La cinética, o las tasas de reacciones químicas, representan uno de los temas más complejos que enfrentan los estudiantes de química de la escuela secundaria y la universidad. La velocidad de una reacción química describe cómo las concentraciones de productos y reactivos cambian con el tiempo. A medida que avanza la reacción, la velocidad tiende a disminuir porque la posibilidad de una colisión entre los reactivos disminuye progresivamente. Por lo tanto, los químicos tienden a describir las reacciones por su velocidad "inicial", que se refiere a la velocidad de reacción durante los primeros segundos o minutos.
En general, los químicos representan reacciones químicas en la forma
aA + bB ---> cD + dD,
donde A y B representan reactivos, C y D representan productos, y a, b, c y d representan sus respectivos coeficientes en la ecuación química equilibrada. La ecuación de velocidad para esta reacción es entonces
tasa = (-1 ÷ a) d ÷ dt = (-1 ÷ b) d ÷ dt = (1 ÷ c) d ÷ dt = (1 ÷ d) d ÷ dt,
donde los corchetes denotan la concentración del reactivo o producto; a, b, cyd representan los coeficientes de las ecuaciones químicas balanceadas; y t representa el tiempo.
Escriba una ecuación química equilibrada para la reacción bajo investigación. Como ejemplo, considere la reacción del peróxido de hidrógeno, H2O2, descomponiéndose en agua, H2O y oxígeno, O2:
H2O2 (2) ---> H2O (2) + O2.
Las reacciones "equilibradas" contienen el mismo número de cada tipo de átomo en los lados izquierdo y derecho de la flecha. En este caso, ambos lados contienen cuatro átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno.
Construya la ecuación de velocidad basada en la ecuación dada en la Introducción. Continuando con el ejemplo del paso 1:
tasa = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 2) d ÷ dt = (1 ÷ 1) d ÷ dt.
Sustituya los datos de concentración y tiempo en la ecuación del paso 2 según la información disponible en el problema u obtenida durante un experimento. Por ejemplo, para la reacción descrita anteriormente, suponga que se obtuvieron los siguientes datos:
tiempo (s), (M) 0, 0.250 10, 0.226
Estos datos indican que después de 10 segundos, la concentración de peróxido de hidrógeno disminuyó de 0.250 moles por litro a 0.226 moles por litro. La ecuación de velocidad se convierte en
tasa = - (1 ÷ 2) d ÷ dt = - (1 ÷ 2) (0.226 - 0.250) ÷ 10 = 0.0012 M / s.
Este valor representa la velocidad inicial de la reacción.