Post on 16-Jan-2017
Cinética y EquilibrioQuímico
Abdías I. FuentesColegio Secundario de Volcan
Introducción
PROCESO QUÍMICO: puntos de vistaTERMOQUÍMICA -> ∆H energía intercambiada (calor a P cte); ∆S variación en el grado de desorden; ∆G revela porqué el proceso ocurre espontáneamente en un determinado sentido y no en otro
CINÉTICA QUÍMICA -> v velocidad con que transcurre el proceso, factores que influyen y mecanismo por el que ocurre
EQUILIBRIO QUÍMICO -> Kc en qué extensión ocurre una reacción; en el estado de equilibrio las concentraciones de las sustancias permanecen constantes
Reacciones lentas y rápidas
Muy rápida (explosiva) a temperatura ambienteNa (s) + H2O(l) →NaOH(aq) + ½H2(g)
Muy lenta a temperatura ambienteH2(g) + I2(g) → 2 HI (g)
Muy lento a tª ambiente y muy rápido a 500 °CH2(g) +½ O2(g) → H2O (l); ∆G°=-236kJ
Velocidad de reacción
0 2 4 6 8 10tiempo (min)
0.08
0.16
0.24
0.32
[M]
[N2O5]
[NO2]
[O2]
Δ[c]ΔtVelocidad=
Velocidad de reacciónLa velocidad de reacción es una magnitud positiva que expresa cómo cambia la concentración de un reactivo o producto con el tiempo.
EJ. 2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)
1. Velocidad de reacciónEs el cambio en la concentración de un reactivo (o de un producto) que tiene lugar en un período de tiempo unidad (1 segundo) - Unidades: mol·L-1·s-1
La concentración de los reactivos disminuye con t
La concentración de los productos aumenta con t
tiempoproductos
tiempotesreac
][]tan[
Las reacciones químicas se producen por los choques eficaces entre las moléculas de reactivos
I
I
HH
Choqueeficaz
No eficaz
I
I
I
I
HH
HH
I
I
H
H
I
I
HH
I2 + H2
HI + HI
I2 H2
Veamos la reacción de formación del HI a partir de I2 e H2
Además del choque adecuado las moléculas tienen que tener una energía suficiente, esta energía mínima se denomina energía de activación.
Teoría de las colisiones
2. Factores que influyen en la velocidad
LA NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS
LA CONCENTRACIÓN
LA TEMPERATURA
LA PRESIÓN
LOS CATALIZADORES
Factores que influyen en la velocidad
LA NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS:
Las reacciones entre iones en disolución son muy rápidas;
Las reacciones homogéneas en las que intervienen líquidos y gases son más rápidas que aquellas en las que intervienen sólidos.
La reacción es más rápida si aumenta la superficie de contacto o si elevamos el nivel de agitación
Factores que influyen en la velocidad
LA CONCENTRACIÓN DE LOS REACTIVOS
En las reacciones en las que intervienen sustancias gaseosas o sustancias en disolución, un aumento de la concentración de los reactivos provoca un incremento en la velocidad de la reacción.
aA + bB cC + dD
A y B reactivos de la reacción
a y b son los coeficinetes estequiométricos para balancer la ecuación química
ba BxAKV ][][
Factores que influyen en la velocidad
LA TEMPERATURA
La experiencia indica que al elevar la temperatura, la velocidad de cualquier reacción aumenta, tanto si se trata de una reacción exotérmica como si es endotérmica
Arrhenius (1889)
la constante de proporcionalidad k crece de forma exponencial con la temperatura
k=A· e−EaR·T
Factores que influyen en la velocidad
LA PRESIÓN
En el caso de que los reactantes sean gases al aumentar la presión del gas, que participa en la reacción, se aumenta la concentración de este y por lo tanto aumenta la velocidad de la reacción química
Si se disminuye el volumen del recipiente las partículas se encuentran más fácilmente y la velocidad es mayor
Factores que influyen en la velocidad LOS CATALIZADORES
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción sin experimentar al final de la transformación variaciones en su estructura o en su concentración.
Existen catalizadores positivos que aceleran la velocidad y catalizadores negativos que disminuyen la velocidad de la reacción química.
Los catalizadores son específicos de cada reacción.
