Ley de acción de masas – Química

La ley de acción de masas es un modelo matemático utilizado para describir fenómenos dinámicos en química, como la cinética de las reacciones químicas. La ley dice que la velocidad de una reacción química elemental, es decir, una reacción química que tiene lugar en un solo paso, es proporcional a la concentración de los reactivos. Considere la reacción hipotética:

Por ley, la velocidad de esta reacción es proporcional a las concentraciones de A y B.

Esta relación se transforma en igualdad introduciendo una constante de velocidad k, obtenemos la llamada ley de la velocidad de reacción:

Cada reacción tiene una velocidad constante que depende de la temperatura. El coeficiente estequiométrico también es importante para determinar la ley de velocidad, si dos moléculas de una especie participan en la reacción, la velocidad depende cuadráticamente de su concentración. Por ejemplo, en la siguiente reacción:

Tenemos:

En términos generales, podemos escribir la ley de reacción como:

Dónde es el orden de reacción de cada reactivo. La suma de los órdenes de todos los reactivos es el orden general de la reacción. Para las reacciones elementales, el orden es simplemente el coeficiente estequiométrico de la especie, que suele ser 1 o 2, lo que indica reacciones unimoleculares y bimoleculares, respectivamente. En la práctica, no todas las reacciones observadas son elementales, ya que en realidad son reacciones complejas que son el producto de varios pasos elementales. En estos casos, el orden de reacción no es solo el coeficiente estequiométrico y debe determinarse experimentalmente, sin restricciones en su valor, pudiendo incluso ser negativo, fraccional o nulo.

Es importante señalar que la velocidad de una reacción se puede expresar en relación con cualquiera de los participantes, incluidos los productos. Sin embargo, a menos que los coeficientes estequiométricos sean iguales, las velocidades serán diferentes dependiendo de la especie monitoreada. Considere la reacción:

Puede escribir la velocidad de reacción como la velocidad de cambio del componente A:

Mientras se consume una molécula de A, se consumen 2 moléculas de B y se forma una molécula de C, por lo que podemos relacionar las tasas de cambio de la siguiente manera:

La ley de acción de masas tiene implicaciones cinéticas, descritas anteriormente, así como termodinámicas, ya que el equilibrio químico se puede describir a través de esta ley. Se sabe que el equilibrio de las reacciones químicas no es estático sino dinámico, donde la velocidad de la reacción directa e inversa son iguales. Esto significa decir que:

Para una reacción como:

Tenemos que:

En el equilibrio:

Entonces podemos definir la constante de equilibrio para este sistema como:

Vemos que, según la ley de acción de masas, la constante de equilibrio de una reacción es la relación entre las constantes de velocidad de la reacción directa e inversa.