velocidad de reacción

La velocidad de una reacción química relaciona el cambio en la concentración de reactivos o productos con el tiempo y se expresa, usualmente, en mol/l × s.
Durante el transcurso de una reacción, las moléculas de reactivos van desapareciendo, al tiempo que se forman los productos. La velocidad de la reacción se puede estudiar observando la disminución de la concentración de reactivos o el aumento de la concentración de productos. En la reacción:
Br2 (acuoso) + H - COOH (acuoso) 2 HBr (acuoso) + CO2 (gas)
su velocidad se establece midiendo la variación de la concentración de los reactivos o de los productos con el tiempo. Si se selecciona un producto, la expresión de la velocidad tiene signo positivo, ya que la variación de su concentración siempre es positiva.
Si se selecciona el reactivo Br2, su velocidad de desaparición tendrá signo negativo:
Factores que afectan a la velocidad de reacción:
Estado físico: las reacciones químicas en disolución en las que participan iones, como las reacciones de neutralización ácido-base son mucho más rápidas que las reacciones en las que deben romperse enlaces covalentes. En las reacciones heterogéneas, su velocidad depende de la superficie de contacto entre las dos fases y está tanto más favorecida cuanto mayor es el estado de división.
Concentración de los reactivos: la velocidad de reacción se incrementa cuando lo hacen algunas de las concentraciones de los reactivos.
Temperatura: el incremento de temperatura, generalmente, aumenta la velocidad de reacción. Catalizadores: éstos no alteran el estado de equilibrio químico, pero sí aumentan la velocidad con que se alcanza éste.
Ejercicios sobre velocidad de reacciones químicas

Energía en las reacciones químicas

Se llama energía de una reacción química a la energía absorbida o desprendida en la misma por el sistema reactivo.
El valor de la energía de reacción depende de las condiciones de presión y temperatura y de la cantidad de sustancia que se transforma. Los valores de la energía de reacción se expresan por mol de producto formado o reactivo gastado y, generalmente, en condiciones normales: 1 atm y 298 K (25 °C). Se conoce como calor de reacción, ya que se manifiesta de esta forma.
Energéticamente las reacciones pueden ser exotérmicas y endotérmicas.
En las reacciones endotérmicas, los productos tienen mayor energía que los reactivos; por ello, debemos comunicar energía a la reacción. La reacción solo tendrá lugar mientras se le suministre dicha cantidad de energía; en el momento en el que no absorba tal cantidad de energía, la reacción se detendrá.
Así, por ejemplo, para descomponer el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono se necesita aportar 187,3 kJ/mol. Si no se aporta dicha cantidad, el carbonato no se descompondrá.
En las reacciones exotérmicas, los productos tienen menos energía que los reactivos, por lo que se desprende energía.
Una de las típicas reacciones exotérmicas es la reacción de combustión del carbón según el proceso representado por la ecuación:

C (s) + O2 (g) → CO2 (g) - 395 kJ/mol
Es decir, la combustión de un mol de carbón, en estado sólido, desprende 395 kJ: el sistema reactivo ha perdido 395 kJ de energía química.
La obtención de energía de los alimentos es un proceso exotérmico. Los seres vivos necesitan energía, entre otras cosas para mantener la temperatura en los seres homeotermos. Esta energía la obtienen de la combustión química de los alimentos.
El contenido energético de un alimento, es decir, la cantidad de energía desprendida en su degradación, depende de su composición química.
La presencia de un catalizador hace que la energía de activación de las reacciones disminuya, por lo que el número de choques eficaces aumenta y, por consiguiente, también aumenta su velocidad.
Energía de activación
Puede ocurrir que, en algunos casos, para que comience la reacción sea necesario un aporte de energía inicial denominada energía de activación
Calor de formación y calor de combustión
Se definen dos tipos de energías o calores especialmente interesantes por su uso y aplicaciones:
Calor de formación de un compuesto: es el calor intercambiado en la reacción al formar un mol de dicho compuesto a partir de los elementos que lo componen en condiciones normales.
C (s) + 2 H2 (g) ⇒ CH4 (g) + 74,8 kJ
H2 (g) + O2 (g) + C (s) ⇒ HCOOH + 97,8 kcal
Calor de combustión: es el calor desprendido en el proceso de combustión de un mol de sustancia. En toda reacción de combustion se necesita O2 y se obtienen CO2 y H2O.
CH4 (g) + O2 (g) ⇒ CO2 (g) + 2 H2O (g) + 212,8 kcal
C2H6O (l) + 3 O2 (g) ⇒ 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) + 1.239,8 kJ

Tipos de reacciones químicas

A grandes rasgos las podemos dividir:
Reacción de síntesis
Elementos o compuestos sencillos se unen para formar un compuesto más complejo.
A+B → AB
Reacción de descomposición
Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos.
AB → A+B
Reacción de sustitución simple
Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.
A + BC → AC + B
Reacción de doble sustitución
Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.
AB + CD → AD + CB

Reacción química y ecuaciones químicas

Reacción química y ecuaciones químicas

Una Reacción química es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o más sustancias nuevas.

Las ecuaciones químicas son el modo de representar a las reacciones químicas.

Por ejemplo el hidrógeno gas (H₂) puede reaccionar con oxígeno gas(O₂) para dar agua (H₂0). La ecuación química para esta reacción se escribe:

2H₂+O₂ 2H₂O

El "+" se lee como "reacciona con"

La flecha significa "produce".

