Q9.12. Cinética química elemental
La cinética estudia velocidades y mecanismos. Una ley de velocidad experimental no es solo una fórmula: es evidencia sobre pasos elementales y estados de transición.
Objetivos de aprendizaje
- Definir velocidad de reacción y orden.
- Integrar leyes de primer y segundo orden simples.
- Relacionar constante de velocidad con temperatura.
- Distinguir molecularidad de orden global.
Mapa del capítulo
Velocidad y ley de velocidad
La velocidad mide cambio de concentración por tiempo ajustado por coeficientes estequiométricos. La ley de velocidad se determina experimentalmente y expresa dependencia con concentraciones. El orden respecto de un reactivo es el exponente en la ley; el orden total es la suma. No se deduce de la ecuación global salvo que sea un paso elemental.
Leyes integradas
Para primer orden, ln[A] = ln[A]0 - kt y la vida media es ln2/k, independiente de concentración inicial. Para segundo orden en un reactivo, 1/[A] = 1/[A]0 + kt. Las formas integradas permiten identificar orden con gráficos lineales y predecir concentraciones en el tiempo.
Temperatura y Arrhenius
La ecuación de Arrhenius k = A exp(-Ea/RT) relaciona constante de velocidad con temperatura. Ea es energía de activación aparente y A incluye frecuencia y orientación de choques. Un gráfico ln k contra 1/T puede dar Ea a partir de la pendiente -Ea/R.
Pasos elementales
Un paso elemental tiene molecularidad definida y su ley de velocidad se escribe desde sus reactivos. Una reacción unimolecular depende de una especie; bimolecular, de dos participantes. Los mecanismos propuestos deben sumar la ecuación global y reproducir la ley de velocidad experimental.
Ejemplo trabajado de lectura fisicoquímica
Si una reacción de primer orden tiene k = 0,010 s-1, su vida media es 69,3 s. Duplicar la concentración inicial duplica la cantidad inicial, pero no cambia la vida media.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Deducir orden desde coeficientes globales | Solo vale para pasos elementales. |
| Confundir Ea con Delta H | Energía de activación y entalpía de reacción son magnitudes distintas. |
| Usar vida media de primer orden para todos los órdenes | Cada orden tiene dependencia propia. |
Autoevaluación
- Identifica orden desde datos iniciales.
- Linealiza una reacción de primer orden.
- Explica Arrhenius.