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Dos principios básicos de la fisicoquímica

velocidad de reacción recurrir a nuestro artículo, “Instrumentación y control de procesos”, en
Aceites y Grasas, N°100 - T 25, Vol 3 l.
En una reacción irreversible:
Pero la velocidad de reacción por unidad de volumen r (mol/m ·s)
3
aA + bB  cC +dd también es usual referirla a un componente, el agua, que llamamos A,
por ejemplo y hablar de la fracción X convertida
la velocidad de reacción r es: dC A a
= KC A
r =
dθ
b
r = k C A C B
a
El orden de la reacción, referido a un componente, el A por ejemplo, es
r: kmol/s (kmol de A que reaccionan por segundo) igual a 3 exponente a. En una reacción binaria de primer orden a = 1,
y hay dos componentes que reaccionan. la unidad de k es 1/s o 1/h.
la constante k, se calcula con la ecuación de Arrhenius:
3
k = (kmol/m s)/(kmol/m )= 1/s
3
-E/RT
k = A e
Para pasar r (kmol/m s) a kg/m s, multiplicar por ρ m , densidad molar,
3
3
k: Constante de Arrhenius, 1/s kg/kmol.
A: Factor de frecuencia, kmol/s.
E: Energía de activación, J/kmol Para mayor información sobre este rubro, recurrir al excelente libro
R: Constante universal de los gases 8315 J/kmol·K de Fogler, H.S. “Chemical Reaction Engineering Elements”, Prentice
T: Temperatura absoluta, K Hall, o el libro de Cunninghan, R. “Fundamento del diseño de reac-
tores”, Eudeba.
la energía de activación es la energía mínima para que una reac-
ción se inicie. Por ejemplo: la nafta, a temperatura ambiente, no se
enciende espontáneamente en el aire y se necesitan de una chispa o constante de disociación
una cantidad de calor para que la reacción se inicie.
Cuando un ácido (o una base) se diluye en agua, se disocia en parte
El producto de la velocidad de reacción por el calor de reacción es el o todo produciendo aniones y cationes en cantidades definidas. El
calor generado en una reacción exotérmica o el calor demandado en sulfito de sódio, por ejemplo:
una endotérmica. Sigue la convención de la termodinámica: es posi-
+
-
tivo si ingresa calor (reacciones endotérmicas) y negativo si egresa So 3 HNa = So 3 H + Na
(reacciones exotérmicas)
- -
+
So 3 Na 2 = So 3 + 2 Na
Q r = r ΔH r
la cantidad de cada parte está determinada por la constante de diso-
Q r : Calor generado o absorbido en la reacción, W ciación. En este caso hay dos constantes: la del bisulfito y la del
ΔH r : Calor de reacción: J/kmol sulfito. la segunda es mucho menor que la primera. Cuando hay dos
r: Velocidad de reacción, mol/s iones de sodio, su concentración se eleva al cuadrado.

+
-
la constante de Arrhenius crece mucho con la temperatura, al punto [SO 3 H ][Na ]

que la velocidad de reacción y el calor generado en una reacción [SO 4 HNa] = K 1
exotérmica puede ser mayor que el aumento de la disipación de calor
- -
+ 2
hacia el agua de enfriamiento: [SO 3 ][Na ]

[SO 4 HN 2 ] = K 2
Q T = U A Δt
También, en el ácido carbónico se forman dos aniones: el bicarbónico:
Puede ser menor que el aumento del calor generado por la reacción, en Co 2 H y el carbónico Co 2 y hay dos constantes K 1 y K 2 ; en un ácido tri-
- -
-
cuyo caso, el principio de le Châtelier funciona, pero no alcanza, pues el valente, como el orto-fosfórico, Po 3 H 3 , hay 3 constantes de disociación,
aumento de la disipación es lineal y la generación de calor exponencial y siendo la 2ª y 3ª menores a la primera. En los compuestos monovalentes
el reactor se dispara. Esto puede pasar incluso en un reactor con control es una sola. En los electrolitos fuertes, cono el ClH y el oHNa, la diso-
automático de temperatura, si la ganancia del controlador es insuficien- ciación es casi total, pero en ácidos o bases débiles no y la constante es
te. los interesados en el estudio de estabilidad de reactores, pueden importante en la disociación.
Tabla 1 - Constantes de disociación de ácidos monovalentes
Ácido Fórmico acético benzoico cloroacético láctico cnH bórico Fenol
k 1,77 E-4 1,75 E-5 6,31 E-5 1,33 E-3 1,37 E-4 2,3 E-9 5,75 E-10 1,2 E-10

A&G 110 • Tomo XXVIII • Vol. 1 • (2018) 69