Aquí es donde entra la diferencia entre la química y la ingeniería química. Las reacciones ocurren cuando las moléculas se acercan lo suficiente y tienen suficiente energía para reorganizarse (energía de activación). Esto puede provenir de la luz o la radiación atómica, pero como se describe normalmente proviene de la energía térmica.
Si tienen mucha energía, pero la velocidad a la que se unen es lenta, es esta (transferencia de masa) la que controla la velocidad. Por lo tanto, en condiciones muy diluidas (gas o líquido), las moléculas que podrían reaccionar rara vez se encontrarán entre sí.
Ahora considere los sólidos. Si tiene el hierro metálico en polvo muy fino, se encenderá espontáneamente en el aire. (Esto se llama material pirofórico). Sin embargo, el hierro y otros metales en grumos grandes tardan mucho en corroerse. El aluminio, por ejemplo, reacciona con el oxígeno en el aire extremadamente rápido (instantáneamente desde un punto de vista humano). Sin embargo, forma un producto sólido. La reacción adicional está limitada por la velocidad a la que las moléculas de oxígeno pueden pasar este producto para encontrarse con los átomos de aluminio. Y obviamente la capa aumenta. Esta es una transferencia masiva limitada. La cinética química es realmente muy rápida, pero el proceso general es lento.
- ¿Qué es N (CH3) 4+?
- ¿Por qué el reactivo de Grignard generalmente se prepara en exceso?
- Cuando reacciona el propeno con agua de bromo, ¿obtiene dos productos: 1,2-dibromopropano y 3-bromo-2-propanol?
- ¿Las especies más estables son menos reactivas? ¿Es un carbocatión terciario más estable a pesar de su alta reactividad hacia un HX?
- ¿Cómo puedo mejorar la resolución del cromatograma HPLC, en caso de absorción de compuestos farmacéuticos en un carbón activo?
En términos generales, a las moléculas les resulta fácil encontrarse en mezclas de gases, menos en líquidos, especialmente viscosas y lo más difícil de todo en sólidos. Muchos procesos también dependen de los productos que se eliminan (por ejemplo, por flujo de líquido). Los ingenieros químicos calculan los diferentes efectos de la transferencia de masa y la cinética para diseñar procesos que vayan a la velocidad deseada. Esto se ajusta en algunos productos, como el hormigón, que se fragua rápido o lento según lo que sea conveniente para el ingeniero civil.
Ahora el otro determinante es la energía. Si las moléculas pueden unirse pero no tienen suficiente energía, no se unirán, sino que se separarán.
Estadísticamente, algunas moléculas tendrán más energía que otras. El efecto promedio general es lo que medimos como temperatura. (Técnicamente cierto para los gases. Para todo lo demás, la temperatura es la que estaría en equilibrio térmico con un gas ideal de esa temperatura). El efecto es que más tendrá suficiente energía de activación a altas temperaturas. La relación entre temperatura y velocidad de reacción a menudo está bien descrita por la ecuación de Arrhenius, Wikipedia, que muestra un aumento exponencial. Por lo tanto, las reacciones se vuelven muy lentas cerca del cero absoluto y muy rápidas a temperaturas muy altas.
A temperatura ambiente, la reacción entre hidrógeno y cloro es muy lenta. Sin embargo, si brillas la longitud de onda correcta de luz, puede ir muy rápido.
La reacción entre hidrógeno y oxígeno también es muy lenta. Sin embargo, si agrega una chispa, esto aumenta la energía térmica de una pequeña parte de la mezcla que reacciona, emitiendo calor, que calienta las moléculas adyacentes y obtenemos una reacción en cadena. La temperatura a la cual tales reacciones tienen suficiente energía es la temperatura de autoignición.
