Cinética y equilibrio: velocidad, Kc/Kp y Le Châtelier
La cinética estudia la velocidad y el mecanismo; el equilibrio describe el estado final y su respuesta a cambios externos. Es frecuente que el examen pida calcular Kc o Kp, predecir el desplazamiento y distinguir velocidad de equilibrio.
Velocidad y orden de reacción
Para v = k[A]^m[B]^n, m y n son órdenes experimentales, no necesariamente los coeficientes. El orden global es m+n. Las unidades de k dependen del orden global. La ecuación de Arrhenius, k = A e^(−Ea/RT), muestra que al aumentar T crece k; un catalizador disminuye Ea sin alterar ΔH ni K.
Equilibrio químico
En aA + bB ⇌ cC + dD, Kc = [C]^c[D]^d / ([A]^a[B]^b). Los sólidos y líquidos puros no se incluyen. Kp = Kc(RT)^Δn, donde Δn es la variación de moles gaseosos. El cociente de reacción Q se compara con K: si Q < K, el sistema avanza hacia productos; si Q > K, hacia reactivos.
Le Châtelier
Añadir reactivo desplaza hacia productos; aumentar la presión (reduciendo volumen) favorece el lado con menos moles gaseosos; aumentar la temperatura favorece el sentido endotérmico y cambia el valor de K. Un catalizador acelera ambos sentidos por igual y no desplaza el equilibrio.
Ejemplo resuelto
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g), ΔH < 0. ¿Qué efecto tienen un aumento de temperatura y una compresión? El aumento de T favorece el sentido endotérmico, es decir, la descomposición del NH₃: disminuye el rendimiento. La compresión favorece el lado con menos moles gaseosos: Δn = 2 − 4 = −2, luego se desplaza hacia NH₃ y aumenta el rendimiento. Son efectos independientes y deben justificarse por separado.
Errores que cuestan puntos
- Suponer que los órdenes de reacción son los coeficientes estequiométricos.
- Incluir sólidos en Kc o Kp.
- Usar concentraciones en Kp en lugar de presiones parciales.
- Decir que un catalizador aumenta K o el rendimiento.
- Confundir un cambio de concentración (no altera K) con un cambio de temperatura (sí altera K).