Cinética química y equilibrio químico
Se evalúa la determinación experimental del orden de reacción, la dependencia de la velocidad con la temperatura y el tratamiento cuantitativo y cualitativo del equilibrio: Kc, Kp, cociente de reacción y principio de Le Chatelier.
Cinética
- v = k[A]^m[B]^n; los órdenes m y n se obtienen experimentalmente, nunca de los coeficientes estequiométricos.
- Unidades de k: mol^(1−orden)·L^(orden−1)·s⁻¹; el orden total es m + n.
- La ecuación de Arrhenius, k = A·e^(−Ea/RT), implica que al aumentar T crece k y la velocidad; un catalizador rebaja Ea, aumenta k y acelera la llegada al equilibrio, pero no desplaza la posición de equilibrio ni cambia ΔH.
- La superficie de contacto y la concentración afectan a la velocidad; solo la temperatura y el catalizador modifican k.
Equilibrio
- Kc = [productos]^coef/[reactivos]^coef; los sólidos y líquidos puros no aparecen. Para gases, Kp = Kc(RT)^Δn, con Δn = moles de gas productos − reactivos.
- Q se calcula como Kc con concentraciones instantáneas: si Q < Kc el sistema avanza hacia productos; si Q > Kc, hacia reactivos.
- Le Chatelier: añadir reactivo desplaza a productos; aumentar la presión (reduciendo volumen) desplaza hacia el lado con menos moles gaseosos; un gas inerte a volumen constante no afecta; solo la temperatura cambia el valor de K (en una reacción exotérmica, subir T disminuye K).
- Grado de disociación α = moles disociados/moles iniciales; Kc y α se relacionan mediante la tabla de equilibrio.
Ejemplo resuelto
En un recipiente de 2,0 L se introducen 0,50 mol de N₂O₄ y se alcanza el equilibrio N₂O₄ ⇌ 2 NO₂ con 0,20 mol de N₂O₄ presentes. Calcula Kc. Se han disociado 0,50 − 0,20 = 0,30 mol de N₂O₄, luego se forman 0,60 mol de NO₂. Concentraciones: [N₂O₄] = 0,20/2,0 = 0,10 M y [NO₂] = 0,60/2,0 = 0,30 M. Kc = (0,30)²/0,10 = 0,90. El grado de disociación es 0,30/0,50 = 0,60 (60 %).
Errores que restan puntos
- Deducir los órdenes de reacción de los coeficientes de la ecuación.
- Usar moles en lugar de concentraciones en Kc, o incluir sólidos en la expresión.
- Afirmar que un catalizador desplaza el equilibrio o que aumenta el rendimiento.
- Olvidar que Kp solo se relaciona con Kc mediante Δn de gases.