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U.D. 5: “CINÉTICA QUÍMICA” APARTADO 3 - ENERGÍA DE ACTIVACIÓN QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA 1 QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA UNIDAD DIDÁCTICA 5: CINÉTICA QUÍMICA 3.- ENERGÍA DE ACTIVACIÓN ESTUDIA / APRENDE A qué llamamos Energía de Activación. La deducción de si una reacción es Exotérmica o Endotérmica dadas las Energías de Activación de productos y reactivos. La relación entre Energía de Activación y velocidad de reacción. El cálculo de la entalpía de reacción a partir de los valores de energía de activación directa e inversa. Como hemos visto, en una reacción química las moléculas, átomos o iones que chocan deben poseer una energía mínima que permita que se produzca dicha reacción. Llamamos energía de activación (Ea) a la energía mínima necesaria para que se produzca una determinada reacción química. Podríamos decir que la energía de activación es una barrera energética que hay que superar para que tenga lugar una reacción química. Fíjate bien en la figura que tienes a continuación. Se trata de una gráfica ENERGÍA-AVANCE DE REACCIÓN de la reacción de descomposición del agua oxigenada (H2O2) en agua y oxígeno. La energía del reactivo es mayor que la de los productos, lo que significa que al hacer el balance energético de la reacción observaremos un desprendimiento energético (reacción exotérmica, H negativo). Sin embargo para que se pueda producir hay que proporcionar energía al reactivo (energía de activación Ea). Si no se supera esa barrera la reacción no tendrá lugar. La energía de activación es, pues, una barrera que se debe salvar para que se produzca la reacción, incluso aunque sea exotérmica. Normalmente, la energía cinética de las moléculas reaccionantes suministra la energía de activación. Sólo los choques entre moléculas cuya energía cinética sea igual o superior a Ea resultan eficaces. Evidentemente, cuanto menor sea Ea, mayor será el número de moléculas con energía suficiente para superar la barrera (mayor número de choques eficaces) y reaccionar. Por tanto: La velocidad de una reacción es tanto mayor cuanto menor sea su energía de activación, Ea. U.D. 5: “CINÉTICA QUÍMICA” APARTADO 3 - ENERGÍA DE ACTIVACIÓN QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA 2 En las figuras de arriba tienes la representación ENERGÍA – REACCIÓN de una reacción exotérmica (figura de la izquierda) y de una reacción endotérmica (figura de la derecha): en las dos hay que superar la Ea. Muchas reacciones químicas pueden producirse en los dos sentidos dependiendo de las condiciones en las que se hallen las sustancias que intervienen en la reacción. Fíjate en las dos representaciones gráficas de las variaciones energéticas de las reacciones. En la reacción exotérmica la Ea de la reacción directa (E1: de izquierda a derecha) es menor que si hacemos el camino inverso (E2: de derecha a izquierda): Luego para toda reacción exotérmica: Ea DIRECTA < Ea INVERSA En la reacción endotérmica (la representación energética del segundo caso) ocurre lo contrario: Luego para toda reacción endotérmica: Ea DIRECTA > Ea INVERSA Como vemos la diferencia de energía de activación directa e inversa representa a la entalpía de reacción (magnitud termodinámica). H = Ea DIRECTA – Ea INVERSA ACTIVIDAD RESUELTA: La energía de activación de la reacción: A + B C + D es igual a 35 kJ/mol. Para la reacción inversa, la energía de activación es 50 kJ/mol. Justifica si la reacción dada es exotérmica o endotérmica. Las energías de activación para la reacción directa e inversa cumplen que: H = Ea,REACTIVOS – Ea, PRODUCTOS = 35kJ/mol – 50kJ/mol = –15kJ/mol y como H < 0 la reacción es exotérmica U.D. 5: “CINÉTICA QUÍMICA” APARTADO 3 - ENERGÍA DE ACTIVACIÓN QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA 3 PROBLEMAS RESUELTOS: La figura representa la variación de la entalpía durante el transcurso de dos reacciones químicas. Justifica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) La reacción A es endotérmica y la B exotérmica b) La variación de entalpía es la misma para las dos reacciones, c) La energía de activación es la misma para las dos reacciones. d) Al aumentar la temperatura en la reacción A, aumenta la cantidad de producto formado. a) La reacción A es endotérmica y la B exotérmica: verdadero. En la reacción A el paso de reactivos a productos se realiza mediante la absorción de energía y en la reacción B se produce un desprendimiento de energía. b) La variación de entalpia es la misma para las dos reacciones: falso. Las variaciones de entalpía tienen el mismo valor absoluto pero el signo de ambas es distinto. En la primera H > 0 (reacción endotérmica) y en la segunda H < 0 (reacción exotérmica). c) La energía de activación es la misma para las dos reacciones: falso. La energía de activación es mayor en la reacción A que en la B. d) Al aumentar la temperatura en la reacción A, aumenta la cantidad de producto formado: verdadero. Si analizamos la reacción A desde el punto de vista cinético, la reacción directa y la inversa se encuentran favorecidas por el aumento de la temperatura. La energía de activación para la formación de productos (reacción directa) es mayor que la energía de activación para la formación de los reactivos (reacción inversa). El aumento de la temperatura favorece más a la reacción cuya energía de activación sea mayor, por lo que el equilibrio se desplaza hacia la formación de productos favoreciendo a la reacción A directa. Por el principio de Le Châtelier, como la reacción A directa (formación de productos) es endotérmica, un aumento de la temperatura favorece a la reacción en la que se absorbe calor para así contrarrestar a la perturbación. El papel está continuamente en contacto con el oxígeno atmosférico y sin embargo no entra en combustión hasta que le aplicamos una cerilla encendida que, a su vez, tampoco se ha encendido hasta que la hemos frotado contra una superficie áspera. Explica estos hechos. Tanto la cerilla como el papel reaccionan continuamente con el oxígeno atmosférico, pero a una velocidad tan lenta que la reacción es inapreciable. El hecho de frotar Ia cerilla comunica la energía de activación necesaria al fósforo para entrar en combustión. Este, a su vez, con la energía desprendida en su propia combustión, es capaz de comunicar al papel la que necesita para vencer su energía de activación. U.D. 5: “CINÉTICA QUÍMICA” APARTADO 3 - ENERGÍA DE ACTIVACIÓN QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA 4 CONTESTA Y REPASA Para una reacción hipotética A + B C, en unas condiciones determinadas, la energía de activación de la reacción directa es 31 kJ, mientras que la energía de activación de la reacción inversa es 42 kJ. a) Representa, en un diagrama energético, las energías de activación de la reacción directa e inversa. b) La reacción directa, ¿es exotérmica o endotérmica? Razona la respuesta.
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