Cinética química y equilibrio ácido-base: conceptos esenciales
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Resumen
El documento repasa los conceptos básicos de la cinética química, como el complejo activado, la ecuación de velocidad, las reacciones elementales, la molecularidad y el orden de reacción. Después explica el equilibrio ácido-base: ácidos fuertes, débiles y concentrados, la transferencia de protones, la constante de acidez Ka, los indicadores y la valoración ácido-base.
Puntos clave
- El complejo activado es una asociación transitoria, muy inestable, de energía superior a la de reactivos y productos.
- La constante de velocidad k depende de la reacción, de la temperatura y de la posible presencia de un catalizador.
- El mecanismo de una reacción es el conjunto de reacciones elementales por las que transcurre la reacción global.
- El orden de reacción es la suma de los órdenes parciales de los reactivos en la ecuación de velocidad.
- Un ácido fuerte está totalmente disociado en disolución acuosa y tiene una Ka muy grande.
- Un ácido débil no está totalmente disociado: coexisten moléculas sin disociar e iones.
- La valoración ácido-base determina la concentración de un ácido o una base desconocida mediante una reacción de neutralización.
- El punto de equivalencia se alcanza cuando n(OH⁻) es igual a n(H₃O⁺).
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Cinética Química: Mecanismos y Velocidad de Reacción
Complejo Activado y Teorías de Reacción
El complejo activado es una asociación transitoria de moléculas, altamente inestable, cuya energía es superior a la de los reactivos y productos por separado. Representa el estado de transición por el cual debe transcurrir necesariamente la reacción.
La Teoría del Complejo Activado postula que la reacción transcurre a través de este estado de transición y es una modificación de la teoría de colisiones.
Ecuación de Velocidad y Constante de Velocidad
La ecuación de velocidad expresa la relación entre la velocidad de una reacción y la concentración de los reactivos.
La constante k se denomina constante de velocidad de reacción. Su valor depende de la propia reacción, de la temperatura y de la posible presencia de un catalizador.
Reacciones Elementales, Mecanismos y Orden
A cada una de las etapas individuales por las que transcurre una reacción se la denomina reacción elemental.
El mecanismo de una reacción es el conjunto de reacciones elementales por las que transcurre la reacción global.
La molecularidad es el número de moléculas que chocan en una reacción elemental.
El orden de reacción es la suma de los órdenes parciales de los reactivos en la ecuación de velocidad.
Equilibrio Ácido-Base: Conceptos Fundamentales
Ácidos Fuertes, Débiles y Concentrados
Un ácido fuerte es aquel que, en disolución acuosa, está totalmente disociado en sus iones, poseyendo una constante de acidez (Ka) muy grande.
Un ácido débil no está totalmente disociado en disolución acuosa; coexisten moléculas de ácido sin disociar con los iones producidos en la disociación.
Un ácido concentrado es aquel que se encuentra en una disolución acuosa con una elevada proporción de moles de ácido en comparación con la cantidad total de disolución.
Transferencia de Protones
Para que un ácido manifieste su comportamiento, debe ceder protones a una base que los acepte. Así pues, se produce una transferencia de protones desde la especie ácida a la básica.
Constante de Acidez (Ka)
La constante de acidez (Ka) es una medida cuantitativa de la fuerza de un ácido en disolución. Se utiliza para describir el equilibrio de disociación de ácidos débiles. Para ácidos fuertes, su valor es extremadamente elevado, lo que indica una disociación prácticamente total en disolución acuosa.
Indicadores Químicos y Valoración Ácido-Base
Los indicadores químicos son sustancias que cambian de color en función del pH de la disolución. Se utilizan para señalar el punto final de una reacción, como en las valoraciones ácido-base, donde el cambio de color indica que se ha alcanzado un pH específico.
La valoración ácido-base (o titulometría) es una técnica de laboratorio utilizada para determinar la concentración de un ácido o una base desconocida. Se basa en la reacción de neutralización entre un ácido y una base de concentración conocida (estándar). El punto de equivalencia se alcanza cuando el número de moles de iones hidroxilo (n(OH⁻)) es igual al número de moles de iones hidronio (n(H₃O⁺)).
Preguntas frecuentes
¿Qué es el orden de reacción?
El orden de reacción es la suma de los órdenes parciales de los reactivos en la ecuación de velocidad. Describe cómo depende la velocidad de las concentraciones de los reactivos.
¿Qué es la constante de acidez Ka?
La Ka es una medida cuantitativa de la fuerza de un ácido en disolución y describe el equilibrio de disociación de ácidos débiles. En los ácidos fuertes su valor es extremadamente elevado.
¿Qué es un indicador químico?
Un indicador químico es una sustancia que cambia de color en función del pH de la disolución. Se usa para señalar el punto final de una valoración ácido-base.
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