Cinética Química

¿Qué es la Cinética Química?

Es la rama de la química que se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables.

Historia de la Cinética Química

Ya que una de las grandes preocupaciones de los químicos del Siglo XVIII fue la búsqueda incansable de una explicación sobre la afinidad química.

• Destacan los trabajos de Wenzel; quien intentó medir la afinidad observando la velocidad con que los metales se disolvían en ácidos de distinta concentración. 
• El nacimiento de la cinética química como disciplina científica se ubica en el año 1850, con Ludwig Wilhelmy.
• Estudios cinéticos de este tipo fueron realizados también por Berthelot y St Gilles. 
• También pueden mencionarse los trabajos realizados en 1867 por A.V. Harcourt y W. Esson.

Williamson, van´t Hoff, Guldberg y Waage son más ejemplos de científicos que se dedicaron a la investigación en torno a la Cinética Química, entre muchos otros más.

Conceptos que se relacionan con la Cinética Química...

Teoría de las Colisiones:

La teoría de las colisiones fue propuesta por Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918.

Esta teoría está basada en la idea que partículas reactivas deben colisionar para que una reacción ocurra, pero solamente una cierta fracción del total de colisiones tiene la energía para conectarse efectivamente y causar transformaciones de los reactivos en productos.

Planetas Colisionando

Hay dos tipos de colisiones:

Horizontal – Colisión más lenta

Vertical – Colisión más rápida, colisión efectiva

Energía de Activación:

La energía de activación es la energía que se requiere para que se inicie una reacción.

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.

Orden de Reacción:

El orden de reacción está definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la rapidez de la reacción. Este es también llamado orden total de reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente.

Aplicaciones de la Cinética Química...

• Nos sirve para poder monitorear el avance de reacción, los tiempos de reacción, los cambios de energía, los cambios de estado, etc. En teoría nos ayuda a lograr saber exactamente lo que está pasando en una reacción química.
• En farmacología puede ayudarnos para saber cuanto tiempo puede pasar para que un medicamento haga efecto.
• Sirve para poder calcular el tiempo de vencimiento de un producto químico industrial, farmacéutico, veterinario, alimenticio, etc.

Factores que afectan la velocidad de una reacción química...

Las enzimas como catalizadores biológicos:

• Las enzimas son moléculas de naturaleza protéica que catalizan reacciones bioquímicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: Una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima.
• Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. 
• A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
• Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula. 
• Las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de reacción.
• Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.
• Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas.



Triosafosfato isomerasa

• La actividad de las enzimas puede ser afectada por los inhibidores enzimáticos, que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas.

Equilibrio Químico

Claude Louis Berthollet

¿Qué es el equilibrio químico?
El equilibrio químico es el estado en el que las actividades químicas o las concentraciones de los reactivos y los productos no tienen ningún cambio neto en el tiempo. 
Así pues, si tenemos un equilibrio de la forma:

a A + b B= c C + d D

En una reacción química, cuando los reactivos se mezclan en un recipiente de reacción, la totalidad de los reactivos no se convierten en los productos. 

Después de un tiempo, las reacciones opuestas, pueden alcanzar iguales velocidades de reacción, creando un equilibrio dinámico en el que la relación entre los reactivos y productos será fija. Esto se llama equilibrio químico.

Pequeña reseña histórica...

Gibbs

• El concepto de equilibrio químico fue desarrollado después de que Berthollet (1803) encontrase que algunas reacciones químicas son reversibles.
• Guldberg y Waage (1865), basándose en las ideas de Berthollet, propusieron la ley de acción de masas:
• J.W. Gibbs sugirió en 1873 que el equilibrio se alcanza cuando la energía de Gibbs del sistema está en su valor mínimo. Lo que esto significa es que la derivada de la energía de Gibbs con respecto a la coordenada de reacción se desvanece, señalando un punto estacionario.

Conceptos relacionados...

Guldberg y Waage

Ley de Acción de Masas:

Esta ley establece que para una reacción química reversible en equilibrio, a una temperatura constante una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos, tienen un valor constante.

La ley fue enunciada en 1867 por Guldberg y Waage, y debe su nombre al concepto de masa activa, lo que posteriormente se conoció como concentración.

Reacción reversible:

Una reacción reversible es una reacción química que se efectúa en ambos sentidos simultáneamente, es decir, los productos reaccionan entre sí y regeneran a los reactivos.

Consideremos por ejemplo la reacción de los reactivos A y B que se unen para dar los productos C y D, ésta puede simbolizarse con la siguiente ecuación química.

Reacción irreversible:

Una reacción irreversible es una reacción química que se verifica en un solo sentido, es decir, se prolonga hasta agotar por lo menos una de las sustancias reaccionantes. 

Puede simbolizarse con la siguiente ecuación química:

Principio de Le Chatelier:

El Principio de Le Chatelier se puede enunciar de la siguiente manera: 

"Si en un sistema en equilibrio se modifica algún factor (presión, temperatura, concentración,..) el sistema evoluciona en el sentido que tienda a oponerse a dicha modificación."

Cuando algún factor que afecte al equilibrio varía, éste se altera al menos momentáneamente. Entonces el sistema comienza a reaccionar hasta que se reestablece el equilibrio, pero las condiciones de este nuevo estado de equilibrio son distintas a las condiciones del equilibrio inicial. Se dice que el equilibrio se desplaza hacia la derecha, o hacia la izquierda.