Introducción a la Cinética Química

La cinética química es el área que estudia qué tan rápido ocurren las reacciones químicas. Piénsalo como medir la velocidad de un auto, pero en lugar de kilómetros por hora, medimos cambios en concentración por segundo.

La palabra "cinética" significa movimiento o cambio, y eso es exactamente lo que pasa en las reacciones. Los reactivos se transforman en productos a diferentes velocidades según las condiciones.

💡 Dato clave: La cinética química te ayuda a entender no solo SI va a pasar una reacción, sino QUÉ TAN RÁPIDO va a ocurrir.

Esta materia tiene aplicaciones súper prácticas: desde diseñar medicamentos que actúen más rápido hasta optimizar procesos industriales para que sean más eficientes.

Información del Curso

Este curso de Química General II se evalúa de manera equilibrada entre teoría y práctica. Tendrás cuatro componentes principales que valen exactamente lo mismo: dos parciales, laboratorio y examen final.

Cada parcial incluye prácticas y tareas que pueden valer entre 30% y 50% de esa nota. Esto significa que tu trabajo constante durante el período vale tanto como el examen mismo.

💡 Tip de estudio: No dejes todo para el final. Las prácticas y tareas son tu oportunidad de asegurar puntos antes del examen.

El laboratorio tiene el mismo peso que los exámenes, así que toma en serio cada práctica experimental. Es donde realmente vas a ver la cinética química en acción.

Programa del Curso

El programa cubre todos los conceptos fundamentales que necesitas dominar. Empezarás con definiciones básicas y velocidad de reacción, que son tu base sólida.

Después entrarás en la ley de velocidad, donde aprenderás a calcular qué tan rápido ocurren las reacciones. Los factores que afectan la velocidad te mostrarán cómo controlar las reacciones en la vida real.

Los temas de vida media y mecanismos de reacción te llevarán a un nivel más avanzado. Aquí entenderás no solo qué tan rápido, sino también cómo ocurren las reacciones paso a paso.

💡 Estrategia: Cada tema se conecta con el anterior. Asegúrate de entender bien las bases antes de avanzar.

Definición de Cinética Química

La cinética química estudia la velocidad con que ocurren las reacciones químicas. Es como ser detective: investigas qué hace que algunas reacciones sean veloces como un rayo y otras lentas como melaza.

La velocidad de reacción se mide como el cambio en concentración por unidad de tiempo $M/s$. Imagínate que estás viendo cómo disminuyen los reactivos y aumentan los productos en tiempo real.

💡 Analogía útil: Es como medir qué tan rápido se vacía un tanque de agua mientras se llena otro al mismo tiempo.

Esta área de la química es súper importante porque te permite predecir y controlar reacciones en laboratorios, industrias y hasta en tu cuerpo cuando tomas medicamentos.

Velocidad de Reacción - Conceptos Base

La velocidad de reacción mide qué tan rápido cambian las concentraciones. Siempre es positiva, aunque los reactivos disminuyan (por eso usamos el signo negativo en la fórmula para reactivos).

Las fórmulas básicas son: rapidez = -Δ$A$/Δt para reactivos y rapidez = Δ$B$/Δt para productos. El Δ significa "cambio" y t es tiempo.

Durante una reacción, los reactivos se consumen mientras los productos se forman. Puedes seguir el progreso midiendo cualquiera de estos cambios.

💡 Recuerda: La velocidad promedio te da el panorama general durante un intervalo de tiempo específico.

Estas velocidades son promedios porque representan lo que pasa durante cierto período, no en un momento exacto.

Velocidad de Reacción - Ejemplo Práctico

Cuando escribes expresiones de velocidad, debes considerar todos los reactivos y productos. Para reacciones simples como I⁻ + OCl⁻ → Cl⁻ + OI⁻, cada sustancia tiene coeficiente 1.

