Cinética Química
La cinética química estudia la velocidad y las razones por las que proceden las reacciones, conectando las velocidades medidas con la secuencia de pasos moleculares y las barreras energéticas que las controlan.
Definition
La cinética química es la rama de la química física que se ocupa de las velocidades de las reacciones químicas, los factores que las influyen y los mecanismos moleculares por los cuales los reactivos se convierten en productos.
Scope
Esta área abarca la medición e interpretación de las velocidades de reacción: leyes de velocidad empíricas y órdenes de reacción; ecuaciones de velocidad integradas y vidas medias; la dilucidación de mecanismos de reacción a partir de pasos elementales utilizando las aproximaciones de estado estacionario y pre-equilibrio; la dependencia de la velocidad con la temperatura a través de la ecuación de Arrhenius; y los marcos teóricos de la teoría de colisiones y la teoría del estado de transición. Se incluye la catálisis y su efecto en las velocidades, mientras que la dinámica cuántica detallada de colisiones individuales y la posición de equilibrio termodinámico se tratan en áreas vecinas.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se determinan experimentalmente las leyes de velocidad y los órdenes de reacción?
- ¿Cómo se puede reconstruir una secuencia de pasos elementales a partir de una ley de velocidad observada?
- ¿Por qué la velocidad de reacción depende tan fuertemente de la temperatura?
- ¿Cómo explican la teoría de colisiones y la teoría del estado de transición las constantes de velocidad absolutas?
Key concepts
- Leyes de velocidad y orden de reacción
- Ecuaciones de velocidad integradas y vida media
- Mecanismo de reacción y paso determinante de la velocidad
- Ecuación de Arrhenius y energía de activación
- Catálisis
Key theories
- Teoría del estado de transición
- La velocidad de reacción se calcula a partir de la población de un complejo activado en cuasi-equilibrio con los reactivos en la cima de la barrera energética, multiplicada por la velocidad a la que ese complejo se descompone hacia los productos.
- Dependencia de la temperatura de Arrhenius
- Las constantes de velocidad aumentan con la temperatura según una dependencia exponencial de una energía de activación, lo que refleja la fracción de colisiones lo suficientemente energéticas como para superar la barrera de reacción.
Clinical relevance
La cinética química sustenta el diseño y control de reactores industriales, la formulación de catalizadores, la estabilidad y vida útil de productos farmacéuticos y alimentos, la modelización de la química atmosférica y de combustión, y el análisis cuantitativo de la acción enzimática en bioquímica.
History
La cinética surgió de los estudios de velocidad del siglo XIX de Wilhelmy, Guldberg y Waage; Arrhenius propuso su ecuación de energía de activación en 1889, y la década de 1930 trajo la teoría de la velocidad absoluta de Eyring y de Evans y Polanyi, reformulando la cinética en términos de mecánica estadística y superficies de energía potencial.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Henry Eyring
- Cyril Norman Hinshelwood
Related topics
Seminal works
- eyring1935
- atkins2018
- laidler1987
Frequently asked questions
- ¿Por qué una ecuación química equilibrada no indica la ley de velocidad?
- La estequiometría describe la conversión global, pero no la vía molecular; la ley de velocidad refleja el paso elemental más lento y las especies involucradas hasta ese punto, por lo que debe determinarse experimentalmente en lugar de leerse de la ecuación global.
- Si una reacción es termodinámicamente favorable, ¿por qué podría no ocurrir?
- La termodinámica solo establece si una reacción puede ocurrir, no qué tan rápido; una gran barrera de activación puede hacer que una reacción favorable sea inmensurablemente lenta, razón por la cual el diamante persiste a pesar de que el grafito es la forma más estable de carbono.