¿Qué es la velocidad de reacción en química? - Glosario de química

En la evaluación y comprensión de los procesos químicos que se producen en el ambiente, en el planeta y en la cotidianidad, la velocidad de las reacciones químicas es un factor clave. Este proceso de reacción química permite comprender qué factores afectan la velocidad de una reacción y cómo se puede modificar para ajustarla según las necesidades y/o requerimientos.

Concepto y definición de velocidad de reacción

La velocidad de reacción es una métrica que indica la velocidad con la que se generan los productos a partir de los reactantes. En algunos casos, esto puede ocurrir instantáneamente simplemente al entrar en contacto, lo que se observa en fenómenos como las explosiones.

Hay transformaciones químicas que tienen una velocidad muy baja y tardan años en completarse, mientras que la mayoría ocurre a un ritmo intermedio. La velocidad de una reacción química indica el tiempo en que se producen los productos o desaparecen los reactivos.

Esto se puede medir a través de la variación en la concentración de los reactivos o productos durante el proceso, y la cantidad de sustancia. Estos experimenta una transformación en una reacción por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la combustión del gas es mucho más rápida que la reacción de un material como el metal, que puede tardar años.

El análisis de los cambios producidos a través de éste proceso es responsabilidad de la cinética química, una disciplina especializada en estudiar la rapidez de las reacciones, con base en la energía cinética. También explica cómo condiciones versátiles modifican la rapidez de reacción de un material o sustancia.

La cinética química se encarga del análisis de la evolución de un proceso, mientras que la dinámica química se centra en el estudio de la velocidad de distintos tipos de reacciones. Esta se refiere a la degradación en la cantidad de los reactivos o productos en un intervalo determinado de tiempo, lo que permite calcular su velocidad promedio.

La importancia de la velocidad de reacción se puede entender en situaciones cotidianas, como la fecha de vencimiento de los alimentos elaborados, que indica hasta cuándo se garantiza la calidad del producto. En procesos industriales, como la fabricación de amoníaco, la rapidez de la reacción es esencial para lograr una mayor producción en menos tiempo.

¿Cuál es la fórmula de la velocidad de reacción en química?

Se puede definir como la cantidad de reactantes que se degradan o de productos que se forman por unidad de tiempo. Esta se expresa comúnmente en mol/l × s.

Durante una reacción química, la concentración de los reactivos disminuye a medida que se forman los productos correspondientes. Este cambio puede ser observado por la reducción de la concentración de los reactivos o el aumento de la concentración de los productos. Para analizar la concentración en un proceso químico, se utiliza la fracción molar (Frac), que mide la proporción de una sustancia en relación con los moles totales de la disolución.

• Reacción química: Br2 (ac) + H - COOH (ac) ® 2 HBr (ac) + CO2 (g).

La velocidad de una reacción química se determina mediante el cálculo de la variación de la concentración de los reactivos y productos en función del tiempo. Si el caso es que se selecciona un producto, el término a utilizar es la velocidad con signo positivo, debido a que la variación de la concentración siempre es positiva. Si el reactivo seleccionado es Br2, su velocidad de desvanecimiento se refleja con signo negativo.

La Ley de la Velocidad explica cómo la velocidad de una reacción química está relacionada con la concentración de los reactivos presentes en la reacción. En el caso de la reacción aA (productos), la Ley de Velocidad se expresa como velocidad = k[A]ⁿ, donde 'k' es una constante de proporcionalidad que se llama constante de velocidad y 'n' que es el orden de la reacción con respecto a 'A'.

¿Qué factores le afectan a la velocidad de reacción química?

La velocidad de reacción química puede ser alterada por diferentes variables que pueden ser manipuladas para obtener resultados específicos, como acelerar o ralentizar las reacciones. Estos factores son los que determinan la frecuencia o la velocidad de las colisiones y la energía de las partículas. Cualquier elemento que influya en éstas dos variables altera la velocidad de reacción ejerciendo presión.

¿Cómo se puede modificar la velocidad de una reacción química?

Alterar la velocidad de las reacciones químicas depende, en sí, de cuatro factores, que son los que influyen en esas variables:

• División de los reactivos.
• Concentración de los reactivos.
• Temperatura.
• Suma de catalizadores.

Para generar un resultado, las partículas deben colisionar correctamente y con la suficiente energía, debido a que su movimiento no se detiene y tampoco se puede controlar su dirección, pero existen factores o estados que sí pueden hacerlo.

Es importante tener en cuenta que los gases, la presión, el volumen y el número de partículas están interrelacionados, por lo tanto, si se desea aumentar la presión de un gas manteniendo constante su número de partículas, es necesario disminuir el volumen del recipiente que lo contiene.

Cuando se reduce el volumen de un gas, las partículas del gas tienen menos espacio para moverse, lo que aumenta la frecuencia de las colisiones entre las partículas y las paredes del recipiente, y como resultado la presión del gas aumenta. Los factores a tener en cuenta en este proceso se detallan a continuación:

• Estado físico de los reactantes: Es un factor importante que influye en la velocidad de una reacción química. Las reacciones que implican iones en disolución tienen una velocidad mucho más rápida en comparación con aquellas que requieren romper enlaces covalentes. En las reacciones heterogéneas, la velocidad también depende del estado de división de los reactantes, ya que la superficie de contacto entre las fases afecta directamente la velocidad de reacción, por lo tanto una mayor división del reactante aumenta la superficie de contacto entre las fases y favorece una mayor velocidad de reacción.
• La concentración de los reactivos: Es un factor clave que influye en la velocidad de una reacción química, ya que al alterar las concentraciones, se puede elevar la velocidad de la reacción.
• La temperatura: Al aumentar la energía térmica se incrementa la velocidad de las colisiones entre las moléculas, lo que suele resultar en un aumento de la velocidad de reacción.
• Los catalizadores: Son sustancias que aceleran la velocidad de una reacción química sin ser consumidos en la reacción en sí misma, aunque no afectan el estado de equilibrio estable. Un tipo de catalizador biológico es la enzima, que aumenta la velocidad de una reacción química en los seres vivos.