La velocidad de reacción y su medición
Una tableta efervescente se disuelve en el vaso en un minuto, pero un clavo de hierro tarda meses en oxidarse. Las dos son reacciones químicas, entonces, ¿cómo podemos decir qué tan rápida es cada una y compararlas con un número?
Reacciones rápidas y lentas
Algunas reacciones son casi instantáneas (la pólvora de un cohete en las fiestas patrias) y otras tardan años (la corrosión de una reja). Para compararlas no basta decir «rápida» o «lenta»: hay que medir cuánto cambia algo por cada unidad de tiempo.
¿Qué cambia en una reacción? Con el tiempo, los reactivos se gastan y los productos aparecen. Por eso medimos cómo cambia la concentración (mol/L) de una sustancia.
Velocidad media
Si la concentración cambia de $[\text{A}]_1$ a $[\text{A}]_2$ entre los tiempos $t_1$ y $t_2$, la velocidad media es el cambio dividido entre el tiempo transcurrido.
El signo menos en el reactivo no es un capricho: $\Delta[\text{reactivo}]$ es negativo (se consume), y queremos que la velocidad sea un número positivo.
El agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) se descompone según $2\ \text{H}2\text{O}2 \rightarrow 2\ \text{H}2\text{O} + \text{O}2$. En un experimento su concentración…
El agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) se descompone según $2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$. En un experimento su concentración baja de $0.80\ \text{mol}/\text{L}$ a $0.50\ \text{mol}/\text{L}$ en $60\ \text{s}$. Calcula la velocidad media de desaparición del peróxido de hidrógeno en ese intervalo, indicando las unidades.
Velocidad y coeficientes
En $2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ se gastan 2 mol de peróxido por cada 1 mol de oxígeno que se forma. Entonces el peróxido desaparece el doble de rápido de lo que aparece el $\text{O}_2$.
Por eso, la velocidad medida depende de qué sustancia observes. Para tener una sola velocidad de reacción se divide entre el coeficiente $\nu$ de cada sustancia:
Leer tablas y gráficas
En el laboratorio se mide la concentración a distintos tiempos y se anota en una tabla o se grafica. La velocidad media se calcula por intervalos, con los dos datos que lo limitan.
La curva de un reactivo baja, y lo hace más empinada al principio. Eso significa que la velocidad disminuye con el tiempo: al inicio hay muchos reactivos y poco a poco se acaban. (Con la teoría de colisiones del siguiente apartado verás por qué.)
En la descomposición del pentóxido de dinitrógeno, $2\ \text{N}2\text{O}5 \rightarrow 4\ \text{NO}2 + \text{O}2$, se midieron las concentraciones de la tabla. | $t$ (s)…
En la descomposición del pentóxido de dinitrógeno, $2\ \text{N}_2\text{O}_5 \rightarrow 4\ \text{NO}_2 + \text{O}_2$, se midieron las concentraciones de la tabla.
| $t$ (s) | $[\text{N}_2\text{O}_5]$ (mol/L) |
|---|---|
| 0 | 0.90 |
| 100 | 0.60 |
| 200 | 0.40 |
| 300 | 0.27 |
- a) Calcula la velocidad media de desaparición del $\text{N}_2\text{O}_5$ en los intervalos de $0$ a $100\ \text{s}$ y de $200$ a $300\ \text{s}$. b) Explica por qué la velocidad es distinta en los dos intervalos.
Cómo se mide en la práctica
No se mide la velocidad directamente: se mide una propiedad que cambia con la reacción y de ahí se obtiene la concentración.
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Gas que se desprende: el volumen o la presión (tableta efervescente, agua oxigenada con catalizador).
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Color: si un reactivo o producto está coloreado, la intensidad del color indica su concentración.
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Masa: una balanza registra la pérdida de masa cuando escapa un gas.
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Conductividad o pH de la disolución.