© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química CINÉTICA QUÍMICA

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Cinéticaquímica

CINÉTICA

QUÍMICA


Cinéticaquímica Cinética

• La cinética estudia la velocidad a la que suceden los procesos químicos.

• Además de la información acerca de la velocidad a la que suceden las reacciones, la cinética también puede dar idea del mecanismo de reacción (cómo sucede exactamente la reacción).


Cinéticaquímica

• Se debe introducir el factor tiempo y medir la velocidad con que transcurren las reacciones químicas.

• Entenderemos por velocidad: “La velocidad: “La cantidad de sustancia que se cantidad de sustancia que se transforma por unidad de tiempo”.transforma por unidad de tiempo”.

• Dos aspectos importan industrialmente: Acelerar o retardar reacciones. Reacciones que constituyen equilibrio químico.


Cinéticaquímica Modelo de colisiones

Las moléculas deben colisionar con la orientación correcta y con la energía suficiente para ocasionar la ruptura y formación de enlaces.


Cinéticaquímica ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

• Es la Emin para que los choques sean efectivos, se rompan y formen enlaces.

• Es la responsable de que las moléculas reaccionantes rompan sus enlaces y se reordenen para formar los productos.

• Se forma un estado de transición de alto contenido energético, pero menos estable que reactantes y productos, llamado complejo activado.complejo activado.


DisolucionesCinéticaquímica

Diagramas coordinadosde la reacción

• El diagrama muestra la energía de los reactivos y productos (y, por lo tanto, E).

• El punto alto en el diagrama es el estado de transición.

• A la especie presente en el estado de transición se le llama complejo activado.

• El espacio de energía entre los reactivos y el complejo activado es la barrera de la energía de activación.


Disoluciones• La energía de activación corresponde a la diferencia de la Ereactivos y la Ecomplejo act. en una reacción directa.

• El cambio de energía de la reacción ∆E, corresponde a la diferencia de energía entre reactantes y productos.

• Si definimos como ENTALPIA (H) a la función de estado que nos permite medir los cambios de E en forma de calor(Q) en una reacción química, a presión constante, tendremos que ∆E = ∆H. Es decir ∆H corresponde al Q absorbido o cedido en una reacción, a P=cte.


DisolucionesReacción Endotérmica:

Reacción Exotérmica:



Distribuciones deMaxwell–Boltzmann

Esta fracción(f) de moléculas puede determinarse a través de la expresión:

donde R = 8.314 J/mol°K y es la cte. de los gases.T es la temperatura en grados Kelvin.

f = e-Ea

RT


Cinéticaquímica La ecuación de Arrhenius

Svante Arrhenius desarrolló una relación matemática entre k (constante de velocidad) y Ea:

k = A e

donde A es el factor de frecuencia; un número que representa la probabilidad de que las colisiones sucedan con la orientación apropiada para la reacción.

-Ea

RT


Cinéticaquímica

FACTORES QUE AFECTAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN.

Son condiciones que favorecen el desarrollo de una reacción química, aumentando o disminuyendo su velocidad de reacción, son:

• Temperatura• Concentración• Estado físico de los reactantes• Catalizadores• Presión• Volumen


Cinéticaquímica

• Para la reacción simple:

A B

La velocidad de la reacción se puede medir en términos de la variación de los reactantes o de los productos en un intervalo de tiempo, es decir:

v = -Δ[A] → disminución del reactante A

Δt

v = Δ[B] → formación del producto B

Δt

Velocidades de reacción


Cinéticaquímica

La velocidad de una reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactantes ( [A] ), luego:

v α [A]v = k [A]

Expresión de la velocidad reacción para A → B donde k es la constante de proporcionalidad y

recibe el nombre de “constante de velocidad”. La unidad de veloc. es (moles/lt)/seg. → M/seg.

Velocidades de reacción


Cinéticaquímica Constante de velocidad.

• La constante de velocidad o constante especifica de velocidad (k), es función de la naturaleza de los reactivos, la presión y fuertemente de la T°.

• Su valor es característico de cada reacción, no depende de la concentración de los reactivos y se determina experimentalmente.

• Sus unidades dependen del orden de la reacción.


Cinéticaquímica Ley de velocidad

• Para una reacción del tipo:

aA + bB cC + dD

La expresión de la velocidad de reacción o Ley de velocidad, queda dada por:

v = k [A]α[B]β

α → orden parcial de la reacción c/r react. A

β → orden parcial de la reacción c/r react. B

α+β → orden total de la reacción

Los valores de α,β se det. experimentalmente y no coinciden con los coef. esteq. de la reacc.



Velocidades de reacción y estequiometría

• Para la reacción:

• Las velocidades de reacción (v) se relacionan con los coeficientes estequiometricos, así:

• Solo en reacciones elementales los ordenes de reacción coinciden con los coef. esteq.

aA + bB cC + dD

v = −1a

[A]t = −

1b

[B]t =

1c

[C]t

1d

[D]t=


Cinéticaquímica Reacción de orden cero

• Su grafica de vreacc. vs [React.], es una recta paralela al eje de las “x”.

• Luego, la veloc. es cte → v = k → v = -Δ[A]/Δt = k[A]0 = k Ej: disociación del agua: 2H2O → 2H2 + O2

Si una

Si una reacción es de orden cero (0),con respecto a un reactivo, los cambios de su concent. no afectan su velocidad.


Cinéticaquímica

Reacción de orden uno

Existe una relación directamente proporcional entre la veloc. y la concent. de los reactivos.

Expresión ley de velocidad → v = k[A] = -Δ[A]/Δt Relación lineal del tipo → y = mx + n , donde la pendiente de la recta corresponde a la constante de velocidad y n = v0 (generalmente 0)


Cinéticaquímica Reacción de orden dos

La veloc. crece exponencialmente con la concent.→ curva exponencial, al duplicar la concent. la veloc. aumenta en un factor al cuadrado.

Ley de veloc.→ v = k[A]2 = -Δ[A]/t

Para la reacción: A+B → Productos: v = k[A][B]

Ej: Descomposición NO2 → NO + O2 ,a 300°C


Cinéticaquímica Mecanismos de reacción

• Las reacciones pueden suceder a través de una o de varias etapas.

• A cada uno de estos procesos se le llama reacción elemental o proceso elemental.


Cinéticaquímica Mecanismo de reacción

• Normalmente las etapas de una reacción química no ocurren a la misma velocidad.

• La velocidad de reacción y Ea que nos interesa es la etapa mas lenta, ya que es la determinante de la cinética.

• La velocidad de una reacción esta determinada por la etapa mas lenta del mecanismo, llamada etapa determinante de la velocidad.


Cinéticaquímica Molecularidad

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