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Ecuación de Arrhenius: constante de velocidad y energía de activación

Predice cómo cambia una constante de velocidad con la temperatura, o calcula la energía de activación a partir de dos medidas.

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Resultados

Constante k₂ a T₂

1,924

Energía de activación Ea

50 kJ/mol

Cociente k₂/k₁

1,924

Q10 (factor por cada 10 °C)
1,924

Temperatura y velocidad de reacción

Casi todas las reacciones químicas van más deprisa cuando se calienta: la leche se agria antes fuera de la nevera, la masa de pan sube más rápido en un sitio templado y una cola de contacto seca antes al sol. En 1889, Svante Arrhenius cuantificó este efecto con una ecuación que sigue siendo la referencia de la cinética química.

La ecuación

k = A × e^(−Ea / RT)

  • k: constante de velocidad.
  • A: factor preexponencial, relacionado con la frecuencia de choques eficaces.
  • Ea: energía de activación, la barrera energética que deben superar los reactivos.
  • R: constante de los gases, 8,314 J/(mol·K).
  • T: temperatura absoluta en kelvin.

Para comparar dos temperaturas se usa la forma integrada:

ln(k₂/k₁) = −(Ea/R) × (1/T₂ − 1/T₁)

Ejemplo resuelto

Una reacción con Ea = 50 kJ/mol pasa de 25 °C (298,15 K) a 35 °C (308,15 K):

  • 1/T₂ − 1/T₁ = −0,0001088 K⁻¹.
  • ln(k₂/k₁) = 50.000 ÷ 8,314 × 0,0001088 = 0,654.
  • k₂/k₁ = e^0,654 = 1,92.

Diez grados más casi duplican la velocidad, de ahí la conocida regla aproximada.

Calcular la energía de activación

Si mides k a dos temperaturas, la calculadora despeja Ea:

Ea = R × ln(k₂/k₁) ÷ (1/T₁ − 1/T₂)

Con más de dos medidas, lo correcto es representar ln k frente a 1/T (gráfica de Arrhenius): los puntos forman una recta de pendiente −Ea/R. Es una práctica habitual en los laboratorios de química de bachillerato y de primeros cursos de universidad.

El coeficiente Q10

En biología y en alimentación se usa el Q10, el factor por el que se multiplica la velocidad al subir 10 °C. Para muchos procesos biológicos está entre 2 y 3. La calculadora lo obtiene a partir de los datos introducidos.

Aplicaciones

  • Conservación de alimentos: bajar de 20 °C a 4 °C ralentiza mucho el deterioro; por eso la cadena de frío es clave.
  • Caducidad de medicamentos: los estudios de estabilidad acelerada guardan los productos a 40 °C para estimar su vida útil a temperatura ambiente.
  • Industria: la temperatura de un reactor se elige equilibrando velocidad, rendimiento y coste energético.
  • Catalizadores: no cambian la temperatura, sino que reducen Ea, lo que acelera la reacción a la misma temperatura.

Consejos

  • Introduce siempre las dos constantes en la misma unidad; el cociente no tiene unidades.
  • La ecuación supone que Ea no cambia con la temperatura, algo razonable en intervalos moderados.
  • Las reacciones enzimáticas dejan de seguirla por encima de cierta temperatura, porque la enzima se desnaturaliza.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la ecuación de Arrhenius?

k = A × exp(−Ea/RT): la constante de velocidad aumenta de forma exponencial con la temperatura, y tanto más cuanto mayor es la energía de activación Ea.

¿Cuánto se acelera una reacción al calentar?

Con Ea = 50 kJ/mol, pasar de 25 °C a 35 °C multiplica la constante de velocidad por 1,92. La regla de que «la velocidad se duplica cada 10 °C» vale para energías de activación de unos 50 kJ/mol.

¿Cómo se determina la energía de activación?

Midiendo k a dos temperaturas y aplicando Ea = R × ln(k₂/k₁) ÷ (1/T₁ − 1/T₂). Con varias medidas se representa ln k frente a 1/T: la pendiente es −Ea/R.

¿Por qué se conservan los alimentos en frío?

Porque las reacciones de deterioro y el crecimiento de los microorganismos se frenan mucho al bajar la temperatura: es la ecuación de Arrhenius aplicada a la nevera.

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Resultados orientativos con fines informativos. No sustituyen el consejo de un profesional.