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Cinética Química

Sergio Lopez

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CINÉTICA QUÍMICA

Es una parte química que se encarga de estudiar la velocidad o rapidez con la que ocurren las reacciones químicas, el mecanismo de cómo consumen los reactantes y los factores que alteran la velocidad de una reacción química.

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VELOCIDAD DE REACCIÓN (Vrx)

Se define VELOCIDAD DE REACCION como el cambio de concentración de reactivo que desaparece, o de un producto de reacción que se forma, por unidad de tiempo.La velocidad de reacción se expresa de la siguiente forma:

En cinética, las concentraciones generalmente se expresan en molaridad ( representada por : [ ] )

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Consideremos la siguiente reacción elemental:

A + B C

Ejemplo: (CEPRE UNMSM) Ejemplo: (CEPRE UNMSM) Marque la alternativa que expresa la velocidad de reacción para la descomposición del pentóxido de dinitrógeno en oxígeno molecular y dióxido de nitrógeno, según la ecuación: 2 N2O5(g) 4 NO2(g) + O2(g)

 A) ∆[N2O5] / ∆t B) - ∆[O2] / ∆t C) - ∆[N2O5]2 / ∆tD) ∆[NO2]4 / ∆t E) ∆[O2] / ∆t

Solución:Solución:

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EjemploEjemplo: : La siguiente reacción química se realiza en un recipiente de 2L de capacidad: 4 NH3(g) + 3 O2(g) 6 H2O(g) + 2 N2(g)

Si al paso de 12 segundos se consume 68g de NH3, determine la velocidad media de formación del N2.

Solución:Solución:

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Velocidad de Reacción y su Estequiometría

Sea la reacción química :

aA + bB cC + dD

Las velocidades de reacción de los reactantes y productos están en relación a sus coeficientes estequiométricos.

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FACTORES QUE ALTERAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

1. TEMPERATURA

A medida que la temperatura es mayor, aumenta la energía cinética de las moléculas, lo que provoca que choquen con mayor frecuencia, y que la reacción se realice más rápidamente. Por lo tanto, cuando se eleva la temperatura de una reacción química, aumenta la velocidad de la misma.

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2. NATURALEZA DE LOS REACTANTES

Experimentalmente se a demostrado que la velocidad de reacción se duplica aproximadamente cada 10º C que aumenta la temperatura.

La velocidad de reacción varía mucho según la naturaleza de los reactivos. Por ejemplo, un trozo de sodio pierde inmediatamente su brillo debido a su reacción con el oxígeno y el agua atmosféricos. El hierro también reacciona con el oxígeno y la humedad del aire, formando herrumbre, pero de forma más lenta.En conclusión la rapidez de la reacción depende de las propiedades químicas de los reactantes.

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Oxidación del sodio (rápida)

Oxidación del hierro (lenta)

3. GRADO DE DIVISIÓN

Si los reactivos están finamente divididos, hay más superficie de contacto, es decir, más moléculas de reactivos que pueden chocar unas con otras, para romperse y formar las moléculas de los productos. Cuanto mayor sea el grado de división de los reactivos, con más velocidad se producirá la reacción.

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+ HCl ZnCl2 + H2 Reacción rápida

Zinc en polvo

+ HCl ZnCl2 + H2 Reacción lenta

Trozo de zinc

Se observa que el zinc pulverizado reacciona más rápido con el ácido clorhídrico que el zinc en trozo, debido a que presenta mayor superficie de contacto, por lo tanto los choques son más eficaces, aumentado así la velocidad.

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4. CONCENTRACIÓN DE REACTANTES

Mientras mayor sea la concentración de cada reactante que se utilice en una determinada reacción, mayor será la velocidad con que se formen el o los productos.

Esto porque a mayor concentración habrá más opciones de choque entre las moléculas, por lo tanto, más velocidad de reacción.

Por ejemplo, una astilla de madera arde con relativa rapidez en el aire (que contiene 20% de oxígeno) pero se inflama inmediatamente con oxígeno puro, que contiene mayor concentración de moléculas

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Ecuación de velocidadLa ecuación de velocidad es una expresión matemática que relaciona la velocidad instantánea de una reacción en un momento determinado con las concentraciones de los reactivos presentes en ese momento

Para una reacción del tipo: aA + bB cC + dD

La ley de velocidad es: v = k [A][B]β

Donde:

[A] y [B] son las concentraciones molares de los reactivos en un instante dado y β son exponentes calculados de forma experimentalk es la constante de velocidadv es la velocidad instantánea de la reacciónorden global o total de reacción = + β

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5. USO DE CATALIZADORES5. USO DE CATALIZADORES

Un catalizador es un agente que modifica la velocidad de una reacción química sin experimentar cambio al final de la misma. En una gran mayoría de casos los catalizadores son sustancias, pero a veces la luz o un campo eléctrico externo realizan también una labor catalizadora.

Para que se lleve a cabo una reacción química es necesario un cierto nivel de energía, esto se conoce como energía de activación.

Un catalizador acelera la velocidad de la reacción disminuyendo la energía de activación y sin modificar el producto y sin ser consumido durante la reacción.

Un inhibidor (catalizador negativo) es aquella sustancia que disminuye la velocidad de reacción

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MECANISMO DE REACCIÓN

Es el proceso o pasos elementales a través de los cuales los reactivos se convierten en productos.

De acuerdo al mecanismo de reacción, las reacciones se clasifican en:

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A.Reacciones sencillas (elementales) Son aquellas reacciones lentas que se llevan a cabo en una

sola etapa y se pueden controlar.

Sea la siguiente reacción elemental: a A + b B productos

La ley de velocidad es: v = k [A]a[B]b

El orden de la reacción es: a + b

EjemploEjemplo: : La expresión de velocidad para la reacción sencilla: A2 + 2 B 2 AB es:a)VRx = k[AB]2 b)VRx = k[A]2 [B]2

c)VRx = k[A]2 [2B]d)VRx = k[A2] [B]e)VRx = k[A2] [B]2

Solución:Solución:

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A.Reacciones sencillas complejas Son aquellas cuyo mecanismo consta de varias etapas.

Cada una de las reacciones que describen el mecanismo se llama reacción elemental. Si las reacciones elementales tienen diversas velocidades, la reacción más lenta determina la velocidad de la reacción

Ejemplo: Ejemplo: La siguiente reacción: 2 AB(g) + C2(g) A2(g) + 2 BC(g) es homogénea en fase gas y se lleva a cabo en dos etapas:

AB + C2 AC + BC reacción lentaAC + AB BC + A2 reacción rápida

 Indique verdadero (V) o falso (F) sobre esta reacción:I.Es una reacción sencilla.II.El orden total de la reacción es 3.III.El producto intermedio es AB.IV.La ley de velocidad está dada por VRx = k[AB]2[C2]V.La ley de velocidad depende de la etapa más lenta.

Solución:Solución:

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