Principios de la Química Física: Teoría Cinética Molecular y Cinética de Reacciones
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Fundamentos de Química: Teoría Cinética y Cinética Química
1. Teoría Cinética de los Gases
La Teoría Cinética de los Gases establece los siguientes postulados:
- Los gases están formados por un gran número de partículas muy pequeñas.
- Entre partícula y partícula no hay nada (vacío).
- Estas partículas se mueven continuamente y de forma desordenada.
- En su movimiento, chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene el gas.
- La velocidad de las partículas del gas aumenta al elevar la temperatura (T) y disminuye al descender la temperatura (T).
2. Teoría Cinética de la Materia
La Teoría Cinética de la Materia describe el comportamiento de las partículas en los diferentes estados de agregación:
- La materia está formada por partículas muy pequeñas, que se mueven continuamente y aleatoriamente.
- Entre las partículas existen fuerzas de atracción.
- Las fuerzas de atracción son mayores en los sólidos que en los líquidos.
- En los gases apenas hay fuerzas de atracción.
3. Reacción Química
Una Reacción Química es un proceso mediante el cual unas sustancias llamadas reactivos se transforman en otras llamadas productos, con propiedades diferentes.
Características de las Reacciones Químicas:
- Los productos presentan un aspecto diferente al de los reactivos.
- Los átomos de los reactivos se separan y se reorganizan de otro modo.
- Durante una reacción se desprende o se necesita energía:
- Exotérmica: Libera energía (calor).
- Endotérmica: Necesita o absorbe energía (calor).
- La masa de los reactivos es igual a la masa de los productos (Ley de Conservación de la Masa o Ley de Lavoisier).
- El esquema de una reacción química es una ecuación química (reactivos a la izquierda, productos a la derecha).
- Cuando se cumple la Ley de Conservación de la Masa, la ecuación debe estar ajustada o equilibrada.
4. Leyes Fundamentales de los Gases Ideales
Estas leyes describen la relación entre Presión (P), Volumen (V) y Temperatura Absoluta (T):
Ley de Boyle-Mariotte (T constante): A temperatura constante, el volumen ocupado por una determinada masa de un gas es inversamente proporcional a la presión.
$$P_1 \cdot V_1 = P_2 \cdot V_2$$
Ley de Charles (P constante): Si la presión de un gas permanece constante, el volumen de una masa fija de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
$$V_1 / T_1 = V_2 / T_2$$
Ley de Gay-Lussac (V constante): Si el volumen de un gas permanece constante, la presión de una masa fija de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
$$P_1 / T_1 = P_2 / T_2$$
5. Cinética Química: Velocidad de Reacción
La velocidad de una reacción (VRx) es la cantidad de sustancia transformada por unidad de tiempo.
Factores que Afectan la Velocidad de Reacción:
- Temperatura (T): Si la temperatura sube, la velocidad sube.
- Grado de División (Área Superficial): Si el grado de división (o área superficial de los reactivos) sube, la velocidad sube.
- Naturaleza de los Reactivos: Depende de la energía de activación (Ea) necesaria:
- Si la energía de activación es muy alta, la velocidad es muy lenta.
- Si la energía de activación es muy baja, la velocidad es muy rápida.
- Concentración de los Reactivos: Si los reactivos están muy concentrados, la velocidad es mayor.
- Catalizadores: Si existen, facilitan la reacción (disminuyen la energía de activación), por lo que la velocidad sube.