Dependencia de la Temperatura en la Velocidad de Reacción

Las velocidades de reacción química son sensibles a los cambios de temperatura. Un aumento de 10 grados Celsius puede acelerar la velocidad de reacción de 3 a 4 veces, pero:por qué? La ley de velocidad de una reacción define la relación entre la concentración de un reactivo y la velocidad de reacción.

Dado que la concentración es independiente de la temperatura, solo la constante de velocidad permanece para influir en la velocidad de reacción dependiendo de la temperatura. Así, en 1889, el químico sueco Svante Arrhenius concluyó que la dependencia de la temperatura de la velocidad de reacción está incluida en la constante de velocidad. La constante de velocidad describe la relación entre la temperatura y los parámetros cinéticos relacionados con la energía de colisión, orientación y activación de las moléculas que reaccionan a través de la ecuación de Arrhenius.

A es una constante llamada factor de Arrhenius o factor de frecuencia, e es un factor exponencial que integra la energía de activación medida en julios por mol, la constante de gas y la temperatura en kelvin. La dependencia de la temperatura de los parámetros se puede explicar con el modelo de colisión, que establece que las moléculas que reaccionan deben colisionar con suficiente energía en la orientación correcta para iniciar una reacción química. El factor de frecuencia consta de dos componentes:la frecuencia de colisión y el factor de orientación.

La frecuencia de colisión es el número de colisiones moleculares por unidad de tiempo, mientras que el factor de orientación describe la probabilidad de colisiones con una orientación favorable. Aún así, solo una pequeña fracción de las colisiones conduce a una reacción. Esto se debe a que las moléculas que reaccionan tienen que superar una barrera de energía, llamada energía de activación, para transformarse en productos.

Solo aquellas moléculas que colisionan con suficiente energía cinética tendrán suficiente energía potencial para doblar, estirar o romper enlaces, para transformarse en un intermedio de alta energía llamado estado de transición o complejo activado. El complejo activado, inestable y de corta duración, pierde energía para formar productos estables, cuya energía total es menor que la de los reactivos. El factor exponencial en la ecuación de Arrhenius representa la fracción de colisiones exitosas que dan como resultado productos.

Un aumento de temperatura influye tanto en el factor de frecuencia como en el factor exponencial. A temperaturas elevadas, las moléculas se mueven más rápido, con más fuerza y con energías térmicas más altas, lo que conduce a colisiones más favorables. Por lo tanto, un aumento de temperatura da como resultado una frecuencia más alta y factores exponenciales que conducen a un aumento en la constante de velocidad, lo que se traduce en una velocidad de reacción acelerada.