Si el equilibrio químico determina el «límite» de una reacción, entoncesla velocidad de reacción químicadetermina la «rapidez» de la reacción. Desde una perspectiva macroscópica, la velocidad actúa como un puente entre las observaciones experimentales y los modelos teóricos. En condiciones específicas, la rapidez con que avanza una reacción se expresa comúnmente como la disminución de la concentración de reactivo o el aumento de la concentración de producto por unidad de tiempo.
Expresiones matemáticas clave
Para una reacción general $mA + nB = pC + qD$, su expresión de velocidad sigue la proporción de los coeficientes estequiométricos:
- Fórmula básica: $v = \frac{\Delta c}{\Delta t}$.
- Relación entre reactivos y productos: $v(A) = -\frac{\Delta c(A)}{\Delta t}$, $v(C) = \frac{\Delta c(C)}{\Delta t}$.
- Ley de proporcionalidad: $\frac{v(A)}{m} = \frac{v(B)}{n} = \frac{v(C)}{p} = \frac{v(D)}{q}$.
Ejemplos de reacciones industriales y orgánicas
En procesos industriales complejos o síntesis orgánicas, la medición precisa de la velocidad es fundamental:
- Síntesis de amoníaco: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Si la concentración de $N_2$ disminuye de 0.8 a 0.7 mol/L en 5 minutos, entonces su velocidad es $v(N_2) = 0.02 \text{ mol}/(\text{L} \cdot \text{min})$.
- Transformación orgánica: Reacción de deshidratación para convertir ácido $\gamma$-hidroxibutírico en lactona $\gamma$: $HOCH_2CH_2CH_2COOH \xrightarrow{H^+/\Delta} \text{Lactona} + H_2O$.
- Gestión ambiental: $2\text{NO}(\text{g}) + 2\text{CO}(\text{g}) = \text{N}_2(\text{g}) + 2\text{CO}_2(\text{g})$, calculando la velocidad a partir de los cambios en la presión del cilindro.
Advertencia termodinámica
Aunque esta sección estudia qué tan rápido ocurre una reacción, no debemos olvidar las limitaciones termodinámicas: cuando $\Delta H > 0$ y $\Delta S < 0$, la reacción no puede ser espontánea a ninguna temperatura, por lo que estudiar su velocidad carece de sentido práctico.