Energia, Cinètica i Equilibri de les Reaccions Químiques
Energia de les Reaccions Químiques
Reaccions Exotèrmiques i Endotèrmiques
Les reaccions exotèrmiques van acompanyades d'un despreniment d'energia en forma de calor (valor negatiu). Les reaccions endotèrmiques es produeixen per mitjà de l'absorció d'energia en forma de calor (valor positiu).
Entalpia de Reacció
Per treballar amb les reaccions que es produeixen a pressió constant, utilitzem una funció d'estat anomenada entalpia. La raó és que s'ha comprovat que l'increment de l'entalpia (ΔH) d'una reacció química duta a terme a pressió constant és igual a la calor de reacció a pressió constant.
L'entalpia estàndard de reacció (ΔH°) és la calor de reacció quan els reactius en estat estàndard es converteixen en productes en els seus estats estàndards.
De vegades s'especifica l'entalpia molar estàndard de formació (ΔH°f) com l'entalpia estàndard d'una reacció de síntesi en la qual es forma un mol de substància.
Treball de Comprensió-Extensió
Comprensió
Per comprimir un sistema s'ha d'efectuar un treball sobre aquest mateix sistema. Així augmenta l'energia interna del sistema.
Expansió
Perquè un sistema s'expandeixi ha d'efectuar un treball contra la pressió externa. Així disminueix l'energia interna del sistema.
Per calcular aquest treball d'expansió o compressió a pressió constant, utilitzo: W = -Pexterna * ΔV (increment de volum).
Llei de Hess
La calor absorbida o despresa en una reacció química a pressió constant és la mateixa tant si el procés es duu a terme en una sola etapa com si es produeix en diverses etapes (Llei de Hess).
L'aplicació de la llei de Hess permet realitzar el càlcul de calors de reacció que no es poden observar en condicions experimentals senzilles. Per aplicar-la es pot partir de les entalpies de formació dels reactius i els productes, o d'algunes reaccions escollides les entalpies de les quals coneguem.
Cinètica i Equilibri
Cinètica Química
És la part de la química que tracta els aspectes relacionats amb la velocitat de les reaccions:
- Mesura la velocitat de les reaccions.
- Investiga les etapes o fases a través de les quals transcorre una reacció, és a dir, el mecanisme de reacció.
- Estudia els factors que poden influir en aquesta velocitat.
La velocitat de reacció és la quantitat de reactiu que desapareix per unitat de temps, o bé la quantitat de producte que es forma per unitat de temps, en una reacció.
Teories de les Reaccions Químiques
Teoria de Col·lisions
La teoria diu que una reacció química es produeix com a resultat del xoc de dues o més molècules. No tots els xocs originen una reacció; només són xocs eficaços, és a dir, només generen productes els xocs en els quals:
- Les molècules tenen l'energia cinètica suficient per a trencar alguns enllaços. L'energia mínima necessària s'anomena energia d'activació.
- Les molècules xoquen amb l'orientació adequada. Si no és així, la reacció no es produeix encara que les molècules tinguin l'energia d'activació necessària.
Teoria de l'Estat de Transició
És una modificació important de la teoria de col·lisions feta per Eyring. Suposa que les molècules dels reactius que xoquen eficaçment queden unides momentàniament formant un compost intermedi anomenat complex activat o complex de transició.
Aquest estat de transició està constituït per les molècules reaccionants que han trencat una part dels seus enllaços i que n'estan formant de nous. Atesa la seva elevada energia, aquest compost intermedi és molt inestable i es descompon immediatament originant els productes o regenerant els reactius.
L'energia d'activació és l'energia necessària per a formar el complex activat. És característica tant de les reaccions endotèrmiques com de les exotèrmiques.
Factors Influents en la Velocitat de Reacció
- Concentració dels reactius: un augment de concentració farà que augmenti el nombre de xocs entre molècules.
- Temperatura: un augment de temperatura farà que s'incrementi l'energia cinètica.
- Catalitzadors: fan augmentar o disminuir la velocitat de reacció.
- Grau de divisió: un augment del grau de divisió farà que s'incrementi la superfície i augmentin els xocs entre partícules.
Principi de Le Châtelier
Una alteració externa dels factors que intervenen en un equilibri indueix un reajustament del sistema per tal de reduir l'efecte d'aquesta alteració i establir un nou estat d'equilibri.