Para reacciones más complejas como 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O, debes dividir entre los coeficientes estequiométricos. Esto asegura que todas las velocidades sean consistentes entre sí.

La clave está en recordar que la velocidad debe ser la misma sin importar qué sustancia uses para medirla. Los coeficientes te ayudan a "normalizar" las velocidades.

💡 Tip práctico: Siempre verifica que los signos sean correctos: negativos para reactivos, positivos para productos.

Este método te permite relacionar qué tan rápido desaparece un reactivo con qué tan rápido aparece un producto específico.

Cálculos de Velocidad - Ejemplo Avanzado

En la reacción 4NO₂ + O₂ → 2N₂O₅, si el oxígeno reacciona a 0.024 M/s, puedes calcular las velocidades de todas las demás sustancias usando proporciones estequiométricas.

Para el N₂O₅: como tiene coeficiente 2 y el O₂ tiene coeficiente 1, la velocidad de formación será 2 × 0.024 = 0.048 M/s. Para el NO₂: como tiene coeficiente 4, su velocidad será 4 × 0.024 = 0.096 M/s.

Los signos son cruciales: negativos para sustancias que desaparecen (reactivos) y positivos para las que se forman (productos).

💡 Método infalible: Multiplica la velocidad conocida por la razón de coeficientes estequiométricos.

Esta técnica te permite conocer toda la información cinética de una reacción con solo medir una sustancia.

Ley de Velocidad

La ley de velocidad relaciona qué tan rápido ocurre una reacción con las concentraciones de reactivos: rapidez = k$A$ˣ$B$ʸ. Aquí k es la constante de velocidad y x, y son los órdenes de reacción.

Los órdenes de reacción (x, y) NO se pueden determinar solo viendo la ecuación química. Necesitas datos experimentales para encontrarlos. Esto es súper importante de recordar.

El orden global es la suma de todos los exponentes $x + y$. Si es cero, la velocidad es constante. Si es uno, la velocidad depende linealmente de la concentración.

💡 Punto clave: La estequiometría NO te dice los órdenes de reacción. Solo los experimentos pueden hacerlo.

La constante k cambia con la temperatura pero es independiente de las concentraciones. Es como la "personalidad" única de cada reacción.

Determinación Experimental de la Ley de Velocidad

Para encontrar la ley de velocidad, necesitas datos experimentales como los de la reacción 2NO + 2H₂ → N₂ + 2H₂O a 1280°C. Cambias una concentración a la vez y observas cómo cambia la velocidad.

El truco está en comparar experimentos donde solo cambia una concentración. Si duplicas $NO$ y la velocidad se cuadruplica, entonces el orden respecto a NO es 2.

La forma general que asumes es rapidez = k$NO$ˣ$H₂$ʸ. Luego usas las proporciones de velocidades para encontrar x y y mediante álgebra simple.

💡 Estrategia: Toma pares de experimentos donde solo UNA concentración cambia para aislar cada orden.

Una vez que conoces los órdenes, puedes calcular k usando cualquier conjunto de datos experimentales.

Cálculo de Órdenes de Reacción

Para encontrar el orden respecto al NO, comparas los experimentos 1 y 2. La concentración de NO se duplica (de 5.0×10⁻³ a 10.0×10⁻³ M) mientras H₂ permanece constante.

La velocidad cambia de 1.3×10⁻⁵ a 5.0×10⁻⁵ M/s, o sea se cuadruplica. Usando la ecuación de proporciones: 4 = 2ˣ, por lo tanto x = 2.

El mismo proceso se aplica para encontrar y: compara experimentos 2 y 3 donde solo cambia $H₂$. Cuando $H₂$ se duplica, la velocidad también se duplica, así que y = 1.

💡 Resultado: La ley de velocidad es rapidez = k$NO$²$H₂$¹, una reacción de tercer orden global.

Con estos órdenes puedes calcular k y predecir velocidades para cualquier concentración de reactivos.