Introducción a las reacciones de n-ésimo orden y autocatálisis

2. Sistema de reacción homogéneo

Un sistema de reacción homogéneo es un tipo de sistema de reacción ideal en el que las moléculas reactivas se distribuyen uniformemente en el sistema. En un sentido macroscópico, no existen diferencias de concentración significativas en las distintas regiones. Para cada punto temporal, la velocidad de reacción es la misma en todo el sistema. En este tipo de sistema de reacción, además de la temperatura, el único factor dominante para la velocidad de reacción es la concentración molecular junto con el cambio en la misma.

Por el contrario, un sistema de reacción heterogéneo (a veces también llamado no homogéneo) tiene un concepto claro de la interfase de reacción. Las reacciones moleculares sólo se producen en interfases de este tipo. En este tipo de sistemas, el cambio de concentración ya no es el factor dominante de la velocidad de reacción.

De hecho, fuera de la interfase, el reactivo mantiene siempre la concentración inicial y la velocidad de reacción es siempre cero. Además de la temperatura, el factor que domina la velocidad de reacción con respecto a la interfase es simplemente la propiedad geométrica de la propia interfase , junto con su evolución en el tiempo (expansión, contracción, engrosamiento) y en el espacio (unidimensional, bidimensional, tridimensional).

Tanto los sistemas homogéneos como los heterogéneos son modelos matemáticos ideales. Los sistemas de reacción química reales suelen ser más complicados, pero para reacciones de pequeño tamaño (como las mediciones de análisis térmico con una cantidad de muestra de ~10 mg), y bajo el supuesto de una transferencia de masa y calor idealizada, la mayoría de las reacciones pueden atribuirse a uno de estos dos sistemas.

En el campo del análisis térmico, normalmente las reacciones uniformes en fase líquida (como las reacciones en solución) pueden clasificarse como reacciones homogéneas , mientras que las reacciones que implican multifases (gas/sólido, líquido/sólido, gas/líquido, sólido/sólido, líquido/líquido) serán heterogéneas. Pero algunas reacciones uniformes en fase sólida sin un concepto claro de interfaz de reacción a veces también pueden simplificarse a un modelo homogéneo.

Una vez obtenido el Modelo cinéticoEl modelo cinético es el término general que contiene el esquema (estructura) de los pasos individuales de reacción en la reacción química multipaso, los tipos de reacción y los parámetros cinéticos de estos pasos.modelo cinético para un sistema de reacción de pequeño tamaño, debe aplicarse una corrección adicional para la transferencia de masa y calor con el fin de ampliarlo para una aplicación industrial real.

Nota: Aquí, los términos "homogéneo" y "heterogéneo" sólo se refieren a los estados de fase del reactante y del producto. Es irrelevante si la composición del material es una sustancia químicamente pura o no.

Un ejemplo sería la cristalización de un sólido: aunque el material pueda ser "puro" en el sentido químico, si el estado de fase de la región cristalizada difiere del de la región amorfa, la reacción es heterogénea.

Otro ejemplo es el curado de la resina reforzada con fibras. Aunque macroscópicamente el material es un compuesto que contiene varias composiciones (resina, fibra, etc.), a menor escala la distribución de la fibra también puede no ser tan uniforme. Sin embargo, si se ignora la interacción de la resina y la fibra, y se supone que la reacción de curado sólo tiene lugar dentro de la resina líquida, entonces todavía puede clasificarse como una reacción homogénea .