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CINETICA Y EQUILIBRIO QUIMICO

La cinética química se encarga del estudio de la
velocidad de reacción y los cambios que la
acompañan. 
La cinética química se encarga del estudio de la velocidad de reacción y los cambios que la acompañan. A medida que una reacción química progresa, los reactivos se van consumiendo y por ende va disminuyendo su concentración. La velocidad de una reacción química (VR) se define como el cambio de concentración de los reactivos en la unidad de tiempo.


VR = (∆[R] / t)

La velocidad de una reacción se ve afectada por diversos factores:

- La naturaleza de los reactivos (los compuestos iónicos reaccionan más rápido).
- La temperatura (aumenta la energía cinética, por lo tanto, la frecuencia de a las colisiones).
- Los Catalizadores (modifican la energía de activación).
- La concentración de los reactivos (al aumentar la concentración de los reactivos aumenta las posibilidades de colisión).

Es de gran importancia saber determinar y hallar la concentración de cada uno de los reactivos, de los cuales va a depender la velocidad de reacción; por ejemplo, en la reacción: A B + C  podemos ver que la velocidad de la reacción va a depender de la concentración de un solo reactivo, que en este caso es A, esto lo podemos expresar diciendo que:
VR α[A]

Si deseamos convertir esa proporcionalidad en una igualdad le agregamos una constante: VR = k[A]. En esta igualdad “k” se conoce como constante de velocidad y su valor es específico para cada reacción química.

La concentración de cada reactivo debe ser elevada a su respectivo coeficiente de la ecuación química balanceada. Así en la reacción:

N2 + 3H2 2NH3
La velocidad de reacción será:

VR = K[N2] [H2]3

En las reacciones reversibles podemos considerar dos reacciones químicas diferentes, y por ende podemos considerar dos velocidades de reacción diferentes. (Recordemos que una reacción reversible es aquella en la cual los reactivos originan un producto, y estos productos pueden reaccionar y producir nuevamente los reactivos iníciales).

Si consideramos reacción 1, aquella e la cual A +B son los reactivos y como reacción 2 aquella en que C + D son reactivos, podemos afirmar que:

VR1 = K[A][B]
VR2 = K[C] [D]

Orden de Reacción: se denomina orden de reacción para una sustancia, el exponente al cual debe elevarse la concentración de la misma en determinada reacción, así:

aA + bB cC + dD

Representa el orden de la reacción para A, y representa el orden de reacción para B, el orden de la reacción es la suma de los exponentes de las concentraciones de los reaccionantes.

Según el orden de reacción, estas se clasifican en reacciones de cero, primer, segundo y tercer orden.

Equilibrio Químico

En las reacciones reversibles hay un momento en que la velocidad de la reacción directa (VR1) llega a ser igual a la velocidad de la reacción inversa (VR2); cuando esto sucede (VR1 = VR2) se establece el equilibrio químico, esto que se caracteriza porque la concentración de los reactivos y los productos no va a cambiar (ya que se están produciendo con la misma velocidad que se están consumiendo).


Si remplazamos las velocidades de reacción por las expresiones mencionadas en el apartado anterior, en el equilibrio tenemos:

K1 [A] [B] = k2 [C] [D]
Pasando las constantes de velocidad a un mismo lado de la ecuación:

La relación entre las constantes  directa o inversa se conoce como constante de equilibrio:
 Ke = [C][D] / [A][B]
Esta expresión constituye la ley de acción de masas, que nos dice que una vez alcanzado el equilibrio, el resultado de la multiplicación de las concentraciones de los productos, dividido entre a las concentraciones de los reactivos, es una constante.

Equilibrio en Soluciones Acuosas
Ionización
Es el proceso a través del cual una sustancia, al ser disuelta en agua se separa en sus iones.
Estas sustancias una vez ionizadas, tienen la capacidad de conducir la corriente eléctrica, es decir, se transforman en electrolitos. Los electrolitos pueden ser de dos tipos:
Electrolitos Fuertes: son aquellos que se disocian al 100% [ácidos, bases y sales inorgánicas, excepto el HCN y NH4(OH)].
 Ej: HCl H+ + Cl-
NaOH Na+ + OH-
Por ser electrolitos fuertes, al tomar 1 mol de HCl por ejemplo este se disocia en una mol de H+ y un mol de Cl-; dicho de otra manera, la [H+] va ser igual a la concentración del acido.
Electrolitos Débiles: son aquellos que se disocian al menos del 1% (ácidos orgánicos y el agua).
Ionización del Agua
H2O H+ + OH-
Esta es una reacción de tipo reversible y por lo tanto cumple con el equilibrio químico:
Ke = [H+][OH-] / [H2O]
La concentración del agua podemos expresarla en términos de su densidad (1 g/cm3), lo cual representaría una constante:
Ke [H2O] = [H+][OH-]

Realizando el producto de dos constantes:
Kw = [H+][OH-]

La nueva constante obtenida (Kw) se conoce como constante de disociación o producto iónico del agua y tiene un valor de 1 x1014. Esto se cumple para toda solución.

La importancia de la [H+] y la [OH-] es que ellas determinan la acidez o la alcalinidad respectivamente.

Ej: Calcular la [H+] y la [OH-] de una solución 0.0002M de NaOH.

Solución:
El NaOH es un electrolito fuerte, esto nos indica que la [OH-] va ser igual a la concentración de la base, es decir, 2x10-4.
Para calcular la [H+] aplicamos el producto iónico del agua:

[H+][OH-] = 1 x1014
[H+] = 1x10-14 / 2x10-4 = 5x1011

pH y pOH
Son escalas logarítmicas que se utilizan para determinar el grado de acidez o el grado de alcalinidad de una solución. La más utilizada es la escala de pH (Esta varia de 0 a 14). Una solución con pH= 7 es neutra. E estas soluciones se cumple que [H+] = [OH-]. Si el pH está entre 0 y 7 la solución es acida, aquí la concentración de H+ es mayor. Si la solución es básica, el pH será mayor que 7 (Entre menor sea el pH, mas acida será la solución). Matemáticamente el pH se expresa como:

pH = -log [H+] = log (1/[H+])
Otra fórmula de utilidad es [H+] = 10pH
El pOH se expresa igual, solo que aquí se utiliza la [OH-].
Por último ya para terminar se debe considerar que para toda solución pH + pOH =14






















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