Fundamentos de Ácidos, Bases y Cinética Química: Teorías y Factores de Velocidad

Química de Ácidos y Bases: Propiedades y Teorías Fundamentales

Características Distintivas

Ácidos

• Sabor agrio.
• Son corrosivos con la piel.
• Enrojecen colorantes vegetales.
• Disuelven sustancias.
• Atacan metales desprendiendo H2 (hidrógeno).
• Pierden propiedades al reaccionar con bases.

Bases

• Sabor amargo.
• Suaves al tacto con la piel.
• Tiñen de color azul a colorantes vegetales.
• Precipitan sustancias disueltas en ácido.
• Disuelven grasas.
• Pierden propiedades al reaccionar con ácidos.

Usos Comunes de Ácidos y Bases

Ácidos

• Ácido Sulfúrico (H2SO4): Producción de metales, pintura, detergentes y baterías de automóvil.
• Ácido Clorhídrico (HCl): Producción de metales y prevención del crecimiento de algas.
• Ácido Carbónico (H2CO3): Fabricación de bebidas.
• Ácido Acético (CH3COOH): Componente principal del vinagre.

Bases

• Hidróxido de Sodio (NaOH): Elaboración de papel y jabones. Está presente en limpiadores de horno y destapa tuberías.
• Amonio: Utilizado en limpiadores de horno y fertilizantes.
• Hidróxido de Aluminio y de Magnesio: Utilizados conjuntamente como antiácidos.
• Bicarbonato de Sodio: Utilizado como antiácido.

Teorías Ácido-Base

Teoría de Arrhenius (1887)

Basada en la teoría de la disociación: sustancias que se disocian en aniones y cationes.

• Ácido: Sustancia que se disocia en cationes H+.
• Base: Sustancia que se disocia en aniones OH-.

Neutralización: Ocurre cuando reacciona una base con un ácido, resultando en la formación de agua y una sal.

Teoría de Brønsted-Lowry

• Ácido: Sustancia que en disolución cede H+.
• Base: Sustancia que en disolución acepta H+.

Teoría de Lewis

• Ácido: Sustancia que contiene al menos un átomo capaz de aceptar un par de electrones y formar enlaces covalentes coordinados.
• Base: Sustancia que contiene al menos un átomo capaz de ceder un par de electrones para formar enlaces covalentes coordinados.

Fuerza de Ácidos y Bases

• Si la constante de equilibrio (K) es menor a 1, se considera un ácido débil.
• Si la constante de equilibrio (K) es mayor a 1, se considera un ácido fuerte.
• Ácidos Polipróticos: Ácidos capaces de ceder más de 1 H+.
• La fuerza de una base depende de su constante de equilibrio.

Cinética Química: Velocidad de Reacción y Factores Influyentes

Concepto de Velocidad de Reacción

La velocidad de una reacción química indica cómo varía la concentración entre productos y reactivos. Es una magnitud positiva.

Existen reacciones instantáneas (ej. TNT) y lentas (ej. la formación del diamante). En una reacción, la concentración de los reactivos disminuye y la de los productos aumenta.

Teoría de las Colisiones

Las reacciones se producen por choques eficaces entre las moléculas de reactivo. La energía necesaria para esto se denomina Energía de Activación.

Por lo tanto, si la velocidad de colisión aumenta, la velocidad de reacción también aumenta. No todos los choques producen reacciones, ya que deben tener:

1. Energía suficiente.
2. Dirección adecuada.

Complejo Activado y Energía de Activación

La energía necesaria es la que permite el Complejo Activado, que es la distribución de enlaces con un elevado contenido energético, pero menos estable que los reactivos y los productos, aunque da lugar a la formación de productos.

• La energía máxima es intermedia a la ruptura de enlaces y se denomina Complejo Activado.
• La energía necesaria para pasar de los reactivos al estado de transición se denomina Energía de Activación.

Los reactivos deben superar la Energía de Activación para formar productos.

Factores que Afectan la Velocidad

• Estado de los Reactivos: Las reacciones son más rápidas si están en fase líquida o acuosa, pero también depende de la superficie de contacto.
• Concentración de los Reactivos: Aumenta la velocidad, ya que incrementa el choque de las partículas.
• Temperatura: Un aumento de la temperatura (+ Tº) aumenta la energía cinética, lo que hace que más moléculas alcancen la activación.
• Naturaleza de los Reactivos.

El Papel de los Catalizadores

Los catalizadores no aparecen en la ecuación global, modifican la Energía de Activación y no modifican la constante de equilibrio.

• Catalizador Positivo (+): La velocidad (V) sube y la Energía de Activación (Ea) baja.
• Catalizador Negativo (-): La velocidad (V) baja y la Energía de Activación (Ea) sube.

Tipos de Catalizadores

• Catalizador Homogéneo: Se encuentra en la misma fase que los reactivos.
• Catalizador Heterogéneo: Se encuentra en distinta fase que los reactivos.