¿Cuál es la relación entre el área de superficie y la velocidad de reacción química?

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Jupiterimages/BananaStock/Getty Images

En una reacción química, las sustancias interactúan entre sí y terminan formando sustancias de productos. Las reacciones químicas pueden tener lugar entre sólidos, líquidos o gases, y los productos, asimismo, pueden ser de cualquier fase. La velocidad con la que un producto reacciona puede variar en gran medida, a partir de fracciones de un segundo a años, y se ve afectada por varios factores, incluyendo el área de superficie de los reactivos.

Temperatura

La temperatura puede tener un efecto dramático en la velocidad de una reacción. Por ejemplo, una cucharadita de azúcar puede quedar en el fondo de un vaso de té frío, pero se disuelve con bastante rapidez cuando se vierte en un vaso caliente. Dos factores contribuyen a este comportamiento. La temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas y una temperatura más alta indica que las moléculas de los reactivos se están moviendo más alrededor de forma más rápida y chocan con más frecuencia. Las moléculas de los reactivos también deben poseer suficiente energía para superar la barrera de energía de activación, y son más propensas a hacerlo cuando la temperatura aumenta.

Concentración

La concentración de los reactivos puede tener un gran efecto sobre la velocidad de una reacción. A medida que la concentración aumenta, las moléculas del reactivo tienen más posibilidades de colisionar unas con otras y reaccionar en una determinada cantidad de tiempo, ya que simplemente hay más de ellos en estrecha proximidad. En el caso de una reacción entre gases, la presión parcial de cada gas trabaja de la misma forma que la concentración, y la velocidad de reacción aumenta a medida que aumentan las presiones parciales.

Área de superficie

Cuando uno de los reactivos es un sólido, la cantidad de su área de superficie expuesta puede tener un profundo efecto sobre la velocidad de reacción. Si el sólido está presente en una masa grande, entonces las moléculas dentro de la masa no tienen potencial de interactuar con moléculas de reactivo, ya que están rodeadas solamente por otras moléculas de sólidos. La reacción sólo se producirá en la superficie del sólido, donde las moléculas reaccionantes pueden encontrarse. Aumentar la superficie del sólido rompiéndola en trozos más pequeños, o llevarla a polvo, aumentará la velocidad de la reacción.

Explosiones de polvo

Un ejemplo dramático del efecto del área de superficie sobre la velocidad de reacción es el fenómeno de explosiones de polvo. Un número de sustancias son susceptibles, incluyendo el serrín, polvo de carbón, grano, harina o metales en polvo. Cuando la sustancia en polvo se suspende en el aire en concentraciones suficientes, puede explotar literalmente, cuando está presente una fuente de ignición como la electricidad estática. Por ejemplo, el área de superficie mucho mayor de serrín, en lugar de una pieza sólida de madera, permite que las partículas suspendidas reaccionen con las moléculas de oxígeno en el aire, mantenimiento una reacción de combustión.