Las fórmulas químicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivos.

A la derecha de la flecha están las formulas químicas de las sustancias producidas denominadas productos.

Los números al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite).

Estequiometría de la reacción química

Ahora estudiaremos la estequiometría, es decir la medición de los elementos).

Las transformaciones que ocurren en una reacción quimica se rigen por la Ley de la conservación de la masa: Los átomos no se crean ni se destruyen durante una reacción química.

Entonces, el mismo conjunto de átomos está presente antes, durante y después de la reacción. Los cambios que ocurren en una reacción química simplemente consisten en una reordenación de los átomos.

Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está equilibrada.

2H2	+	O2	====>	2H2O
Reactivos				Productos
4H	y	2O	====>	4H + 2O

Pasos que son necesarios para escribir una reacción ajustada:

1) Se determina cuales son los reactivos y los productos.

2) Se escribe una ecuación no ajustada usando las fórmulas de los reactivos y de los productos.

3) Se ajusta la reacción determinando los coeficientes que nos dan números iguales de cada tipo de átomo en cada lado de la flecha de reacción, generalmente números enteros.

Ejemplos

Ejercicios de ajuste de reacciones

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Las leyes de las reacciones

Ley de Lavoisier o de conservación de la masa.

Dice”Si una reacción química no es más que la reorganización de una serie de átomos que ya estaban al principio, ¿no deben aparecer esos mismos átomos al final?”

El químico francés Lavoisier realizó innumerables experiencias con diversas reacciones químicas midiendo la masa de todos los componentes de la reacción (reactivos y productos). Como resultado de estas experiencias enunció la ley que lleva su nombre:

En una reacción química, la masa se conserva. Es decir, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.

La ley de las proporciones constantes, dice: "Cuando se combinan dos o más elementos para dar un determinado compuesto, siempre lo hacen en una relación de masas constante".Eso significa que siempre va a ser igual el porcentaje de cada uno de los elementos no importando si solo se combinan 10gr o 1000gr; esta ley se utiliza cuando hay un reactivo ilimitado en la naturaleza.

Por ejemplo, el agua es un compuesto puro, conformado por átomos de hidrógeno y oxígeno. En cualquier muestra de agua pura, siempre habrá dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno

Reacciones reversibles e irreversibles

La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica que proporciona CO₂ y vapor de H₂O, como productos más significativos. A alguien se le podría ocurrir aprovechar la energía desprendida y regenerar el papel a partir de los productos obtenidos. Pero esto es imposible porque la energía desprendida se gasta en calentar el aire circundante, volviéndose inaprovechable. Por otro lado, los gases producidos (CO₂ y vapor de H₂O) se dispersan, imposibilitando las colisiones entre sus moléculas para formar de nuevo papel.

Por otro lado, el carbonato cálcico, que se encuentra en la naturaleza como piedra caliza, yeso o mármol, se puede descomponer mediante el calor, a una temperatura de 1 200 ⁰C, en óxido cálcico (cal) y dióxido de carbono, mediante la ecuación:

CaCO ===> CaO + CO₂

Pero si la reacción se efectúa en un recipiente cerrado y se deja después enfriar, el óxido cálcico y el dióxido de carbono formados se vuelven a combinar entre sí, regenerando el carbonato de calcio.

De esta forma, podemos afirmar que hay reacciones químicas, como la descomposición del carbonato de calcio, que una vez formados los productos de reacción, éstos pueden combinarse entre sí para dar nuevamente los reactivos primitivos. La transformación química será, en estos casos, incompleta. Se denominan a este tipo de reacciones químicas reacciones.

MECANISMOS DE REACCIONES

Los cambios químicos ocurren mediante la existencia de reacciones químicas, pudiéndose definir una reacción química como un proceso en el que unas sustancias se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos.

La humanidad ha utilizado desde el principio de su existencia reacciones químicas para producir energía. En primer lugar mediante la combustión de madera o de carbón, pasando por las que tienen lugar en los motores de explosión de los coches y llegando hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de propulsión de las naves espaciales.

Una reacción muy estudiada es la que tiene lugar entre el yodo y el hidrógeno gaseoso para producir yoduro de hidrógeno, también en estado gaseoso, pudiéndose expresar la reacción química de la siguiente forma:

H₂ + I₂ — 2 Hl

Las reacciones químicas van acompañadas en unos casos de un desprendimiento y en otros de una absorción de energía, pero ¿de dónde procede esta energía?

Cada átomo y cada molécula de una sustancia posee una determinada energía química que depende de las energías cinética y potencial de las partículas constituyentes: átomos, electrones y núcleos. Por tanto, se puede afirmar que los reactivos de una reacción química poseen un determinado contenido energético propio (energía interna) y los productos otro diferente.

Si en una reacción química disminuye la energía interna del sistema, se desprende energía. Si, por el contrario, aumenta la energía interna, se absorbe energía.

La energía de una reacción es la energía que se pone en juego en la reacción y, por tanto, es igual al balance de energía interna entre los productos y los reactivos.

Si existe desprendimiento de energía, la reacción se denomina exotérmica y, por el contrario, si para que se efectúe la reacción, se requiere el aporte de energía, la reacción se llama endotérmica.

La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, etc., pero habitualmente se manifiesta en forma de calor, por lo que el calor desprendido o absorbido en una reacción química, se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción, en unas determinadas condiciones da presión y temperatura.