La cinética química es el estudio de procesos químicos y tasas de reacciones. Esto incluye el análisis de condiciones que afectan la velocidad de un reacción química, comprender los mecanismos de reacción y los estados de transición, y formar modelos matemáticos para predecir y describir una reacción química. La velocidad de una reacción química generalmente tiene unidades de seg-1Sin embargo, los experimentos de cinética pueden abarcar varios minutos, horas o incluso días.
También conocido como
La cinética química también se puede llamar cinética de reacción o simplemente "cinética".
Historia de la cinética química
El campo de la cinética química se desarrolló a partir de la ley de acción de masas, formulada en 1864 por Peter Waage y Cato Guldberg. La ley de la acción de masas establece que la velocidad de una reacción química es proporcional a la cantidad de reactivos. Jacobus van't Hoff estudió dinámica química. Su publicación de 1884 "Etudes de dynamique chimique" condujo al Premio Nobel de Química de 1901 (que fue el primer año en que se otorgó el premio Nobel). Algunas reacciones químicas pueden involucrar cinética complicada, pero los principios básicos de la cinética se aprenden en las clases de química general de la escuela secundaria y la universidad.
Conclusiones clave: cinética química
- La cinética química o cinética de reacción es el estudio científico de las tasas de reacciones químicas. Esto incluye el desarrollo de un modelo matemático para describir la velocidad de reacción y un análisis de los factores que afectan los mecanismos de reacción.
- A Peter Waage y Cato Guldberg se les atribuye ser pioneros en el campo de la cinética química al describir la ley de la acción de masas. La ley de la acción de masas establece que la velocidad de una reacción es proporcional a la cantidad de reactivos.
- Los factores que afectan la velocidad de una reacción incluyen la concentración de reactivos y otras especies, el área de superficie, el naturaleza de los reactivos, temperatura, catalizadores, presión, si hay luz y el estado físico del reactivos
Leyes de tarifas y constantes de tarifas
Los datos experimentales se utilizan para encontrar velocidades de reacción, de las cuales se derivan las leyes de velocidad y las constantes de velocidad cinética química mediante la aplicación de la ley de acción de masas. Las leyes de tarifas permiten cálculos simples para reacciones de orden cero, reacciones de primer orden y reacciones de segundo orden.
- La velocidad de una reacción de orden cero es constante e independiente de la concentración de reactivos.
tasa = k - La velocidad de una reacción de primer orden es proporcional a la concentración de un reactivo:
tasa = k [A] - La velocidad de una reacción de segundo orden tiene una velocidad proporcional al cuadrado de la concentración de un solo reactivo o bien el producto de la concentración de dos reactivos.
tasa = k [A]2 o k [A] [B]
Las leyes de tarifas para pasos individuales deben combinarse para derivar leyes para reacciones químicas más complejas. Para estas reacciones:
- Hay un paso determinante de la velocidad que limita la cinética.
- Las ecuaciones de Arrhenius y Eyring pueden usarse para determinar experimentalmente la energía de activación.
- Se pueden aplicar aproximaciones de estado estacionario para simplificar la ley de tasas.
Factores que afectan la velocidad de reacción química
La cinética química predice que la velocidad de una reacción química aumentará por factores que aumentan la energía cinética del reactivos (hasta cierto punto), lo que aumenta la probabilidad de que los reactivos interactúen entre sí. De manera similar, se puede esperar que los factores que disminuyen la posibilidad de que los reactivos colisionen entre sí disminuyan la velocidad de reacción. Los principales factores que afectan la velocidad de reacción son:
- concentración de reactivos (creciente concentración aumenta la velocidad de reacción)
- temperatura (el aumento de la temperatura aumenta la velocidad de reacción, hasta cierto punto)
- presencia de catalizadores (catalizadores ofrecer una reacción un mecanismo que requiere un menor energía de activación, por lo que la presencia de un catalizador aumenta la velocidad de reacción)
- estado físico de los reactivos (los reactivos en la misma fase pueden entrar en contacto por acción térmica, pero el área superficial y la agitación afectan las reacciones entre los reactivos en diferentes fases)
- presión (para reacciones que involucran gases, aumentar la presión aumenta las colisiones entre los reactivos, aumentando la velocidad de reacción)
Tenga en cuenta que si bien la cinética química puede predecir la velocidad de una reacción química, no determina en qué medida se produce la reacción. La termodinámica se usa para predecir el equilibrio.
Fuentes
- Espenson, J.H. (2002) Cinética química y mecanismos de reacción (2da ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-288362-6.
- Guldberg, C. METRO.; Waage, P. (1864). "Estudios sobre afinidad" Forhandlinger i Videnskabs-Selskabet i Christiania
- Gorban, A. NORTE.; Yablonsky SOL. S. (2015). Tres olas de dinámica química. Modelado Matemático de Fenómenos Naturales 10(5).
- Laidler, K. J. (1987). Cinética química (3ra ed.). Harper y Row. ISBN 0-06-043862-2.
- Steinfeld J. I., Francisco J. S.; Hase W. L. (1999). Cinética Química y Dinámica (2da ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-737123-3.