias que se combinan se hallan en estado sólido, la velocidad de reacción depende de la superficie expuesta en la reacción. Cuando los sólidos están molidos o en granos, aumenta la superficie de contacto y por consiguiente, aumenta la posibilidad de choque y la reacción es más veloz.

Lo

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