Velocidad de una reacción química: efecto de la temperatura
Reacciones químicas y temperatura
Cuando eras niño, ¿alguna vez trataste de atrapar un lagarto? Fue duro, ¿no? Suelen ser pequeñas criaturas rápidas. Sin embargo, si hubieras tomado un vaso de agua fría y lo hubieras arrojado sobre ellos, se habrían congelado en su lugar y podrías haberlos recogido. No se preocupe por dañarlos. Tan pronto como se calentaran, estarían bien. Eso es porque los lagartos son ectotermos. Las reacciones químicas de sus cuerpos dependen de la temperatura del medio ambiente para funcionar bien y de la velocidad de reacción para aumentar hasta donde pueden moverse. A bajas temperaturas, las reacciones no ocurren lo suficientemente rápido y el lagarto se congela en su lugar. Estos lagartos dependen en gran medida de la temperatura.
Anteriormente aprendió acerca de la energía de activación y ha visto el gráfico de energía de activación. También conoció la ley de tasas : Tasa = k [ A ] n .
La k en la ecuación es una constante que depende de la temperatura, lo que significa que la constante cambia según la temperatura a la que está ocurriendo la reacción. En general, a medida que aumenta la temperatura, k aumenta y la reacción es más rápida.
Ecuación de Arrhenius
k se puede calcular mediante la ecuación de Arrhenius : k = Ae ^ (- Ea / RT ).
R = constante de gas (8.314 J / mol k)
A = factor de frecuencia
Ea = energía de activación
T = temperatura en Kelvin
e ^ (- Ea / RT ) = factor exponencial
La energía de activación es la cantidad de energía que necesita una reacción para comenzar. Cuanto mayor sea la energía de activación, más lenta será la velocidad de reacción a una temperatura determinada.
El factor de frecuencia es el número de veces que los reactivos se acercan a la energía de activación por unidad de tiempo, es decir, ¿cuántas veces los reactivos se acercan a superar la joroba de la energía de activación cada X cantidad de tiempo?
Factor exponencial
El factor exponencial es un número entre 0 y 1. Representa la fracción de reactivos que se han acercado a la colina de energía de activación y la superaron por número de intentos. Piense en ello como un reactivo que intenta superar la colina de la energía de activación. Sigue intentándolo y tratando. Lo intenta 10 veces antes de que finalmente lo haga en el décimo intento. Entonces, el factor exponencial es 1/10.
El factor exponencial depende de la temperatura y la energía de activación de la reacción. Si hay una energía de activación baja (una colina baja) y una temperatura alta, entonces el factor exponencial es cercano a 1. Si la energía de activación es 0, entonces el exponente es 0 y el factor exponencial es 1.
Si lo contrario es cierto, baja temperatura y alta energía de activación (colina alta), entonces el exponente es muy grande y el factor exponencial es muy pequeño. Esto significa que se necesitan muchos, muchos intentos para que un reactivo supere la colina de la energía de activación.
Resumen de la lección
La mayoría de las velocidades de reacción dependen de la temperatura. En general, cuanto mayor es la temperatura, más rápida es la velocidad de reacción. La velocidad de reacción se puede determinar mediante la ecuación de Arrhenius. Ecuación de Arrhenius : k = Ae ^ (- Ea / RT )
Podemos resumir el efecto de la temperatura en la velocidad de reacción observando cómo afecta el factor exponencial. El factor de frecuencia es el número de veces que los reactivos intentan superar la colina de la energía de activación. El factor exponencial es la fracción de intentos exitosos de superar la colina por número de intentos totales. El factor exponencial aumenta cuando aumenta la temperatura y disminuye cuando aumenta la energía de activación.
Los resultados del aprendizaje
Al final de esta lección, podrá:
- Explica cómo la temperatura afecta la velocidad de reacción.
- Escribe la ecuación de Arrhenius
- Describe la relación entre el factor exponencial y la temperatura.
- Definir factor de frecuencia
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