Objetivo del tema: Explicar con la teoría de colisiones por qué una reacción es rápida o lenta, calcular velocidad y tiempo de reacción, escribir y evaluar la constante de equilibrio Kc, y predecir con el principio de Le Châtelier hacia dónde se desplaza un equilibrio químico.
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Teoría de colisiones, energía de activación y velocidad

En Química IV ya no se trata sólo de saber qué produce una reacción, sino qué tan rápido la produce. La teoría de colisiones lo explica así: para que dos partículas reaccionen tienen que chocar, y ese choque debe ser eficaz. Un choque es eficaz cuando cumple dos condiciones al mismo tiempo.

  • Orientación adecuada: las partículas deben chocar por la zona donde se van a romper y formar los enlaces.
  • Energía suficiente: el choque debe traer al menos la energía de activación (Ea), que es la barrera mínima de energía para que la reacción arranque.

En la cima de esa barrera se forma el complejo activado (o estado de transición): una especie muy inestable, de máxima energía, con enlaces a medio romper y a medio formar. No es una tercera condición del choque, es lo que existe durante un instante cuando el choque eficaz ya ocurrió: no se puede aislar ni guardar en un frasco.

La velocidad de reacción mide cuánto cambia la concentración de una sustancia por unidad de tiempo. El tiempo de reacción es el despeje de esa misma fórmula: lo que tarda el proceso en producir una cantidad dada.

v=Δ[C]Δt=[C]final[C]inicialtfinaltinicialv = \dfrac{\Delta [\,C\,]}{\Delta t} = \dfrac{[\,C\,]_{final} - [\,C\,]_{inicial}}{t_{final} - t_{inicial}}
Δt=Δ[C]v\Delta t = \dfrac{\Delta [\,C\,]}{v}

Cómo se lee un diagrama de energía. Es la gráfica típica del examen: energía en el eje vertical, avance de la reacción en el horizontal. Con tres datos —energía de los reactivos, del complejo activado y de los productos— se contesta todo. Ejemplo: reactivos en 40 kJ, complejo activado en 150 kJ, productos en 90 kJ.

MagnitudCómo se obtieneValor del ejemplo
Ea directaComplejo activado − reactivos150 − 40 = 110 kJ
Ea inversaComplejo activado − productos150 − 90 = 60 kJ
ΔH de reacciónProductos − reactivos90 − 40 = +50 kJ (endotérmica)
Tipo de reacciónΔH > 0 endotérmica; ΔH < 0 exotérmicaEndotérmica: absorbe 50 kJ
Ejemplo resuelto de velocidad: en un reactor de 2 L se forman 0.80 mol de producto en 40 s. Primero se pasa a concentración: 0.80 mol ÷ 2 L = 0.40 M. Después se divide entre el tiempo: v = 0.40 M ÷ 40 s = 0.010 mol/(L·s). El error más caro es olvidar dividir entre el volumen: la velocidad se mide en molaridad por segundo, no en moles por segundo.
Ejemplo resuelto de tiempo de reacción: esa misma reacción corre a v = 0.010 mol/(L·s). ¿Cuánto tarda en formar 1.2 mol de producto en el reactor de 2 L? Paso 1, moles a concentración: 1.2 mol ÷ 2 L = 0.60 M. Paso 2, despejar el tiempo: Δt = Δ[C] ÷ v = 0.60 M ÷ 0.010 mol/(L·s) = 60 s. El reactivo del examen es el mismo problema de velocidad leído al revés: si te dan la velocidad y piden el tiempo, divides; si te dan el tiempo y piden la velocidad, también divides, pero entre el tiempo. Pasar los moles a molaridad es siempre el primer paso.

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