Dependencia de la temperatura
Cinética química
La velocidad de reacción es la velocidad a la que se produce una reacción química. La velocidad de reacción se define como el cambio…
La medida de la rapidez con la que se produce una reacción se denomina velocidad de reacción. La velocidad de una reacción química está definida por la ley de velocidad, que describe la relación entre la velocidad de la reacción y las concentraciones de reactivo. En esta ecuación, k es la constante de velocidad, A y B son los dos reactivos, y m y n son sus respectivos órdenes de reacción.
La constante de tasa convierte la relación en las unidades de tasa adecuadas, moles por litro por segundo. Por lo tanto, la constante de velocidad tiene diferentes unidades, dependiendo del orden general de la reacción. Sin embargo, la constante de tasa tiene más importancia que la simple conversión de unidades. La constante de velocidad está relacionada con la cantidad mínima de energía requerida para que ocurra una reacción química, llamada energía de activación.
En una reacción, los reactivos se encuentran en un estado inicial de energía potencial. A medida que avanza la reacción, debe superar una cierta energía potencial, la energía de activación, antes de alcanzar su estado final. La energía neta de la reacción es la diferencia entre el estado inicial y el final. Esta diferencia puede ser negativa, lo que significa que la reacción libera energía, o positiva, lo que significa que absorbe energía.
Si no hay suficiente energía disponible para superar la energía de activación, la reacción no continuará. En algunos casos, la energía puede suministrarse en forma de calor. Esto proporciona energía adicional para superar la barrera de la activación, y la reacción puede continuar. También se puede agregar un catalizador, que proporciona una vía alternativa de menor energía de activación entre los reactivos y los productos.
Los catalizadores no se consumen en la reacción y, por lo tanto, no afectan a la energía neta de la reacción. La energía de activación se determina experimentalmente y se relaciona con la constante de reacción k mediante la ecuación de Arrhenius, donde A es el factor preexponencial o de frecuencia, R es la constante universal del gas y T es la temperatura absoluta a la que se produce la reacción.
A partir de esta ecuación, sabemos que aumentar la temperatura de reacción o disminuir la energía de activación aumenta la constante de velocidad. Volviendo a la ecuación de la ley de la tasa, se deduce que una constante de velocidad más alta da como resultado una velocidad de reacción más alta. Esto tiene sentido porque a medida que aumenta la temperatura, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia, lo que resulta en una mayor fracción de moléculas con mayor energía que la energía de activación.
En este laboratorio, aprenderá a medir experimentalmente la energía de activación de una reacción utilizando la descomposición del peróxido de hidrógeno como reacción modelo.
Iniciar sesión o para acceder al contenido completo. Obtenga más información sobre el acceso de su institución al contenido de JoVE aquí
La medida de la rapidez con la que se produce una reacción se denomina velocidad de reacción. La velocidad de una reacción química está definida por la ley de velocidad, que describe la relación entre la velocidad de la reacción y las concentraciones de reactivo. En esta ecuación, k es la constante de velocidad, A y B son los dos reactivos, y m y n son sus respectivos órdenes de reacción.
La constante de tasa convierte la relación en las unidades de tasa adecuadas, moles por litro por segundo. Por lo tanto, la constante de velocidad tiene diferentes unidades, dependiendo del orden general de la reacción. Sin embargo, la constante de tasa tiene más importancia que la simple conversión de unidades. La constante de velocidad está relacionada con la cantidad mínima de energía requerida para que ocurra una reacción química, llamada energía de activación.
En una reacción, los reactivos se encuentran en un estado inicial de energía potencial. A medida que avanza la reacción, debe superar una cierta energía potencial, la energía de activación, antes de alcanzar su estado final. La energía neta de la reacción es la diferencia entre el estado inicial y el final. Esta diferencia puede ser negativa, lo que significa que la reacción libera energía, o positiva, lo que significa que absorbe energía.
Si no hay suficiente energía disponible para superar la energía de activación, la reacción no continuará. En algunos casos, la energía puede suministrarse en forma de calor. Esto proporciona energía adicional para superar la barrera de la activación, y la reacción puede continuar. También se puede agregar un catalizador, que proporciona una vía alternativa de menor energía de activación entre los reactivos y los productos.
Los catalizadores no se consumen en la reacción y, por lo tanto, no afectan a la energía neta de la reacción. La energía de activación se determina experimentalmente y se relaciona con la constante de reacción k mediante la ecuación de Arrhenius, donde A es el factor preexponencial o de frecuencia, R es la constante universal del gas y T es la temperatura absoluta a la que se produce la reacción.
A partir de esta ecuación, sabemos que aumentar la temperatura de reacción o disminuir la energía de activación aumenta la constante de velocidad. Volviendo a la ecuación de la ley de la tasa, se deduce que una constante de velocidad más alta da como resultado una velocidad de reacción más alta. Esto tiene sentido porque a medida que aumenta la temperatura, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia, lo que resulta en una mayor fracción de moléculas con mayor energía que la energía de activación.
En este laboratorio, aprenderá a medir experimentalmente la energía de activación de una reacción utilizando la descomposición del peróxido de hidrógeno como reacción modelo.
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: What is the relationship between the rate constant and reaction temperature?
The rate constant increases with temperature according to the Arrhenius equation. As temperature rises, molecules move faster and collide more frequently, increasing the fraction of molecules with sufficient energy to overcome the activation energy barrier. This results in a higher reaction rate.
Q2: How does activation energy determine whether a chemical reaction will proceed?
Activation energy is the minimum energy required for a reaction to occur. If reactants lack sufficient energy to overcome this barrier, the reaction will not proceed. Heat or catalysts can provide the necessary energy or lower the barrier, allowing the reaction to proceed at a measurable rate.
Q3: What role does the rate constant play in the rate law equation?
The rate constant, k, converts the relationship between reactant concentrations and reaction orders into the proper units of rate, measured in moles per liter per second. It is specific to each reaction and depends on temperature. A higher rate constant directly results in a faster reaction rate.
Q4: How can a catalyst speed up a reaction without being consumed?
A catalyst lowers the activation energy by providing an alternative pathway for the reaction to proceed. Since it is not consumed during the reaction, it remains available to facilitate additional reaction cycles. However, a catalyst does not change the amount of product produced or the net energy of the reaction.
Q5: Why does the Arrhenius equation use the natural logarithm form for experimental calculations?
Taking the natural logarithm of the Arrhenius equation converts it into a linear form: ln k versus 1/T yields a straight line. The slope equals -Ea/R and the y-intercept equals ln A. This linear relationship allows researchers to determine activation energy graphically using rate constant values measured at different temperatures.
Q6: What factors determine the speed at which a chemical reaction occurs?
Reaction speed depends on reactant concentration, temperature, and the specific reaction pathway. The rate law describes how each reactant's concentration contributes to the overall reaction rate through its reaction order. Temperature particularly influences the rate constant, which directly affects how fast the reaction proceeds.
Q7: How is the activation energy of a reaction determined experimentally?
Activation energy is determined by measuring the rate constant at multiple temperatures. These k values are plotted as ln k versus 1/T to create a linear graph. The slope of this line equals -Ea/R, allowing researchers to calculate activation energy using the known universal gas constant.