P.e.: Döbereiner encontró, en 1823, que el hidrógeno arde en el aire a temperatura ambiente en presencia de “esponja” de platino
Factores que influyen en la velocidad
LOS CATALIZADORES : Disminuyen la energía de activación, que necesita la reacción, para que ésta ocurra
4. Ecuación de velocidadPara la reacción : aA + bB cC + dD
k constante de velocidad (depende de la naturaleza reactivos y la temperaura)
[A] concentración del reactivo A, en mol/L
[B] concentración del reactivo B, en mol/L
a orden de reacción respecto al reactivo A b orden de reacción respecto al reactivo B
a + b orden de reacción total
ba B·Ak·=v
4. Ecuación de velocidad Ej: I2(g) + H2(g) → 2 HI (g)
v=k · [ I 2 ] · [H 2 ]● la reacción es de segundo orden (el orden
total de reacción es 2)● la reacción es de primer orden respecto al
yodo (el orden de reacción respecto al yodo es 1)
● la reacción es de primer orden respecto al hidrógeno (el orden de reacción respecto al hidrógeno es 1)
4. Ecuación de velocidadEj: 2SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)
22
2 O·SOk·=v● orden de reacción ___________● si se mantiene constante la
concentración de O2 y se duplica la de SO2 entonces la velocidad de reacción se hace ______________
Equilibrio Químico
EQUILIBRIO QUÍMICO :INTRODUCCIÓNEl concepto de equilibrio es fundamental para
conocer y entender la química y el comportamiento de las sustancias.
En la constante de equilibrio se refleja la tendencia que tienen las sustancias de reaccionar, así como también, la dirección y magnitud del cambio químico.
Todas las reacciones químicas pueden ser descriptas bajo una condición de equilibrio.
Todos los sistemas químicos alcanzan en el tiempo la condición de equilibrio
El estado de equilibrio químico es de naturaleza dinámica y no estática.
Cuando se coloca en un recipiente de volumen conocido a temperatura constante una muestra de 2N2O5(g), éste se descompone:
2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)
Cuando la concentración de los productos aumenta los mismos se convierten en reactantes:
4NO2(g) + O2(g) 2N2O5(g)
El equilibrio en sistemas químicos
Finalmente, las dos reacciones evolucionan de modo tal que sus velocidades se igualan, estableciéndose un equilibrio químico.
Bajo estas condiciones la reacción es reversible y se representa de la siguiente manera:
2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)
En una reacción reversible, la reacción ocurre simultáneamente en ambas direcciones.
Lo anterior se indica por medio de una doble flecha
En principio, casi todas las reacciones son reversibles en cierta medida.
Reacciones Reversibles
Constante de equilibrio, KeqUna vez alcanzado el equilibrio las concentraciones
de reactantes y productos no cambian en el tiempo.
El equilibrio dinámico establece que a medida que el reactante se descompone, los productos se combinan entre sí para mantener las concentraciones constantes, las cuales se relacionan en la siguiente ecuación (productos en el numerador, reactivos en el denominador):
4
2
eq
22
2 5
; donde indica las
concentraciones en moles/litro y K es
la constante de eq
.
uilibrio.
eq
NO OK
N O
La velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactivos.
Las reacciones son el resultado de las colisiones entre moléculas de reactivos. Cuanto mayor es [moléculas], mayor es el número de colisiones por unidad de tiempo, por lo que la reacción es más rápida. Cuando el reactivo limitante se consume, la velocidad es cero.
Velocidad = k [N2O5]
0 0.04 0.1
0.02
0.04
0.06
Velocidad
[N2O5]0.08
- Expresión de la velocidad de reacción para la descomposición de N2O5
k =constante de velocidad
Considere la siguiente reacción:
aA + bB cC + dD
[C]c x [D]d
[A]a x [B]b
( [ ] = mol/litro )
Expresión general de Keq
Keq =
Las constantes de equilibrio proporcionan información muy útil sobre si la reacción se desplaza hacia la formación de productos o hacia la formación de reactivos.
Keq > 1, se desplaza hacia la formación productos, predominan los
productos en el equilibrio, reacción directa
Keq < 1, se desplaza hacia la formación de reactivos, predominan los
reactantes en el equilibrio, reacción inversa
Keq = 1 , reactante y productos en igual concentración
El equilibrio del sistema NEl equilibrio del sistema N22OO44-NO-NO22
N2O4 congelado es incoloro
A temperatura ambiente el N2O4 se descompone en NO2
(marrón)
El equilibrio químico es el punto donde las concentraciones de
todas las especie son constantes
Ejemplo de equilibrio químico
El punto en el cual la velocidad de descomposición:
N2O4(g) 2NO2(g)
es igual a la velocidad de dimerización:
2NO2(g) N2O4(g)
es un equilibrio dinámico.
El equilibrio es dinámico porque la reacción no ha parado: Las velocidades de los dos procesos son iguales
V reacción directa = V reacción inversa
En el equilibrio, el N2O4 reacciona para formar una determinada cantidad NO2, y esta misma cantidad de NO2(g) reacciona para volver a formar N2O4.
Equilibrio químico dinámico
N2O4(g) 2NO2(g)
Muchas gracias…