Dinámica de reacción

La dinámica de reacciones es un campo dentro de la química física que estudia por qué ocurren las reacciones químicas, cómo predecir su comportamiento y cómo controlarlas. Está estrechamente relacionada con la cinética química, pero se ocupa de los eventos químicos individuales en escalas de longitud atómica y durante períodos de tiempo muy breves. Considera la cinética de estado a estado entre las moléculas de reactivo y producto en estados cuánticos específicos, y cómo se distribuye la energía entre los modos traslacional, vibracional, rotacional y electrónico.

Los métodos experimentales de dinámica de reacciones investigan la física química asociada con las colisiones moleculares. Incluyen experimentos de quimioluminiscencia infrarroja y de haces moleculares cruzados, ambos reconocidos con el Premio Nobel de Química de 1986 otorgado a Dudley Herschbach, Yuan T. Lee y John C. Polanyi "por sus contribuciones a la dinámica de los procesos químicos elementales". En el método de haces cruzados utilizado por Herschbach y Lee, se permite que reaccionen haces estrechos de moléculas reactivas en estados cuánticos seleccionados para determinar la probabilidad de reacción como una función de variables tales como la energía traslacional, vibracional y rotacional de las moléculas reactivas y su ángulo de aproximación. En contraste, el método de Polanyi mide la energía vibracional de los productos detectando la quimioluminiscencia infrarroja emitida por moléculas vibracionalmente excitadas, en algunos casos para reactivos en estados de energía definidos.

La observación espectroscópica de la dinámica de las reacciones en las escalas de tiempo más cortas se conoce como femtoquímica, ya que los tiempos típicos estudiados son del orden de 1 femtosegundo = 10−15 s. Este tema ha sido reconocido con la concesión del Premio Nobel de Química de 1999 a Ahmed Zewail.

Además, los estudios teóricos de la dinámica de reacciones implican el cálculo de la superficie de energía potencial para una reacción en función de las posiciones nucleares y, a continuación, el cálculo de la trayectoria de un punto de esta superficie que representa el estado del sistema. Se puede aplicar una corrección para incluir el efecto de tunelización cuántica a través de la barrera de energía de activación, especialmente para el movimiento de átomos de hidrógeno.

Steinfeld J.I., Francisco J.S. y Hase W.L. Cinética y dinámica química (2.ª ed., Prentice-Hall 1999) caps. 6-13 ISBN 0-13-737123-3