7.1. Las reacciones químicas

• Encima de la flecha puede indicarse el intercambio de energía que tiene lugar en la reacción. Si el número es positivo, quiere decir que el sistema reaccionante necesita energía para que transcurra la reacción. Si el número es negativo, quiere decir que el sistema reaccionante desprende energía durante la reacción.

Tomando como ejemplo la reacción entre el amoniaco y el oxígeno para la formación de nitrógeno molecular y agua, podemos distinguir los siguientes pasos:

1. Escribimos las fórmulas entre los reactivos y productos, separándolos por una flecha que marca el sentido de la reacción:

a. Primero ajustamos los coeficientes de las sustancias no elementales:

b. Después, los de las sustancias elementales. Si es preciso, corregimos los coeficientes ya elegidos. Es posible utilizar fracciones:

c. Cuando tenemos fracciones, podemos multiplicar todos los coeficientes por el denominador de las fracciones para eliminar los números fraccionarios:

3. Por último, comprobamos, elemento a elemento, que el número de átomos que aparece en los reactivos es el mismo que el que aparece en los productos

La energía química es aquella que está asociada con los enlaces químicos y atracciones intermoleculares. Por ello:

• Si la energía asociada con los enlaces químicos de los productos es mayor que la energía asociada con los enlaces químicos de los reactivos será preciso suministrar energía para que tenga lugar la reacción. Este es el caso de las reacciones endotérmicas.

• Si, por el contrario, la energía asociada con los enlaces químicos de los productos es menor que la energía asociada con los enlaces químicos de los reactivos, el sistema cederá energía. Este es el caso de las reacciones exotérmicas.

El intercambio energético de un cambio químico puede cuantificarse como la variación de energía química de los reactivos y productos:

Representando en un diagrama de energía tenemos:

La velocidad de las reacciones químicas se define como el tiempo que tarda en aparecer un producto o en desaparecer un reactivo.

Para entender la velocidad de reacción desde la perspectiva de la teoría de colisiones, es preciso comprender que no todas las colisiones entre partículas dan lugar a la ruptura de los enlaces químicos, sino solo aquellas que tienen lugar con la energía suficiente y orientación adecuada.

A estos choques de denominan choques efectivos.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Cualquier factor que podamos modificar y que influya en el aumento de choques efectivos, dará lugar a un aumento en la velocidad de reacción. Estos factores son:

• Temperatura

La temperatura hace que aumente la velocidad de vibración de las partículas en estado sólido, o de movimiento de partículas en estado líquido y gaseoso. Cuanto mayor sea el movimiento de las partículas más choques se producirán por unidad de tiempo y, por tanto, antes tendrán lugar esas colisiones efectivas.

• Concentración de reactivos

En las reacciones que ocurren en disolución acuosa, un aumento de la concentración supone un aumento del número de partículas en el medio donde tiene lugar la reacción. Por lo tanto, al haber más partículas, chocarán más frecuentemente y, con mayor frecuencia, alguno de esos choques dará lugar a colisiones efectivas.

• Grado de división de reactivos

Para reactivos en estado sólido, cuanto más dividido se encuentre dicho sólido, más superficie de contacto tendrá y, por consiguiente, habrá un mayor número de choques entre las partículas de reactivo.

• Presencia de catalizadores

En ocasiones interesa aumentar la velocidad de las reacciones químicas, y la modificación de los factores anteriormente mencionados pueden suponer un elevado coste en procesos industriales encareciendo su rentabilidad. La solución, en estos casos, es el empleo de los catalizadores.

Los catalizadores son sustancias químicas que modifican la velocidad de una reacción química sin alterar la naturaleza de los reactivos ni de los productos. Los catalizadores tienen dos propiedades:

• Son muy específicos, es decir, cada catalizador se emplea para aumentar la velocidad de una reacción en concreto. Esto supone una gran ventaja, pues si en el medio de reacción, por la propia naturaleza de los reactivos y productos, tienen lugar varias reacciones simultáneas, de entre las cuales solo interesa una, el empleo del catalizador aumentará solo esa reacción, obteniendo productos que requieran menos procesos posteriores de separación y purificación.

• Los catalizadores participan en la reacción química sin sufrir cambios permanentes. Al finalizar la reacción, el catalizador se recupera casi con las mismas propiedades que al inicio.

Para modificar la velocidad de reacción, los catalizadores favorecen la disminución de la energía necesaria para que la colisión sea efectiva. Esa energía se denomina energía de activación.

Unos catalizadores muy importantes para la vida son las enzimas. Se trata de moléculas que actúan como catalizadores dentro de los organismos. Son muy específicas, pues existe prácticamente una enzima para cada reacción química que se produzca en dentro de un ser vivo. La presencia de las enzimas es vital, pues si su efecto catalítico no se desarrolla correctamente puede dar lugar a problemas de termorregulación, en la presión arterial o la formación incorrecta de ADN.