Velocidad de las reacciones químicas

La velocidad media de una reacción en un intervalo de tiempo dado y a una temperatura determinada es igual a la variación de la concentración de uno de los reactivos, o de uno de los productos, en ese intervalo de tiempo.

Si en los tiempos t₁ y t₂ las concentraciones de los productos son c₁ y c₂, respectivamente, la velocidad media en el intervalo t₁,t₂ es:

donde v_m es la velocidad de aparición de los productos.

Para que la expresión de la velocidad sea siempre positiva, cuando se mide la concentración de un reactivo que desaparece, se escribe:

y, en este caso, v_m es la velocidad de desaparición de las sustancias reaccionantes.

Evidentemente, ambas expresiones de la velocidad son equivalentes, ya que la velocidad de reacción puede expresarse en función de la concentración de cualquiera de las sustancias que intervienen en la reacción.

La velocidad de reacción tiene unidades de concentración por unidad de tiempo; de modo que si la concentración se expresa en moles/litro y el tiempo en segundos, la velocidad vendrá expresada en moles/litro • segundo.

El tiempo, que no es una de las variables de la termodinámica, es la variable fundamental de la cinética química.

En una reacción química, las concentraciones de todas las especies presentes varían con el tiempo, cambiando así las propiedades del sistema. La velocidad de la reacción se calcula midiendo el valor de cualquier propiedad adecuada que pueda relacionarse con la composición del sistema como una función del tiempo. La propiedad elegida depende de cada reacción: variación de presión, de pH, del índice de refracción, de la conductividad térmica, de la resistencia eléctrica, etc.

En la gráfica adjunta representamos la concentración de un reactivo y de un producto en función del tiempo, para una reacción del tipo:

Se observa que la velocidad media de reacción no es constante (si lo fuera, la representación gráfica correspondería a una recta), sino que es muy grande al comienzo de la reacción y va disminuyendo a medida que transcurre el tiempo.

De hecho, lo que realmente interesa es determinar el valor de la velocidad de reacción en cada instante:

o en nuestro caso concreto:

La velocidad en un instante t es la pendiente de la tangente a la curva en ese instante determinado.

Cuando los coeficientes estequiométricos de los reactivos y los productos son diferentes, hay que especificar la especie que se está utilizando para medir la velocidad de reacción. Por ejemplo, si en la reacción:

la velocidad de reacción se expresa en función de la velocidad a la que desaparece el nitrógeno, tenemos que: