2.8 : Efecto del cambio de temperatura sobre la velocidad de reacción

La ecuación de Arrhenius,

Relaciona la energía de activación y la constante de velocidad, k, para muchas reacciones químicas.

En esta ecuación, R es la constante del gas ideal, que tiene un valor de 8,314 J/mol·K, T es la temperatura en grados kelvin, E_a es la energía de activación en julios por mol, e es la constante 2,7183 y A es una constante. llamado factor de frecuencia, que está relacionado con la frecuencia de las colisiones y la orientación de las moléculas que reaccionan.

El factor de frecuencia, A, refleja qué tan bien las condiciones de reacción favorecen las colisiones correctamente orientadas entre las moléculas reactivas. Una mayor probabilidad de colisiones efectivamente orientadas da como resultado valores mayores para A y velocidades de reacción más rápidas.

El término exponencial, e^−Eₐ/RT, describe el efecto de la energía de activación en la velocidad de reacción. Según la teoría cinética molecular, la temperatura de la materia es una medida de la energía cinética promedio de sus átomos o moléculas constituyentes: una energía de activación más baja da como resultado una fracción más significativa de moléculas adecuadamente energizadas y una reacción más rápida.

El término exponencial también describe el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. Una temperatura más alta representa una fracción correspondientemente mayor de moléculas que poseen suficiente energía (RT) para superar la barrera de activación (E_a). Esto produce un valor más alto para la constante de velocidad y una velocidad de reacción correspondientemente más rápida.

La energía mínima necesaria para formar un producto durante una colisión entre reactivos se llama energía de activación (E_a). La diferencia entre la energía de activación requerida y la energía cinética proporcionada por las moléculas reactivas en colisión es un factor principal que afecta la velocidad de una reacción química. Si la energía de activación es mucho mayor que la energía cinética promedio de las moléculas, la reacción ocurrirá lentamente, ya que sólo unas pocas moléculas que se mueven rápidamente tendrán suficiente energía para reaccionar. Si la energía de activación es mucho menor que la energía cinética promedio de las moléculas, una gran fracción de moléculas tendrá la energía adecuada y la reacción se desarrollará rápidamente.

Los diagramas de reacción se utilizan ampliamente en cinética química para ilustrar diversas propiedades de una reacción de interés. Muestra cómo cambia la energía de un sistema químico a medida que sufre una reacción, convirtiendo los reactivos en productos.