1.3.1 Cinética y termodinámica
Bajo condiciones apropiadas unas sustancias pueden transformarse en otras que constituyen diferentes especies químicas. Si ocurre ésto sólo por reordenación o redistribución de los átomos para formar nuevas moléculas, decimos que se ha efectuado una reacción química. En química se estudian estas reacciones considerando su modo y mecanismo, los cambios físicos y energéticos que tienen lugar, y la velocidad con que se forman los productos.
La cinética química estudia la velocidad y el mecanismo por medio de los cuales una especie química se transforma en otra. La velocidad es la masa de un producto formado o de un reactante consumido por unidad de tiempo. El mecanismo es la secuencia de eventos químicos individuales cuyo resultado global produce la reacción observada. La cinética química considera todos los factores que influyen sobre ella explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción.
El Ingeniero Químico ha de conocer la cinética de la reacción para hacer un diseño satisfactorio del aparato en el que ésta ha de efectuarse a escala técnica. Si la reación es lo suficientemente rápida para que el sistema esté practicamente en equilibrio, el diseño es muy sencillo ya que no es necesaria la información cinética y resulta suficiente la información termodinámica. No es necesario conocer el mecanismo de una reacción para diseñar un reactor. Lo que sí se necesita es una ecuación de velocidad satisfactoria.
La velocidad de una reacción química puede variar desde un valor tendiente a infinito hasta prácticamente cero. En las reacciones iónicas o en las reacciones de combustión a elevadas temperaturas, la velocidad es extremadamente rápida. Por el contrario, la velocidad de combinación de hidrógeno y oxígeno en ausencia de un catalizador a temperatura ambiente, es muy lenta. La mayor parte de las reacciones industriales se verifican a velocidades situadas entre estos extremos, y éstos son los casos para los cuales el diseñador necesita aplicar los datos cinéticos para determinar los tamaños finitos del equipo de reacción.
El tiempo disponible para efectuar una reacción química en escala comercial se encuentra limitado si el proceso debe ser económico. Por otra parte, la conversión de equilibrio es importante como una referencia para evaluar el rendimiento real del equipo de reacción.