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 (K_C): K_C = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b
• Cociente de reacción (Q): Q = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b
  • Q < K_C: Predomina la reacción hacia la derecha hasta llegar al equilibrio.
  • Q = K_C: El sistema está en equilibrio.
  • Q > K_C: Predomina la reacción hacia la izquierda hasta alcanzar el equilibrio.
• Constante de equilibrio en función de la presión (K_P): K_P = P^c · P^d / P^a · P^b
• Relación K_P y K_C: K_P = K_C(RT)^Δn, donde Δn = Σn_p - Σn_r = (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.