Equilibrio y cinética química

1. Equilibrio y cinética química Equilibrio químico asociado a reacciones

2. Introducción • El estudio de la velocidad a la que ocurre una reacción y los factores que la afectan se denomina cinética. • Todas las reacciones químicas pueden ser descritas bajo una condición de equilibrio, especialmente las reacciones reversibles. • La cinética química trata dos aspectos básicos: El mecanismo de reacción y la velocidad de la reacción

3. Velocidad de reacción Las reacciones, así como las personas, se mueven o reaccionan con distintas velocidades. Unas son más lentas que otras, mientras que otras se mueven con mayor rapidez

4. Velocidad de reacción • Se refiere al cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo.

5. Expresión de velocidad de reacción • Para una reacción del tipo A + B -> C + D, la ley de acción de masas ha establecido la siguiente expresión o fórmula de Vr: Vr = k [A] x [B] Ejemplos: 2H2 + O2 => 2H2O Vr = _____________ 2S + 3O2 => 2SO3Vr = _____________ 2 Na + 2H2O => 2NaOH + H2Vr= ______________

6. Factores que afectan a la velocidad de reacción • Naturaleza de los reactivos • Superficie de contacto • Concentración de los reactivos • Temperatura • Catalizadores

7. La naturaleza de los reactantes • Por otro lado, el estado físico de los reactantes también es importante. • Si estos son gaseosos o están en alguna disolución, la reacción será más rápida que si están en estado sólido.

8. La concentración de los reactantes • Mientras mayor sea la concentración de cada reactante que se utilice en una determinada reacción, mayor será la velocidad con que se formen el o los productos. • Esto porque a mayor concentración habrá más opciones de choque entre las moléculas, por lo tanto, más velocidad de reacción.

9. La concentración de los reactantes • Por ejemplo, al encender el carbón para la parrilla: • Si se aplica aire (oxígeno) con un cartón o un secador de pelo, estamos aumentando la concentración de oxígeno, entonces más rápidamente se encenderá el carbón. • Por el contrario, si dejamos que el carbón encienda solo, se demorará más tiempo en estar listo para comenzar a cocinar nuestro asado.

10. La temperatura • La rapidez de las reacciones químicas aumenta conforme aumenta la temperatura. • Es decir, si aumentamos la temperatura a una reacción química, la obtención del o de los productos se dará en menor tiempo. • Esto porque a mayor temperatura, aumenta la energía de las moléculas, entonces aumenta su velocidad y hay más choques entre ellas, por lo tanto, aumenta la velocidad de reacción.

11. La temperatura • Por ejemplo, al hacer un queque: • Si lo dejamos a temperatura ambiente, jamás estará listo. • Pero si lo colocamos en el horno entre 150º y 200º, estará listo en unos 40 minutos.

12. La presencia de catalizadores • La velocidad de las reacciones químicas se puede modificar agregando una sustancia llamada catalizador. • Lo interesante de los catalizadores es que estos no se consumen durante la reacción, sino que siguen presentes cuando esta termina, sin ser por ello parte de los productos.

13. La presencia de catalizadores • Un catalizador aumenta o retarda la velocidad de reacción, afectando la energía de activación. • La energía de activación es la energía mínima necesaria para que la reacción tenga efecto. • En otras palabras, se podría decir que la energía de activación, es el límite de energía requerido para que la reacción tenga efecto.

14. Equilibrio

15. Equilibrio en sistemas químicos Cuando se coloca en un recipiente de volumen conocido a temperatura constante una muestra de 2N2O5(g), éste se descompone: 2N2O5(g) -> 4NO2(g) + O2(g) Cuando la concentración de los productos aumenta los mismos se convierten en reactantes: 4NO2(g) + O2(g) -> 2N2O5(g)

16. Finalmente, las dos reacciones evolucionan de modo tal que sus velocidades se igualan, estableciéndose un equilibrio químico. Como la reacción anterior puede revertirse, se generará un equilibrio en sus componentes (reactivos y productos) de la siguiente manera: 2N2O5(g) <=> 4NO2(g) + O2(g)

17. Se involucra una constante de equilibrio (Keq) que refleja la tendencia que tienen las sustancias de reaccionar, así como también, la dirección y magnitud del cambio químico. • Keq > 1 Se desplaza hacia la formación productos • Keq < 1 Se desplaza hacia la formación de reactivos • Keq = 1 Proporción entre reactivos y productos

18. Así la expresión de velocidad de reacción para la reacción química será la siguiente: Donde kqe es la cte de equilibrio y [ ] indican las concentraciones en mol/litros

19. Ejercicios En relación a las siguientes reacciones, indique la constante de equilibrio. • N2 + 3H2 = 2NH3 • CO2 + H2O = H2CO3 • 2Al + 3O2 = 2AlO3

20. Cinética de reacciones químicas Las reacciones químicas se producen por los choques eficaces entre las moléculas de reactivos.

21. Energía de activación • Además del choque adecuado las moléculas tienen que tener una energía suficiente, esta energía mínima se denomina energía de activación.

22. Mecanismo de reacción Reacción exotérmina Reacción endotérmica