Velocitat de Reacció i Equilibri Químic: Conceptes Clau

Velocitat de Reacció

Les substàncies que, sense experimentar cap canvi, aconsegueixen disminuir l’energia d’activació d’una reacció sense alterar-ne l’estat inicial i l’estat final, encara que hi siguin presents en quantitats mínimes, s’anomenen catalitzadors.

Catàlisi Homogènia

El catalitzador actua dispers homogèniament en el medi de reacció.

Catàlisi Heterogènia

Generalment, el catalitzador és un sòlid i el sistema reaccionant un gas.

Factors que Afecten la Velocitat de Reacció

La velocitat de reacció augmenta considerablement en augmentar la temperatura del sistema que reacciona. Això s’esdevé perquè:

• Les partícules augmenten la seva velocitat i, consegüentment, el nombre de xocs per unitat de temps.
• Les partícules augmenten la seva energia cinètica i és més gran el nombre de xocs eficaços per unitat de temps.

Si en una reacció química, un dels reactius és un sòlid i l’altre un líquid (o un gas), la velocitat de la reacció augmenta en augmentar la superfície de contacte entre el sòlid i el líquid (o gas).

La seqüència de reaccions senzilles, anomenades elementals, la suma de les quals ens dóna la reacció global, rep el nom de mecanisme de reacció.

El nombre de molècules que participen efectivament en el xoc que té lloc en la reacció elemental s’anomena molecularitat.

Cada reacció elemental indica el que realment ha passat dins el recipient en què s’ha realitzat la reacció.

Si la velocitat a la qual van les molècules en el moment del xoc és petita, reboten sense produir reacció química i el xoc és ineficaç. Perquè un xoc sigui eficaç, cal que les partícules que xoquen estiguin activades, que tinguin una energia superior a la de les partícules que només xoquen i reboten. Aquest suplement d’energia s’anomena energia d’activació. L’energia d’activació correspon a l’energia necessària per formar el complex activat, que és inestable i es descompon donant els productes de la reacció.

Ordres de Reacció

Els ordres de reacció es calcularan a partir de dades numèriques, emprant un d’aquests mètodes segons les dades que ens donin:

• A partir de les unitats de K
• Donada una taula de dades amb concentracions i velocitats
• A partir del mecanisme de la reacció
• Mètode integral, a partir d'una taula de dades amb concentracions i temps

Equilibri Químic

Les reaccions en què acaben exhaurint-se els reactius o el reactiu que hi és en defecte (reactiu limitant) s’anomenen reaccions irreversibles, perquè tenen lloc en un sol sentit.

Les reaccions que poden tenir lloc en tots dos sentits s’anomenen reaccions reversibles. Aquestes se simbolitzen amb una doble fletxa.

Es considera que l’equilibri químic és una situació dinàmica perquè la reacció no s’atura, sinó que continuen tenint lloc tots dos processos de dreta a esquerra i d’esquerra a dreta, però amb idèntica velocitat.

En l’equilibri químic, els productes i els reactius resten dins el recipient amb unes concentracions invariables amb el temps, si no es modifiquen les condicions externes del sistema.

Si el valor numèric de Kc és molt gran, la mescla en equilibri conté elevades proporcions de productes respecte a reactius i la reacció és gairebé completa. Contràriament, si el valor numèric de Kc és molt petit, la mescla en equilibri conté una proporció elevada de reactius respecte a productes.

En general, un augment de pressió sobre un sistema gasós en equilibri provoca que el sistema evolucioni cap a on disminueix el nombre de mols gasosos, és a dir, l’equilibri es desplaça cap a on el sistema ocupa menys volum. Contràriament, si es disminueix la pressió, el sistema evolucionarà cap a on ocupa més volum.

En les reaccions endotèrmiques, en augmentar la temperatura, augmenta el valor de la constant d’equilibri i, per tant, l’equilibri es desplaça cap a la dreta. En disminuir la temperatura, disminueix el valor de la constant d’equilibri i l’equilibri es desplaça cap a l’esquerra. En les reaccions exotèrmiques, en augmentar la temperatura disminueix el valor de la constant d’equilibri i l’equilibri es desplaça cap a l’esquerra. Una disminució de la temperatura fa augmentar la Kc.

El punt O és el punt triple i és característic de cada substància. La línia OA acaba en un punt anomenat punt crític, que indica el valor màxim de temperatura en la qual poden coexistir en equilibri les dues fases líquid – gas. La pressió necessària per liquar un gas a la temperatura crítica s’anomena pressió crítica. La temperatura d’ebullició d’una substància és la temperatura a la qual coexisteixen en equilibri els estats líquid – gas a una pressió determinada. La temperatura de fusió d’una substància és la temperatura a la qual coexisteixen en equilibri els estats sòlid – líquid a una pressió determinada.

v = K [A]^α[B]^β

• α i β són els ordres parcials de la reacció
• α + β és l’ordre total de la reacció
• K és la constant de velocitat

Si Qc > Kc, la reacció es desplaçarà cap a l’esquerra.

Kp = Kc (RT)^Δn

aA(g) + bB(g) ↔ cC(g) + dD(g)

Δn = c + d – (a + b)

α = mols que reaccionen / mols inicials

Ordres de Reacció

• 0 → mol/l*s
• 1 → s^-1 * mol/l
• 2 → l/mol*s * mol²/l²