Velocidad de una reacción

Velocidad de una reacción

Rapidez de reacción

Las reacciones químicas están presentes en nuestra vida cotidiana, en ocasiones no somos tan conscientes de ello; sin embargo, desde el shampoo que utilizamos cuando nos duchamos o, bien, cuando tomamos un medicamento para el dolor de cabeza hacemos uso y obtenemos provecho de ellas.

 

Un sencillo ejemplo de reacción química podemos apreciarlo cuando mordemos una manzana y la dejamos unos minutos en la mesa, observaremos que pasados algunos minutos inicia una reacción con el oxígeno y la fruta empieza a mostrarse oscura, a este proceso se le llama oxidación.

Cinética química

Si estamos interesados en controlar este proceso de oxidación es necesario conocer cuáles factores modifican su velocidad y precisamente eso es lo que la cinética química estudia, la velocidad en la que ocurren las reacciones químicas

 

La cinética química se ha aplicado en diversas áreas de conocimiento, en las industrias de los alimentos, de los fármacos y de control de contaminantes en el medio ambiente, etc.

 

Es importante destacar que en el caso de los alimentos es deseable que las reacciones químicas que ocurren en ellos se realicen de una forma lenta, en contraste con un proceso industrial en el cual se requiere que el proceso sea generalmente más rápido.

En esta imagen observamos que, durante el transcurso de una reacción, la concentración de A disminuye con el tiempo; mientras que la concentración de B aumenta con el tiempo. Por lo cual, para realizar el estudio de la velocidad de una reacción química, se debe conocer la variación (o tasa de cambio) de las concentraciones, ya sea de reactivo o producto, en función del tiempo. Por esta razón la velocidad se expresa en mol/L/s.

Factores que afectan la rapidez de la reacción química

Las aplicaciones de la cinética química son diversas, entre ellas se encuentra el estudio de la degradación de los materiales que utilizamos en nuestra vida cotidiana. De aquí la importancia de los profesionales químicos para desarrollar tecnologías de elaboración de materiales biodegradables haciendo uso de la cinética química.

Catalizadores

En los supermercados se venden varias clases de alimentos por largos periodos de tiempo sin que éstos se descompongan o pierdan sus propiedades. Pero, te has preguntado ¿qué tipo de sustancias utilizan para este fin?

 

La respuesta es simple; veamos el siguiente ejemplo: en la industria alimenticia el uso de catalizadores es común, puesto que son sustancias que alteran el desarrollo de una reacción química; su uso en este caso disminuye la velocidad de descomposición de alimentos y favorece su conservación para aprovecharlos por mayor tiempo.

Es por ello, que, en los supermercados, ¡se vende toda clase de alimentos!

Recuerda: el uso de catalizadores permite que las reacciones aumenten o disminuyan su velocidad, a este proceso se le llama catálisis.

Y por su uso en los diversos ámbitos existen tres tipos de catalizadores:

 

a) Catalizadores negativos o inhibidores, que reducen la velocidad de una reacción.
b) Catalizadores promotores o positivos, que aumentan la velocidad de una reacción.
c) Venenos catalíticos, que desactivan la reacción.

Los catalizadores y su uso en el cuidado del ambiente

El uso de catalizadores también se ha implementado para hacer eficientes procesos químicos que contaminan el medio ambiente. Por ejemplo, desde 1975 comenzaron a implementarse convertidores catalíticos en los automóviles para atenuar las emisiones gaseosas nocivas provenientes de la quema de combustibles fósiles.

 

Todos los motores de combustión interna generan emisiones gaseosas que, en conjunto se denominan contaminantes primarios, ya que son compuestos químicos emitidos directamente a la atmósfera. La emisión de estas sustancias se debe a que los procesos de combustión no siempre ocurren de manera eficiente por fallas de funcionamiento, una oxigenación inadecuada o una mala calidad del combustible. Las emisiones gaseosas más comunes de los motores de gasolina o diésel en automóviles se ilustran en la siguiente imagen.

Los convertidores catalíticos de los automóviles contienen en su interior una estructura de cerámica formada por silicato de aluminio y magnesio junto con óxido de aluminio. Estos materiales permiten crear una superficie muy porosa que después se recubre con partículas de Platino (Pt), Rodio (Rh) y Paladio (Pd). Además, se requiere una constante entrada de aire que provea oxígeno (O₂) para los procesos de catálisis.

 

La configuración del convertidor catalítico provee una superficie que incrementa la probabilidad de colisiones entre el oxígeno y los productos de la combustión. De manera general, el interior en forma de panal del convertidor se divide en dos regiones:

 

1) La superficie recubierta de rodio y platino cataliza la descomposición de monóxido de nitrógeno (NO) en oxígeno (O₂) y nitrógeno (N₂). Este proceso se representa con la siguiente ecuación química:

2) La superficie recubierta de paladio y platino cataliza la reacción entre monóxido de carbono (CO) con oxígeno (O₂) o entre hidrocarburos de diferente tamaño como acetileno (C₂H₂), benceno (C₆H₆), benzopireno (C₂₀H₁₂), entre otros. Esto se representa con las siguientes dos ecuaciones químicas:

El convertidor catalítico de los automóviles permite transformar los contaminantes primarios, como monóxido de carbono (CO), monóxido de nitrógeno (NO) e hidrocarburos residuales (C_xH_y) en gases que son más inocuos y menos tóxicos como agua (H2O), dióxido de carbono (CO₂) y nitrógeno (N₂). Un esquema de la estructura de un convertidor catalítico se presenta a continuación.

Para conocer con detalle la estructura y funcionamiento de un convertidor catalítico, te invitamos a consultar el siguiente recurso llamado ¿Qué es el Convertidor Catalítico / Catalizador y cómo funciona? De la página Ingeniería Mecánica y Automotriz: https://www.ingenieriaymecanicaautomotriz.com/que-es-el-convertidor-catalitico-catalizador-y-como-funciona/

 

Consulta con detenimiento la estructura interna del panel de cerámica y reflexiona cómo esto permite incrementar la velocidad de una reacción química.