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.