Cinética Química y Propiedades Coligativas: Fundamentos Esenciales

Cinética Química y Propiedades Coligativas

La cinética estudia la velocidad con que ocurre una transformación química y los mecanismos por los cuales se producen. Las reacciones químicas diferentes tienen lugar a velocidades muy diferentes. Los factores que tienen efectos marcados sobre la velocidad de las reacciones químicas son:

• La naturaleza de los reactivos (sólido, gas, líquido).
• Las concentraciones de los reactivos.
• La temperatura (exotérmico, endotérmico).
• La presencia de catalizadores.

Ecuación de velocidad: v = k . [A]ⁿ . [B]^m

Teorías de la Reacción Química

¿Siempre suceden las reacciones? Para esto hay dos teorías:

Teoría de Colisiones

Para que tenga lugar una reacción, las moléculas, los átomos o los iones deben, en primer lugar, colisionar entre sí. El aumento de las concentraciones de las especies reaccionantes produce como resultado un mayor número de colisiones por unidad de tiempo. Para que una colisión sea efectiva, las especies reaccionantes deben poseer una energía mínima.

Teoría del Estado de Transición

Para que una reacción tenga lugar, se deben romper algunos enlaces covalentes para que se puedan formar otros. Los reactivos pasan a través de un estado intermedio de vida corta y energía elevada llamado estado de transición antes de que se formen los productos: A + B → [A---B]^‡ → A-B

Ecuación de Arrhenius: k = A . e^-Ea/RT

Propiedades Coligativas

Las propiedades físicas de las disoluciones que dependen del número, no del tipo, de partículas de soluto en una cantidad dada de disolvente reciben el nombre de propiedades coligativas. Existen cuatro propiedades coligativas:

• Abatimiento de la presión de vapor.
• Elevación del punto de ebullición.
• Descenso crioscópico.
• Presión osmótica de una solución.

Abatimiento de la Presión de Vapor

La presión de un líquido depende de la facilidad con que sus moléculas pueden escapar de la superficie del líquido. Cuando un soluto se disuelve en el líquido, las moléculas de soluto ocupan parte del volumen total de la disolución; por lo tanto, hay muchas menos moléculas de disolvente por unidad de área en la superficie de la disolución. Por esto, las moléculas de disolvente se vaporizan con menor rapidez a causa de la presencia de soluto, por lo que el disolvente puro tiene una mayor presión de vapor que la disolución.

Ley de Raoult: P_dis = X_disolv . P°_disolv

ΔP_disolvente = P°_dis - P_dis

ΔP_dis = X_sto . P°_dis

X_i = n° moles / n° moles Totales

n° H₂O = 1000 g / (gramos/mol)

Elevación del Punto de Ebullición

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la presión aplicada sobre su superficie. Para líquidos contenidos en recipientes abiertos, esta presión es la atmosférica. Cuando se coloca un soluto no volátil en un solvente, el punto de ebullición aumenta:

ΔT_e = K_e . m , ΔT_e = T_e - T°_e

Depresión del Punto de Congelación

ΔT_c = K_c . m , ΔT_c = T_c - T°_c (-), ΔT_c = T°_c - T_c (-)

En una disolución, las moléculas del solvente se encuentran un poco más separadas entre sí (por la presencia de partículas de soluto) de lo que estarían en el solvente puro. En consecuencia, la temperatura de la disolución debe estar por debajo del punto de congelación del solvente puro para poder congelarse: T_c ≤ T°_c

Presión Osmótica

La ósmosis es el proceso espontáneo mediante el cual las moléculas de solvente pasan a través de una membrana semipermeable, de una solución de baja concentración de soluto a una solución de alta concentración de soluto. Mediante una membrana semipermeable se separan dos soluciones. Las moléculas del solvente pueden pasar a través de la membrana en cualquier dirección, pero la velocidad con que pasa a la solución más concentrada es mayor que la velocidad con que lo hacen en direcciones opuestas:

La presión osmótica aumenta con el incremento de la temperatura, porque la temperatura influye en el número de colisiones solvente-membrana por unidad de tiempo. La presión osmótica aumenta con el aumento de la concentración molar.

K_ps = s . s / Si Q_ps ≥ K_ps hay precipitado

pOH = 14 - pH

pH = -log [concentración]

K_w = [OH^-] . [H₃O⁺]

14 = pH + pOH