Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · Aragón · 2024

Observe el siguiente diagrama de energía potencial para una reacción química, y conteste razonadamente a las preguntas:



a) ¿Qué intervalo de energía de los mostrados corresponde a la energía de activación de la reacción? (0,3 puntos)

b) Indique qué intervalos de energía se verán afectados al usar un catalizador. ¿Qué efecto tendrá el catalizador en la velocidad de la reacción? (0,7 puntos)

c) ¿Cuál será el efecto que producirá en la velocidad de la reacción un aumento de la temperatura? (0,3 puntos)

d) Según este mismo diagrama, ¿qué intervalo de energía nos proporciona la $\Delta H$ de la reacción? Razone si la reacción es exotérmica o endotérmica. (0,7 puntos)

$\textbf{a) ¿Qué intervalo de energía de los mostrados corresponde a la energía de activación de la reacción? (0,3 puntos)}$

La energía de activación es la barrera que hay que superar para pasar de los reactivos al complejo activado, es decir, la diferencia entre el máximo de la curva y el nivel de partida.

En el diagrama esa diferencia es el intervalo 1, que va desde la línea de los reactivos hasta el punto más alto del perfil.

$\textbf{b) Indique qué intervalos de energía se verán afectados al usar un catalizador. ¿Qué efecto tendrá el catalizador en la velocidad de la reacción? (0,7 puntos)}$

Un catalizador no modifica los niveles energéticos de reactivos ni de productos: lo que hace es abrir un camino de reacción alternativo cuyo estado de transición está más bajo.

Por tanto se ven afectados los intervalos que llegan hasta el máximo de la curva, que son el intervalo 1 y el intervalo 3. Los intervalos 2, 4 y 5 miden posiciones de reactivos y productos y quedan intactos.

Al bajar la energía de activación, la fracción de choques con energía suficiente para reaccionar crece, y con ella la constante de velocidad: la reacción se hace más rápida.

$\textbf{c) ¿Cuál será el efecto que producirá en la velocidad de la reacción un aumento de la temperatura? (0,3 puntos)}$

Aumentarla. Al elevar la temperatura crece la energía cinética media de las moléculas, de modo que una proporción mayor de ellas alcanza la energía de activación y el número de choques eficaces por unidad de tiempo se dispara.

Se ve igual de bien en la ecuación de Arrhenius, donde la constante de velocidad depende exponencialmente de la temperatura:

$k = A\,e^{-E_a/RT}$

Nótese la diferencia con el apartado anterior: el catalizador actúa reduciendo $E_a$, mientras que la temperatura actúa sobre el propio factor exponencial sin tocar la barrera.

$\textbf{d) Según este mismo diagrama, ¿qué intervalo de energía nos proporciona la ΔH de la reacción? Razone si la reacción es exotérmica o endotérmica. (0,7 puntos)}$

La entalpía de reacción es la diferencia de energía entre productos y reactivos, y no tiene nada que ver con la altura del máximo:

$\Delta H = E(\text{productos}) - E(\text{reactivos})$

En el diagrama esa diferencia la mide el intervalo 5, el que une el nivel de los reactivos con el de los productos.

Los productos quedan por encima de los reactivos, así que $\Delta H > 0$: el sistema ha absorbido energía y la reacción es endotérmica.