Fundamentos de Cinética y Equilibrio Químico: Conceptos Clave
Cinética Química
Velocidad de un proceso químico
Se define como el cambio en la concentración de reactivos o productos con respecto al tiempo en dicho proceso:
v = -1/a · Δ[A]/Δt = -1/b · Δ[B]/Δt
Ecuación cinética de velocidad
v = k[A]α[B]β
Orden de reacción: α + β
Factores que influyen en una reacción
- Naturaleza de los reactivos: Cuando el estado es el mismo (disolución o reacción entre gases), se trata de una reacción homogénea que transcurre más rápido que cuando hay reactivos sólidos o en estados distintos (reacción heterogénea), ya que se aumenta el número de choques. Lo mismo ocurre al aumentar la superficie de contacto entre reactivos.
- Concentración de los reactivos: A mayor concentración, mayor número de choques y, por tanto, mayor velocidad de reacción.
- Temperatura (T): Al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética (Ec) de las moléculas y, por tanto, el número de choques eficaces. Ecuación de Arrhenius: K = A · e-Ea/RT
- Catalizadores: Son sustancias que, sin consumirse en la reacción, varían su velocidad, aumentándola si son catalizadores positivos o disminuyéndola si son negativos. Aumentan o disminuyen de igual manera la velocidad de la reacción directa o inversa, por lo que no varían el equilibrio. Actúan modificando el valor de la energía de activación (Ea).
Equilibrio Químico
Se establece cuando existen dos reacciones opuestas que tienen lugar simultáneamente a la misma velocidad.
- Constante de equilibrio (KC): KC = [C]c[D]d / [A]a[B]b
- Cociente de reacción (Q): Q = [C]c[D]d / [A]a[B]b
- Q < KC: Predomina la reacción hacia la derecha hasta llegar al equilibrio.
- Q = KC: El sistema está en equilibrio.
- Q > KC: Predomina la reacción hacia la izquierda hasta alcanzar el equilibrio.
- Constante de equilibrio en función de la presión (KP): KP = Pc · Pd / Pa · Pb
- Relación KP y KC: KP = KC(RT)Δn, donde Δn = Σnp - Σnr = (c+d) - (a+b)
Ley de Le Chatelier
Cuando perturbamos un equilibrio químico desplazándolo en un sentido, este tiende a desplazarse en sentido contrario para contrarrestar dicha perturbación.
- Temperatura:
- Si ΔH < 0 (exotérmica): Si T aumenta, la reacción se desplaza hacia la izquierda; si T disminuye, se desplaza hacia la derecha.
- Si ΔH > 0 (endotérmica): Si T aumenta, la reacción se desplaza hacia la derecha para bajar la temperatura; si T disminuye, se desplaza hacia la izquierda para subirla.
- Presión: Si aumentamos la presión sobre un equilibrio, este tiende a disminuirla desplazándose hacia donde hay menor número de moléculas gaseosas.
- Volumen: Un aumento de volumen implica una disminución de la presión, mientras que una disminución de volumen implica un aumento de la presión.
- Catalizador: Es un compuesto que no influye en el equilibrio, solo aumenta la velocidad de la reacción.