Obtener órdenes de reacción de datos experimentales y explicar energía de activación y catálisis sin alterar el equilibrio.
Míralo en un dibujo
Dos perfiles de energía comparten reactivos y productos; la ruta catalizada presenta una barrera más baja. El catalizador no cambia la diferencia de energía entre estados ni la constante de equilibrio a temperatura fija.
Antes de seguir: ¿Un catalizador cambia la posición del equilibrio?
Comprueba tu razonamiento
No a temperatura fija; acelera la aproximación al equilibrio al facilitar las rutas cinéticas.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Energía; Unidades; Logaritmos.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Orden total?
Suma de exponentes de la ley de velocidad.
En un minuto
- Suma de exponentes de la ley de velocidad.
- No necesariamente.
- La dependencia de k con T mediante una energía de activación.
- Llega antes al mismo equilibrio a igual T y condiciones.
Entiende la idea
El concepto
La velocidad de reacción expresa cómo cambia la composición con el tiempo. Para comparar especies de una misma ecuación se divide la velocidad de desaparición o formación entre el coeficiente estequiométrico correspondiente. De este modo se obtiene una velocidad de reacción común, con signo positivo para el avance definido, en las condiciones habituales de volumen constante.
La ley de velocidad relaciona experimentalmente la rapidez con concentraciones: v=k[A]ᵐ[B]ⁿ. Los exponentes son órdenes parciales y no se copian automáticamente de la ecuación global. Esa identificación puede ser válida para una etapa elemental apropiada, pero una reacción global puede sumar muchas etapas y producir una ley distinta. Las unidades de k dependen del orden total.
Cómo utilizarlo sin errores
Para deducir un orden se comparan experimentos donde cambia una concentración mientras las otras y la temperatura se mantienen. Si duplicar [A] cuadruplica v, el orden en A es dos. Si la rapidez no cambia al variar [B], el orden observado en B es cero dentro del intervalo estudiado. La constancia de k obtenida con los distintos experimentos sirve como comprobación.
La ecuación de Arrhenius relaciona k con temperatura y energía de activación. Un catalizador ofrece un mecanismo alternativo con barreras distintas y acelera la aproximación al equilibrio. No cambia la constante de equilibrio ni la diferencia de energía libre entre estados inicial y final. Tampoco se consume de forma neta en el ciclo ideal, aunque en aplicaciones reales puede desactivarse; no conviene confundir estas dos ideas.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
v=k[A]ᵐ[B]ⁿ. Para aA→bB: v=−(1/a)d[A]/dt=(1/b)d[B]/dt. ln(k₂/k₁)=−Eₐ/R·(1/T₂−1/T₁).
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · A igual temperatura: [A]=0,10,[B]=0,10 da v=0,002; duplicar solo A da 0,008; duplicar solo B desde el primer experimento da 0,004. Obtén la ley. Concentraciones en mol/L y v en mol/(L·s).
- Duplicar A multiplica v por cuatro: m=2. Duplicar B multiplica v por dos: n=1.
- v=k[A]²[B], de orden total 3.
- k=0,002/(0,10²·0,10)=2 L²/(mol²·s). Los otros experimentos deben dar el mismo valor.
Ejemplo 2 · Para 2A→B, A desaparece a 0,06 mol/(L·s). Obtén v y la rapidez de formación de B.
- v=−(1/2)d[A]/dt=0,06/2=0,03 mol/(L·s).
- Como el coeficiente de B es 1, d[B]/dt=0,03 mol/(L·s).
- No se forman 0,06 mol de B por litro y segundo: la estequiometría consume dos A por cada B.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · Una reacción de primer orden tiene v=0,010 mol/(L·s) cuando [A]=0,20 mol/L. Calcula k y unidades.
Primera ayuda
Despeja v/[A].
Ver solución razonada
k=0,010/0,20=0,050 s⁻¹. La unidad depende de que el orden total sea uno.
Práctica 2 · Si Eₐ=50 000 J/mol, T₁=300 K y T₂=330 K, calcula aproximadamente k₂/k₁ con R=8,314 J/(mol·K).
Primera ayuda
Evalúa primero el logaritmo del cociente.
Ver solución razonada
ln(k₂/k₁)=−50000/8,314·(1/330−1/300)≈1,822. Por tanto k₂/k₁≈e¹·⁸²²≈6,19, suponiendo válida la forma de Arrhenius en ese intervalo.
Práctica 3 · ¿Añadir catalizador a una mezcla en equilibrio aumenta la cantidad de producto en el equilibrio final a igual T?
Primera ayuda
Distingue velocidad y constante termodinámica.
Ver solución razonada
No por el mero efecto catalítico: acelera procesos directo e inverso sin cambiar K ni la composición de equilibrio bajo las mismas condiciones.
El error que debes evitar
No copiar coeficientes globales como órdenes. No mezclar temperaturas Celsius y Kelvin. No olvidar el coeficiente al comparar desaparición y formación. No atribuir al catalizador un cambio de K.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
Los órdenes de una reacción global se obtienen normalmente…
Solución y explicación
Respuesta: De datos experimentales. La ley puede depender de un mecanismo de varias etapas.
Un catalizador cambia principalmente…
Solución y explicación
Respuesta: El camino cinético. No altera la diferencia termodinámica entre estados.
Para v=k[A]², unidades de k con v en mol/(L·s)…
Solución y explicación
Respuesta: L/(mol·s). Se divide v entre una concentración al cuadrado.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Orden total?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Suma de exponentes de la ley de velocidad.
Intenta responder antes de mirar.
¿Coeficientes globales iguales a órdenes?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
No necesariamente.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué explica Arrhenius?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
La dependencia de k con T mediante una energía de activación.
Intenta responder antes de mirar.
¿Catalizador y equilibrio?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Llega antes al mismo equilibrio a igual T y condiciones.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Diseña tres datos ficticios coherentes con v=k[A][B]² y comprueba que el cociente para k coincide en los tres.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
Abrir resumen, esquema y refuerzo de Termodinámica y cinética
Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.