13.2: Midiendo las Velocidades de Reacción
La polarimetría encuentra aplicación en la cinética química para medir la concentración y la cinética de reacción de sustancias ópticamente activas durante una reacción química. Las sustancias ópticamente activas tienen la capacidad de rotar el plano de polarización de la luz linealmente polarizada que pasa a través de ellas, una característica llamada rotación óptica. La actividad óptica se atribuye a la estructura molecular de las sustancias. La luz monocromática normal no está polarizada y posee oscilaciones del campo eléctrico en todos los planos posibles perpendiculares a la dirección de su propagación. Cuando una luz no polarizada pasa a través de un polarizador, emerge una luz polarizada linealmente que mantiene oscilaciones en un plano.
Un instrumento polarímetro determina la dirección de polarización de la luz o la rotación producida por una sustancia ópticamente activa. En un polarímetro, la luz polarizada en plano se introduce en un tubo que contiene la solución de reacción, y la reacción puede examinarse sin alterar el sistema. Si la muestra contiene sustancias ópticamente inactivas, no se producirá ningún cambio en la orientación del plano de la luz polarizada. La luz será visible en la misma intensidad en la pantalla del analizador y la lectura del ángulo de rotación (ɑ) indicará cero grados.
Sin embargo, la presencia de compuestos ópticamente activos en la muestra que reacciona provoca la rotación del plano de luz polarizada que la atraviesa. La luz que salga será menos brillante. El eje del dispositivo analizador tendrá que girarse en sentido horario (dextrógiro) o en sentido antihorario (levógiro) para observar el brillo máximo. La dirección en la que se debe girar el analizador depende de la naturaleza del compuesto presente. La rotación óptica medida es proporcional a la concentración de las sustancias ópticamente activas presentes en la muestra. Al analizar las mediciones del ángulo de rotación en diferentes puntos de tiempo, las concentraciones de los compuestos ópticamente activos pueden determinarse en función del tiempo.
Espectrometría
Las técnicas experimentales ópticas como la espectrometría también se emplean con frecuencia para controlar las reacciones químicas y asegurar información cuantitativa sobre la cinética de las reacciones. Mediante la espectrometría, la luz de una longitud de onda específica se hace pasar a través de una muestra que reacciona. Las moléculas o compuestos (ya sea un reactivo o producto) dentro de la muestra pueden absorber algo de luz mientras transmiten la cantidad restante, que es medida por un detector. La cantidad de luz absorbida depende de la concentración del compuesto o molécula de interés. Por ejemplo, cuanto mayor sea la concentración de un compuesto, mayor será su absorbancia. A partir de la absorbancia, el instrumento podrá determinar la concentración del compuesto de interés. En una muestra que reacciona, la absorbancia medida a intervalos periódicos calcula las concentraciones del reactivo o producto en función del tiempo.
Mediciones de presión
En el caso de las reacciones que implican sustancias en fase gaseosa, la cinética de reacción va seguida de la cuantificación de los cambios en el número de moles de gases en función de los cambios de presión. Los ajustes experimentales de una reacción en fase gaseosa pueden conectarse a un manómetro que podría medir la presión de un reactivo gaseoso o de un producto. A medida que la reacción progresa, la presión de los reactivos disminuye y/o la presión de los productos aumenta. El manómetro puede medir este valor en función del tiempo. Al emplear la ley de los gases ideales—la concentración de un gas es proporcional a su presión parcial—se puede calcular la velocidad de una reacción química.
