Reaccions Químiques: Cinètica, Equilibri i Tipus

Reaccions Químiques

Criteris Energètics

Exotèrmiques/Endotèrmiques/Producció de llum, treball mecànic, energia elèctrica, etc.

Calor

Quan una quantitat de matèria m canvia la seva temperatura en un valor ΔT, rep de l'entorn o cedeix a l'entorn una quantitat de calor Q: Q = m·c·ΔT

c és una constant, calor específica, calor necessària per elevar la temperatura d'1 quilogram de substància 1 grau de temperatura, sense canvis químics o d'estat durant el procés. Unitats de l'SI: m=kg, c=J/(kg·K), T=K, Q=J o kJ

Entalpia

Reaccions químiques a pressió constant -> l'energia transferida (variació d'entalpia) (ΔH)

• Si ΔH > 0, la reacció absorbeix calor (endotèrmica)
• Si ΔH < 0, la reacció desprèn calor (exotèrmica)

Cinètica

Energia d'Activació

Energia mínima necessària per iniciar una reacció

Factors que Intervenen en la Velocitat de les Reaccions

• Concentració: Augment concentració -> Augment velocitat de reacció
• Temperatura: Augment temperatura -> Augment velocitat de reacció
• Estat físic dels reactius: Reactius gasos -> Reacció afavorida / Reactius líquids -> Reacció afavorida / Reactius sòlids -> Velocitat de reacció petita. (Augment superfície contacte -> Augment velocitat de reacció)
• Catalitzadors: Substàncies que modifiquen la velocitat de les reaccions rebaixant-ne l'energia d'activació (acció dels catalitzadors: catàlisi // reaccions dels catalitzadors: reaccions catalitzades)

Sentit de Reaccions

• Una reacció és completa o irreversible si té lloc fins que s'exhaureix el reactiu limitant, en un sistema tancat.
• Les reaccions reversibles es caracteritzen perquè es donen en els dos sentits: els reactius passen a productes (reacció directa) i, simultàniament, els productes passen a reactius.
• En l'equilibri, les propietats macroscòpiques del sistema es mantenen invariables en el temps, però a nivell atomicomolecular reactius i productes continuen reaccionant; per això es diu que l'equilibri químic és un equilibri dinàmic.

Reaccions d'Oxidació-Reducció

Oxidació: El procés en què una substància perd electrons

Reducció: El procés en què una substància guanya electrons

Metalls -> Tenen tendència a perdre e-, és a dir, a quedar amb càrrega positiva.

A una temperatura determinada, les condicions de l'estat d'equilibri són les mateixes sigui quina sigui la composició inicial des de la qual hem assolit l'equilibri.

Reaccions Àcid-Base

Propietats

Àcids

• Gust agre
• Les solucions solen tenir poder dissolvent
• Canvien el color d'alguns colorants naturals
• Corrosius
• Perden les seves propietats en reaccionar amb una base

Bases

• Gust amarg
• Les dissolucions tenen poder desgreixador
• Canvien el color d'alguns colorants naturals
• Solen tenir tacte untuós i llefiscós quan estan concentrades
• Corrosives
• Perden les seves propietats en reaccionar amb un àcid

Electrolits

Final s. XIX, Svant August Arrhenius. En dissolució aquosa es dissocien en ions positius (cations) i ions negatius (anions), i donen una dissolució capaç de conduir el corrent elèctric. És qualsevol substància que en dissoldre's es dissocia en els seus ions respectius. Podem parlar de:

• Electrolit fort: Tota substància que en dissolució aquosa es troba totalment dissociada en els seus ions respectius.
• Electrolit feble: Tota substància que en dissolució aquosa es dissocia parcialment en els seus ions respectius, de manera que s'estableix un equilibri entre l'espècie no dissociada i els seus ions en dissolució. Limitacions: No és aplicable a dissolucions aquoses / Només justifica el caràcter àcid o bàsic de compostos que tinguin ions hidrogen o ions hidroxil en la seva estructura, i deixa sense explicació, per exemple, el caràcter bàsic de l'amoniac, NH₃, o el del carbonat de sodi, Na₂CO₃.

Àcid (Arrhenius)

Tot electrolit que, en dissoldre's en aigua, es dissocia en ions hidrogen H⁺ i en l'anió respectiu. HA -> A^-(aq) + H⁺(aq). Un àcid és fort si en dissolució aquosa està totalment dissociat en l'anió corresponent i l'ió hidrogen H⁺. Són àcids forts: HCl, HClO₄, HBr, H₂SO₄ i HNO₃.

Base (Arrhenius)

Tot electrolit que, en dissoldre's en aigua, es dissocia en ions hidroxil OH^- i en el catió respectiu. BOH(aq) -> B⁺(aq) + OH^-(aq). Una base forta és la que està totalment dissociada en el catió corresponent i l'ió hidroxil OH^-. Són bases fortes els hidròxids de metalls alcalins i alcalinoterris: NaOH, KOH i Ca(OH)₂.

Neutralització

La reacció que es dóna entre els ions hidroxil d'una base i els ions hidrogen d'un àcid per formar molècules d'aigua. H⁺ + OH^- -> H₂O. Àcid + Base -> Sal + Aigua.

Reaccions de Precipitació

Les reaccions en què els ions de diferents dissolucions reaccionen per formar un producte sòlid insoluble.

Solubilitat: Concentració que té el solut dins del dissolvent quan la dissolució està saturada.

Quan en una reacció entre líquids es forma un sòlid, diem que s'ha format un precipitat. Tot i que sovint utilitzem l'expressió "substància insoluble", sempre ens referim a substàncies poc o molt poc solubles.