CINETICA DE LAS REACCIONES HOMOGENEAS

La cinética química es aquella rama de la físico-química que estudia la velocidad de las reacciones y sus mecanismos.

Una pregunta importantes que como químicos nos debemos de hacer es: ¿Con qué rapidez y cuál es el mecanismo de una reacción? Visto de un enfoque termodinámico se considera únicamente las reacciones de energía entre los reactivos y los productos de una reacción, sin intentar señalar las etapas de paso, ni la rapidez conque se alcanza el equilibrio. La cinética complementa a la termodinámica al proporcionar información de la velocidad y mecanismo de transformación de reactivos en productos.

No todas las reacciones se prestan a un estudio cinético. Así, las iónicas proceden con tal rapidez que parecen instantáneas. Las explosiones y otras, de las cuales N₂O₄ → 2 NO₂ constituye un ejemplo, también proceden tan rápidamente, lo cual imposibilita determinar su velocidad, o se requieren procedimientos especiales para determinarla.

La velocidad de una reacción depende de la naturaleza de las sustancias, temperatura, y concentración de los reactivos. Un incremento de temperatura produce casi invariablemente un aumento de velocidad; en efecto, en muchas reacciones un ascenso de 10°C duplica dicha velocidad, y aveces el efecto es aún mayor. En la mayoría de las reacciones el aumento en la concentración inicial aumenta la velocidad de reacción y dicha concentración no permanece constante durante el proceso de transformación, sino que se maximiza al comienzo y decrece a medida que se consumen los reactivos.

Hay que saber que hay muchas sustancia que son capaces de aumentar o disminuir la velocidad de reacción, son los llamados catalizadores.

MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Los estudios cinéticos se llevan a cabo a temperatura constante. Se prepara la mezcla de reacción de composición conocida y se termostatiza, midiéndose la disminución de concentración de los reactivos y aparición de productos en función del tiempo, por un procedimiento adecuado.

La forma más conveniente de seguir los cambios de concentración que tienen lugar en una reacción, es remover muestras de un sistema en distintos intervalos de tiempo, detener la reacción y analizar las muestras para determinar la concentración del reactivo y producto. En las reacciones gaseosas que involucran en cambio de volumen, la propiedad más comúnmente observada es la variación de presión manteniendo constante el volumen, o el cambio de éste cuando aquélla es constante. Este último método, que se utiliza a veces en los sistemas líquidos, se llama dialatometría. Otros métodos físicos que se emplean en condiciones adecuadas son la conductividad, variación en el índice de refracción, desprendimiento de gas, espectroscopía y colorimetría, dispersión de luz, polarografía, susceptibilidad magnética, y espectrometría de masa.

Emisión de radiación

La radiación electromagnética se origina cuando lasa partículas excitadas (átomos, iones o moléculas) se relajan a niveles de menor energía cediendo su exceso de energía en forma de fotones. La excitación puede producirse por diversos medios, tales como (1) el bombardeo con electrones u otras partículas elementales, que generalmente conduce a la emisión de rayos X; (2) la exposición a chispas de corriente alterna o al calor de una llama, un arco o un horno, la cual produce radiación ultravioleta, visible o infrarroja; (3) la irradiación con un haz de radiación electromagnética, que produce radiación fluorescente; una reacción química exotérmica, que produce quimioluminiscencia.

La radiación emitida por una fuente excitada se caracteriza adecuadamente por medio de un espectro de emisión, que generalmente toma la forma de una representación gráfica de la potencia relativa de la radiación emitida en función de la longitud de onda o de la frecuencia.

Los tres tipos de espectros son los siguientes: de líneas, de bandas y continuo.

Espectro de líneas

Los espectros de líneas en las regiones ultravioleta y visible se producen cuando las especies radiantes son partículas atómicas individuales que están muy separadas entre sí, en estado gaseoso. Las partículas individuales en estado gaseoso se comportan como cuerpos independientes, y el espectro consiste en una serie de líneas agudas con anchura de 10^-4 Å aproximadamente.

Espectros de bandas

Los espectros de bandas se encuentran con frecuencia en fuentes espectrales que presentan radicales o pequeñas moléculas en estado gaseoso. Las bandas surgen a partir de numerosos niveles vibracionales cuantizados que se superponen al nivel de energía electrónico del estado fundamental de una molécula.

Espectros continuos

La verdadera radiación continua se produce cuando los sólidos se calientan hasta la incandescencia

. La radiación térmica de esta clase, denominada radiación del cuerpo negro, es característica de la temperatura de la superficie emisora más que del material del que está compuesto la superficie. La radiación del cuerpo negro se produce por innumerables oscilaciones atómicas y moleculares excitadas en el sólido condensado por la energía térmica.