Ejercicio resuelto de Velocidad · Química · Galicia · 2023

PREGUNTA 2.

2.1. Razone si la siguiente afirmación es verdadera o falsa: “el cloruro de potasio en estado sólido no conduce la electricidad, pero sí es un buen conductor cuando está disuelto en agua”
2.2. La ecuación de velocidad de una reacción es $v=k\cdot [\mathrm{A}{]}^2\cdot [\mathrm{B}]$: indique el orden de reacción con respecto a cada reactivo y justifique si al duplicar las concentraciones de A y de B, en igualdad de condiciones, la velocidad de reacción será ocho veces mayor.

$\mathbf{\text{2.1.}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{afirmaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{verdadera}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{falsa:}}\mathbf{\text{"el}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{conduce}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{electricidad,}}\mathbf{\text{pero}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{buen}}\mathbf{\text{conductor}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{disuelto}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua".}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La afirmación es $\mathbf{\text{verdadera}}$.

Para que una sustancia conduzca la corriente hacen falta $\mathbf{\text{cargas}}\mathbf{\text{libres}}$ capaces de desplazarse. El cloruro de potasio es un compuesto iónico, formado entre un metal alcalino y un halógeno con una diferencia de electronegatividad enorme, así que sus partículas son iones:

${\mathrm{K}}^{+}\text{y}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$

$\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}$ esos iones existen, pero están $\mathbf{\text{inmovilizados}}$ en las posiciones de la red cristalina por las fuertes atracciones electrostáticas entre cargas de signo contrario. Solo pueden vibrar en torno a su posición de equilibrio, no trasladarse. Al no haber cargas móviles, no hay corriente.

$\mathbf{\text{Disuelto}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}$ la situación cambia por completo. El agua es un disolvente muy polar: sus moléculas rodean a cada ion —orientando el oxígeno hacia los cationes y los hidrógenos hacia los aniones— y lo estabilizan, con lo que la energía de hidratación compensa la energía reticular y la red se deshace:

$\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{s})\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }{\mathrm{K}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

Los iones solvatados se desplazan con libertad, de modo que al aplicar una diferencia de potencial los cationes migran hacia el electrodo negativo y los aniones hacia el positivo. La disolución conduce.

Conviene añadir que el mismo razonamiento vale para el KCl $\mathbf{\text{fundido}}$: también conduce, porque al fundir se rompe la red y los iones quedan libres. Lo determinante no es el estado físico en sí, sino que los iones puedan moverse.



El orden respecto de cada reactivo es el exponente con que su concentración aparece en la ley de velocidad:

$\text{Orden respecto de A}=2\text{Orden respecto de B}=1$

El orden total es la suma de ambos:

$n=2+1=3$

Conviene recordar que estos exponentes son $\mathbf{\text{experimentales}}$ y no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos de la ecuación ajustada: dependen del mecanismo por el que transcurre la reacción.

En cuanto a la segunda parte, la afirmación es $\mathbf{\text{verdadera}}$. Basta sustituir las nuevas concentraciones en la ley de velocidad, teniendo en cuenta que $k$ no cambia, porque solo depende de la temperatura:

$v^{\mathrm{\prime }}=k(2[\mathrm{A}]{)}^2\cdot (2[\mathrm{B}])=k\cdot 4[\mathrm{A}{]}^2\cdot 2[\mathrm{B}]$

$v^{\mathrm{\prime }}=8k[\mathrm{A}{]}^2[\mathrm{B}]=8v$

La velocidad se hace, en efecto, ocho veces mayor. El factor sale de multiplicar la contribución de cada reactivo: A aporta $2^2=4$ por ser de orden dos, y B aporta $2^1=2$ por ser de orden uno.

En general, si todas las concentraciones se multiplican por un factor $f$, la velocidad queda multiplicada por $f^n$, donde $n$ es el orden total; aquí, $2^3=8$.