Conceptos Fundamentales de Cinética y Equilibrio Químico
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Ecuación de Velocidad
Es una ecuación que expresa la velocidad de una reacción en un instante determinado en función de las concentraciones de las sustancias presentes en ese momento. Para una reacción general: aA + bB <--> cC + dD, puede que su ecuación de velocidad sea V = K [A]p [B]q, donde k es la constante de velocidad, A y B los reactivos de la reacción, p y q son los órdenes parciales de la reacción respecto a cada sustancia, y a la suma de p+q se le llama orden global de la reacción.
Otro parámetro interesante es el tiempo de semirreacción o tiempo que tarda un reactivo en reducir su concentración a la mitad. Los órdenes parciales p y q no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos a y b. Solo coinciden cuando la reacción es elemental (transcurren en una sola etapa). Puede haber reacciones con orden global de reacción = 0 (reacción degenerada), con orden 1 (la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de un reactivo o producto), con orden 2 (V es proporcional al cuadrado de alguna concentración o a un producto de dos concentraciones) y de orden 3 y de orden global fraccionario.
Equilibrio Químico
Se produce cuando no se observan cambios en la composición química de un sistema cerrado con el paso del tiempo. Cuando un proceso químico lleva al sistema a unos valores fijos para las propiedades que lo definen (presión, temperatura, concentración...) se ha alcanzado el equilibrio. El equilibrio químico no es un estado estático, es un estado dinámico en el que la reacción directa tiene la misma velocidad que la reacción inversa. Las moléculas siguen reaccionando aunque parezca que la reacción ha terminado: los reactivos se convierten en productos a la misma velocidad que los productos en reactivos.
En una reacción química, a presión y temperatura constantes, cuando se alcance el equilibrio, la variación de la energía libre de Gibbs será 0. ΔGreacción = 0 => Gproductos = Greactivos.
Principio de Le Châtelier
Una vez alcanzado un equilibrio, cuando una variación de cualquier factor afecta al sistema en equilibrio, este equilibrio se desplaza en el sentido que contrarresta la variación. Este principio nos dice que cuando sobre un sistema en equilibrio actúa una perturbación, el sistema evoluciona en el sentido de oponerse a ella.
1º) Efecto sobre el equilibrio de una variación de presión
Solo tiene efecto cuando intervienen gases en la reacción. Un aumento de presión desplaza la reacción en el sentido que disminuya el número de moles de sustancias gaseosas (para que disminuya la presión). Un descenso de presión desplaza el equilibrio en el sentido en el que aumente el número de moles de sustancias gaseosas (para que aumente la presión).