Cinética Química y Conceptos Fundamentales:

¿Qué es la Cinética Química?

Es el área de la química que estudia el movimiento, el cambio y la velocidad o rapidez con la que ocurren las reacciones químicas.

• Velocidad de Reacción (v):

Representa la variación en la cantidad de sustancia (concentración de reactivos o productos) por unidad de volumen y tiempo, expresada formalmente en Molaridad por segundo.

• Comportamiento de los Componentes:

• Reactivos: Se consumen con el tiempo, lo que se traduce en una velocidad con valor negativo. Su fórmula de disminución es:

• Productos: Se forman a medida que transcurre el tiempo, generando una velocidad de formación (V_f) con valor positivo. Su fórmula es:
  

• Tipos de Velocidad:

• Velocidad promedio: Depende estrictamente del intervalo de tiempo seleccionado para medir el cambio de concentración.

• Velocidad instantánea: Es la velocidad en un momento específico, calculada gráficamente mediante la pendiente de la línea tangente a la curva de concentración contra tiempo.

• Ajuste Estequiométrico: Para reacciones complejas con la ecuación general aA + bB -> cC + dD, las velocidades se unifican utilizando el recíproco de sus coeficientes estequiométricos:

• Medición Experimental en Gases:

Si las sustancias son gaseosas, el progreso se puede registrar midiendo los cambios de presión con un manómetro y aplicando la ley de los gases ideales.

• Aplicaciones Prácticas:

Se estudia la velocidad para comprender escalas temporales (desde reacciones ultra rápidas de 10^{-12}s como la visión, hasta de millones de años como el diamante) y para el diseño de fármacos, control de contaminación y procesamiento de alimentos. En la industria, importa más acelerar la velocidad que mejorar el rendimiento.

Ley de la Velocidad y Orden de Reacción

• Definición de la Ley: Expresión matemática que determina cómo varía la velocidad en función de las concentraciones de los reactivos.

• Naturaleza Experimental: Se define estrictamente de forma experimental (midiendo velocidades iniciales para evitar interferencias de la reacción inversa); no se deduce de los coeficientes estequiométricos globales.

• Constante de Velocidad (k): Es una constante que no se altera por cambios en la concentración de los reactivos; solo se modifica si cambia la temperatura del sistema.

• Clasificación por Orden de Reacción:

• Orden Cero (v = k): La velocidad es constante e independiente de la concentración. Gráficamente es una recta horizontal paralela al eje x.

• Primer Orden (v = k[A]): La velocidad aumenta de forma lineal y directamente proporcional a la concentración. Si la concentración se duplica, la velocidad se duplica.

• Las unidades de k son:

• Ley integrada:
  

(En su forma logarítmica)

(En su forma expotencial)

• Vida media: Tiempo necesario para reducir la concentración inicial a la mitad; es independiente de la concentración inicial:

• Segundo Orden: Gráficamente muestra un crecimiento exponencial en forma de parábola. Presenta dos casos:

• Caso 1 (Un reactivo al cuadrado, v = k[A]^2): Si la concentración se duplica, la velocidad se cuadruplica.

Ley integrada:

Vida media:

• Caso 2 (Dos reactivos de orden uno, v = k[A][B]): Si se duplica uno solo la velocidad se duplica; si se duplican ambos, se cuadruplica.

• Orden Global: Es la suma de los órdenes parciales (m + n).