Ejercicio resuelto de Cinética química · Química · 2023

Indique, razonadamente, si son ciertas o falsas las siguientes propuestas, utilizando un diagrama de energía/avance de la reacción. Cuando se adiciona un catalizador a un sistema reaccionante:

a) La variación de entalpía de la reacción se hace más negativa, es decir, la reacción se hace más exotérmica y por tanto es más rápida. [1 punto]

b) Disminuye la energía de activación del proceso y aumenta la velocidad del mismo. [1 punto]

Los dos apartados se leen en el mismo diagrama. Un catalizador no toca ni el nivel de los reactivos ni el de los productos: lo único que hace es ofrecer un camino alternativo que pasa por un complejo activado de menor energía.



$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{variaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{entalp}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{hace}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{negativa,}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{decir,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{hace}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{exot}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{rmica}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{tanto}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{r}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{pida.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$, y hay dos errores encadenados en la frase.

El primero: la entalpía de reacción no cambia. Es la diferencia entre los dos niveles extremos del diagrama,

$\mathrm{\Delta }H=H_{\text{productos}}-H_{\text{reactivos}}$

y la entalpía es una $\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estado}}$: depende solo de los estados inicial y final, no del camino seguido. El catalizador cambia el camino, no los extremos, así que $\mathrm{\Delta }H$ es exactamente el mismo con él y sin él.

El segundo: aunque $\mathrm{\Delta }H$ se hiciera más negativo, eso no implicaría mayor velocidad. La termodinámica dice si una reacción puede ocurrir y cuánta energía intercambia; la cinética, a qué ritmo lo hace, y esta depende de la $\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{activaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, no de $\mathrm{\Delta }H$. Hay reacciones muy exotérmicas y lentísimas —la combustión del papel a temperatura ambiente, sin llama— y reacciones endotérmicas rapidísimas.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Disminuye}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{activaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{aumenta}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{velocidad}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{mismo.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

$\mathbf{\text{Verdadera}}$: es justamente la definición de catalizador.

En el diagrama, la barrera baja de $E_a$ a $E_a^{\mathrm{\prime }}$ al seguir el camino catalizado. La constante de velocidad depende de esa barrera según la ecuación de Arrhenius:

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

Al disminuir $E_a$ el exponente se hace menos negativo y $k$ crece, de modo que a la misma temperatura una fracción mucho mayor de choques resulta eficaz.

Dos matices que conviene añadir. El primero, que la barrera baja lo mismo en el sentido directo y en el inverso, porque las dos reacciones pasan por el mismo complejo activado: el catalizador acelera ambas por igual y por eso solo adelanta la llegada al equilibrio, sin desplazarlo. El segundo, que el catalizador se recupera al final del proceso y por eso no figura en la ecuación global.