Velocidad instantánea de reacción

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Oxácido

Los ácidos oxácidos son compuestos ternarios formados por un óxido no metálico y una molécula de agua (H2O).

Su fórmula responde al patrón HaAbOc, donde A es un no metal o metal de transición.

Ejemplos:


SO3 + H2O → H2SO4
SO2 + H2O → H2SO3
SO + H2O → H2SO2
  • Ácido carbónico: CO2 + H2O → H2CO3

  • Nomenclatura

    • Conseguir la Valencia del no metal: [(subíndice del oxígeno x2)-(subíndice del hidrógeno)]/(subíndice del no metal) (ej: H2CrO4 → 4·2-2·1=6). Este método es una abreviatura de aplicar el álgebra para resultado carga 0
    • Detectar casos piro y orto para fórmulas directas:
      • Valencia impar (el no-metal tiene estado de oxidación +1,+3,+5,+7):
        • Piro: H4A2
        • Orto: H3A
      • Valencia par (el no-metal tiene estado de oxidación +2,+4,+6):
        • Piro: H2A2
        • Orto: H4A
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.
Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo)
Por unidad de tiempo.
La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.
La teoría de colisiones, propuesta hacia 1920 por Gilbert N. Lewis (1875-1946) y otros químicos, afirma que para que ocurra un cambio químico es necesario que las moléculas de la sustancia o sustancias iniciales entren en contacto mediante una colisión o choque.
Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:
  • Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos.
  • Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.
Los choques que no cumplen estas condiciones y, por tanto, no dan lugar a la reacción, se denominan choques ineficaces.
A veces, el paso de reactivo a producto se realiza mediante la formación de un compuesto intermedio o complejo activado que se transformará posteriormente en los productos.
La energía de activación ( ) en química es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima.


Factores que afectan a la velocidad de una reacción química¿
De qué depende que una reacción sea rápida o lenta? ¿Cómo se puede modificar la velocidad de una reacción? Una reacción química se produce mediante colisiones eficaces entre las partículas de los reactivos, por tanto, es fácil deducir que aquellas situaciones o factores que aumenten el número de estas colisiones implicarán una mayor velocidad de reacción. Veamos algunos de estos factores.

Temperatura

Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica.
Esto explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la nevera o en el congelador. Por el contrario, si queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego.

Grado de pulverización de los reactivos

Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión entre las partículas.
Por ejemplo, el carbón arde más rápido cuanto más pequeños son los pedazos; y si está finamente pulverizado, arde tan rápido que provoca una explosión.

Naturaleza química de los reactivos que intervienen en la reacción

Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de activación:
  • Muy alta, y entonces será muy lenta.
  • Muy baja, y entonces será muy rápida.
Así, por ejemplo, si tomamos como referencia la oxidación de los metales, la oxidación del sodio es muy rápida, la de la plata es muy lenta y la velocidad de la oxidación del hierro es intermedia entre las dos anteriores.

Concentración de los reactivos

Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones.
El ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento cuanto mayor es la concentración del ácido.
La variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera general, en la forma:
v = k [A]α [B]β

Donde α y β son coeficientes que no coinciden necesariamente con los coeficientes estequiométricos de la reacción general antes considerados. La constante de velocidad k, depende de la temperatura.


Catalizadores

Los catalizadores son sustancias que facilitan la reacción modificando el mecanismo por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de reacción.
Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la reacción.


Para la reacción aA + bB que da rR+ sS, la velocidad de reacción es la rapidez con que se forman R y S (lo que es igual que la rapidez con la que desaparecen A y B).

Para la reacción

REAC.Png

La velocidad de reacción es la rapidez con la que A y B se transforman en R y S


Para la reacción rR+ sS que da aA + bB, la velocidad de reacción es la rapidez con que se forman A y B (lo que es igual que la rapidez con la que desaparecen R y S).

Para la reacción

REAC.Png


En 1923 Johannes Bronsted y Thomas Lowry formularon la teoría Bronsted-Lowry o teoría ácido-base, según la cual un ácido es una sustancia capaz de ceder protones (o iones hidrógeno H+), y una base de una sustancia que tiene la capacidad de captar o aceptar protones.

Por otro lado un hidróxido es un compuesto inorgánico ternario, que contienen un elemento metálico y tantos grupos hidróxido (OH–) como el número de oxidación que manifieste el metal. Podríamos definirlos, pues, como combinaciones entre cationes metálicos y aniones OH–, que responden a la fórmula general Me(OH)x siendo x igual al número de oxidación del metal.

Los hidróxidos se forman por reacción de los óxidos metálicos con el agua; en el caso de los metales alcalinos (sodio, potasio, etc.) y alcalinotérreos (calcio, magnesio, etc.) también se forman a partir de la reacción del propio metal con el agua.

De acuerdo con lo anterior, podríamos representar así la reacción de formación de un hidróxido:

Na2O + H2O ® 2Na(OH)

En disolución acuosa los hidróxidos se disocian, liberando el grupo hidróxido y el catión metálico que los forma:

Ca (OH)2   ®  Ca2+  +  2 OH–

Dado que el grupo hidróxido puede captar protones, los hidróxidos tienen un fuerte carácter básico, de ahí que también reciben el nombre de Bases.

Según la nomenclatura de Stock los hidróxidos se nombran con las palabras “hidróxido de” seguido del nombre del metal y entre paréntesis el número de oxidación, en números romanos, en el caso de que tenga más de uno.