Velocidad de una reacción química

Normalmente las personas no estamos acostumbradas a conocer el porqué de ciertos cambios químicos que se llevan a cabo en la cotidianidad, como la oxidación de un metal, encender un cerillo, fermentación de alimentos, cocinar un huevo, entre otros.

A pesar de su importancia, también se desconoce la velocidad en la cual estas reacciones se llevan a cabo. De hecho, cuando se logra entender cuáles son los factores que afectan la velocidad de una reacción y cómo funcionan; las reacciones se podrían hacer más lentas o más rápidas según nuestras necesidades. Por ejemplo, cuando cortamos una manzana, esta a larga se oxidará, pero podemos hacer más lenta la reacción aplicándole gotas de jugo de limón a la misma y así retrasar dicho proceso.

Para las industrias de alimentos y medicinas es de suma vitalidad conocer todos estos factores para prolongar la vida de cierto producto. Esto lo podemos evidenciar si observamos los empaques de alimentos y medicinas, estos tienen una fecha de vencimiento a partir de la cual, el fabricante ya no aprueba su consumo. Para ello es necesario que la reacción que permite que el alimento o medicina se deteriore sea más lenta.

De igual manera, el conocimiento de los factores que afectan la rapidez de las reacciones se aprovecha para aumentar la producción en la industria química, alimenticia y farmacéutica. Tal sucede en la fabricación de ácido sulfúrico y amoniaco; para ello se requiere que la reacción sea lo más rápida posible para lograr mayor producción en igual tiempo.

Entonces, la velocidad en la que sucede una reacción química se define como la cantidad de sustancia consumida o producida entre la unidad de tiempo en que transcurre dicha reacción.

Velocidad de reacción =    Cantidad de sustancia en moles

                                                                    Tiempo en segundos

Factores que afectan la velocidad de una reacción

1. Grado de subdivisión o superficie de contacto.

La velocidad de una reacción química es directamente proporcional a la superficie de contacto que exponen las sustancias reaccionantes.

Por ejemplo, si queremos hacer una fogata y tratamos de encender un tronco seco de un árbol se nos dificultaría por el tamaño del mismo. Pero si cortamos el tronco en pequeños fragmentos, se nos hará fácil la tarea de encender una fogata, ya que presenta mayor superficie de contacto.

En química podemos observar este fenómeno, cuando hacemos reaccionar magnesio con ácido clorhídrico. Si colocamos en un tubo de ensayo magnesio pulverizado y en otro tubo de ensayo un trozo intacto de magnesio, ambos con la misma cantidad de ácido clorhídrico; observarás como la reacción es mayor en el primer caso, ya que el magnesio en polvo exhibe mayor superficie de contacto.

2. Concentración.

La velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes.

La velocidad de una reacción, entonces dependerá del número de choques elevadamente energéticos que se produzcan entre las moléculas y átomos de las sustancias reactantes. Por lo cual, a mayor concentración de las sustancias, mayor será el número de moléculas y átomos que sufren colisiones, lo que permite un aumento en la velocidad de las reacciones químicas.

Por ejemplo, si tenemos 3 tubos de ensayo, todos con la misma cantidad de zinc pulverizado y de ácido clorhídrico, pero solo variando la concentración del ácido.

La reacción será mayor en dónde el ácido posea mayor concentración, es decir en el tubo de ensayo número 3. El orden de mayor a menor rapidez en la cual transcurre dicha reacción es el siguiente:

Tubo 3 > Tubo 2 > Tubo 1

3. Temperatura. 

Cuando aumentamos la temperatura de un sistema donde está transcurriendo una reacción química, las moléculas obtienen mayor energía cinética, lo que permite aumentar el número de choques altamente energéticos, capaces de originar el rompimiento de enlaces y con ello aumentar la velocidad de una reacción.

En palabras más simples sería: a mayor temperatura, mayor es el número de choques altamente energéticos y mayor la velocidad de una reacción.

Por ejemplo, el cloruro de sodio reacciona lentamente con el ácido sulfúrico, pero si se le suministra calor a la reacción, esta aumenta la velocidad originando el sulfato de sodio (Na₂SO₄) como producto principal.

4. Catalizadores. 

Los catalizadores son sustancias químicas simples o compuestas que alteran la velocidad de una reacción haciéndola lenta o más rápida dependiendo de los requerimientos. Estas sustancias no experimentan ninguna alteración en sus propiedades al participar en el proceso.

Muchos metales actúan como catalizadores en las reacciones químicas. Por ejemplo, en el proceso de oxidación del dióxido de azufre, el cual es importante como paso intermedio en la obtención de ácido sulfúrico, es catalizado por platino.

Otro catalizador pero del tipo biológico, es la catalasa presente en muchos vegetales, en la sangre e hígado. La catalasa es una enzima que aumenta la velocidad de descomposición del peróxido de hidrógeno (H2O2) en oxígeno y agua.