Teoría de las colisiones

1 Teoría de las colisiones

Como se mencionó antes, una reacción química implica una reorganización espacial de los átomos en la ruptura, y posterior formación de enlaces químicos. Para que esto suceda, las moléculas y átomos involucrados, deben estar en contacto físico. Las particularidades del proceso de interacción entre sustancias químicas a nivel molecular se explican a partir de la teoría de las colisiones.

La teoría cinético-molecular de la materia nos dice que los átomos y moléculas de las distintas sustancias se hallan en continuo movimiento, lo que ocasiona choques constantes entre las partículas. Estos choques son la chispa necesaria para que haya una reacción química. Así, mientras mayor sea el número de choques por unidad de tiempo, mayor será la probabilidad de que ocurra una reacción.

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Sin embargo, no todos los choques son efectivos, en el sentido de que provoquen un cambio químico. Para que esto ocurra, las partículas en cuestión deben tener una energía suficientemente alta para vencer las fuerzas de repulsión que actúan entre ellas. De no ser así, dichas partículas se volverían a separar. Por otra parte, debido a que las moléculas suelen tener una compleja estructura tridimensional, alrededor de la cual se distribuyen nubes de electrones, los choques efectivos deben darse en una cierta orientación espacial. En otras palabras, la posición y la dirección con la cual se acerquen las moléculas determinará que se produzca o no una reacción.

La energía necesaria para que sea posible una reacción se denomina energía de activación (Ea). La energía de activación es una propiedad de cada reacción y depende de la clase de enlaces que se tengan que romper durante la misma.

GRÁFICA DE LAS REACCIONES TERMODINÁMICAS.

De lo anterior se concluye que la velocidad de reacción depende del número de choques por segundo, del número de choques efectivos, de la orientación con la cual ocurren los choques, de la energía que posean las moléculas en el momento de la colisión y de cuánta energía hace falta para alcanzar el valor crítico o energía de activación. De ahí que, cualquier circunstancia que afecte la frecuencia y la efectividad de las colisiones, afecta también la velocidad de reacción.

Cuando se produce un choque efectivo, las moléculas involucradas forman una sustancia intermedia, de alta energía, que se denomina complejo activado. La energía de activación Ea, corresponde a la diferencia entre la energía de los reaccionantes y la del complejo activado.

Consideremos como ejemplo la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno gaseosos:

2H2(g) + 1 O2(g)---------2H2O(g)

Para que se forme el producto, se requiere, en primer lugar que se rompan los enlaces H—H y O—O, para que luego se formen los enlaces H—O. Para que esto suceda, el nivel de energía de las moléculas de H2 y O2 debe ser igual o superior a la Ea y además debe cumplirse que la orientación de la colisión sea la adecuada. En el esquema se puede apreciar que esta reacción libera energía; por lo tanto, se clasifica como exotérmica.

EJERCICIO.

Menciona y explica las condiciones necesarias para que se produzca una reacción química a partir de la teoría de las colisiones. Justifica tu respuesta por medio de dibujos.

Representa la relación entre el tiempo de reacción(eje X) y la energía potencial (eje Y), utilizando un  gráfico. Explica el comportamiento de los reactivos y los productos en el transcurso de la reacción.