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| 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:
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)].
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:
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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