REACCIONES IRREVERSIBLES

Muchas de las reacciones químicas con las que nos encontramos cotidianamente ocurren solamente en una dirección. Por ejemplo, cuando quemamos un combustible, éste se convierte en dióxido de carbono y vapor de agua. Pero sería imposible convertir nuevamente estos gases en el combustible original y oxígeno. Las reacciones que ocurren solamente en una dirección se denominan reacciones irreversibles. Sin embargo, algunas reacciones pueden ocurrir en ambas direcciones; es decir, no sólo los reactivos se pueden convertir en productos sino que estos últimos pueden descomponerse en las sustancias originales. Estas reacciones se denominan reacciones reversibles. Un caso de esto es el sulfato de cobre (II), un sólido blanco que, cuando se hidrata, forma un compuesto azul (la sal hidratada). Si se calienta este sólido, se puede observar el cambio de color contrario: de azul a blanco; es decir, se vuelve a formar la sal original.


Las reacciones reversibles se representan mediante una doble flecha:

REACTIVOS PRODUCTOS

Cuando no es posible observar variación en las propiedades de un sistema, se dice que se ha llegado al equilibrio. Si nos sentamos en un subibaja, éste se inclinará hacia la persona que sea más pesada, pero si nos vamos corriendo lentamente hacia el centro, llegará un momento en que quede nivelado: se dice que estamos en equilibrio. En este caso, el equilibrio es estático, ya que los componentes del sistema no están en movimiento y en cuanto se muevan, volverá a perderse equilibrio.
En los cambios químicos, el estado de equilibrio es d i n á m i c o, ya que, aun cuando ya no se observ a n variaciones, las reacciones continúan ocurriendo en ambos sentidos. Entonces, un sistema químico está en equilibrio cuando la velocidad de los procesos en ambos sentidos es la misma; es decir, cuando los reactivos se convierten en productos a igual velocidad que éstos se descomponen en reactivos.
Algunas reacciones utilizadas en la industria son reversibles. Esto es una desventaja, porque nunca la totalidad de los reactivos se convertirá en productos. Por lo tanto, es necesario encontrar las mejores condiciones para obtener la mayor cantidad de producto.

MOLECULARIDAD

Molecularidad en química es el número de entidades moleculares colisionando que están involucradas en una única etapa de reacción.

En cuanto al orden de una reacción es derivado experimentalmente, la molecularidad es un concepto teórico y puede ser solamente aplicando las reacciones elementales. En reacciones elementales, el orden de reacción, la molecularidad y los coeficientes estequiométricos son el mismo, más allá que solo numéricamente, porque ellos son conceptos diferentes.

  • Una reacción involucrando una entidad molecular es llamada unimolecular.
  • Una reacción involucrando dos entidades moleculares es llamada bimolecular.
  • Una reacción involucrando tres entidades moleculares es llamada termolecular.

Termoleculares en soluciones o mezcla de gases son muy raras, por causa de la improbabilidad de que tres entidades moleculares colisiones simultáneamente.

Más allá que el término termolecular sea también usado para referirse a reacciones de asociación de tres cuerpos del tipo:

Donde el M sobre la seta denota que para conservarse energía y momento una segunda reacción con un tercer cuerpo es requerido. Luego de la colisión bimolecular inicial de A y B una reacción intermediaria energéticamente excitada es formada, entonces, colisionan con un cuerpo M, en una segunda reacción bimolecular, transfiriendo la energía excedente para el.

La reacción puede ser explicada como dos reacciones consecutivas:

Estas reacciones frecuentemente tienen una región de transición dependiente de temperatura y presión con cinética entre segundo y tercer orden.

Algunas reacciones ocurren en un único paso. La reacción en que un átomo de cloro es transferido del ClNO2 para el NO para formar NO2 y CLNO es un buen ejemplo de reacción en un único paso.

ClNO2(g) + NO(g) NO2(g) + ClNO(g)

Otras reacciones ocurren en una serie de pasos individuales. N2O5, por ejemplo, se descompone en NO2 y O2 por un mecanismo de tres pasos.

Paso 1: N2O5 NO2 + NO3

Paso 2: NO2 + NO3 NO2 + NO + O2

Paso 3: NO + NO3 2 NO2

Los pasos de una reacción son clasificados en términos de molecularidad, que describe el número de moléculas consumidas. Cuando una única molécula es consumida, el paso es llamado como unimolecular. Cuando dos moléculas son consumidas, el paso es bimolecular.

Probemos determinar la molecularidad de cada paso en la reacción por la cual el N2O5 se descompone en NO2 y O2.

Todo lo que tenemos que hacer es contar el número de moléculas consumidas en cada paso de esta reacción para decidir que el primer paso es unimolecular y que los otros dos pasos son bimoleculares:

ORDEN DE REACCION

Las reacciones también pueden ser clasificadas en términos de su orden. La descomposición de N2O5 es una reacción de primer orden porque la tasa de reacción depende de la concentración de N2O5 elevada a la primera potencia

Tasa = k.[N2O5]

La descomposición del Hl es una reacción de segundo orden porque la tasa de reacción depende de la concentración del Hl elevada a la segunda potencia.

Tasa = k.[HI]2

Cuando la tasa de reacción depende de más de un reactivo, clasificamos la reacción en términos del orden de cada reactivo.

Ahora vamos a clasificar el orden de reacción entre el NO y el O2 para formar NO2:

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

Supongamos la siguiente ley de velocidad para esta reacción:

Tasa = k.[NO]2[O2]

Esta es una reacción de primer orden en O2, segundo orden en NO y tercer orden global.

La diferencia entre molecularidad y orden de una reacción es importante. La molecularidad de una reacción, o paso dentro de una reacción, describe lo que sucede a nivel molecular. El orden de reacción describe lo que sucede en escala macroscópica.

Determinamos el orden de la reacción observando si los productos de una reacción aparecen o los reactivos desaparecen. La molecularidad de la reacción es algo que deducimos para explicar estos resultados experimentales.