CINETICA QUÍMICA

Msc. I.Q. Julissa Del Rocío Gamarra

Gonzáles

+

Este capítulo nos ayudará a resolver las siguientes interrogantes…

¿Cómo se puede predecir si una reacción se llevará a cabo o no?Una vez que una reacción se ha iniciado ¿Qué tan rápido procede?¿Cuánto avanzará la reacción antes de detenerse?

CINÉTICA QUÍMICA

Cinética química estudia la rapidez o velocidad con que ocurre una reacción química.

La rapidez de una reacción se expresa en el cambio de concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo.

Sea la ecuación química sencilla A B velocidad= -Δ [A] = Δ [ B] Δ t Δ t

Así la velocidad de reacción de los reactantes tendrá signo negativo pues su concentración disminuye con el tiempo mientras que la velocidad de reacción de los productos tendrá signo positivo pues su concentración aumenta con el tiempo.

Sea la ecuación química compleja a A + b B c C + d D

velocidad=

-1 Δ [A] =-1 Δ [ B]= 1 Δ [ C]= 1 Δ [ D ] a Δ t b Δ t c Δ t d Δ t

EJERCICIOS PROPUESTOS

Escriba las expresiones de velocidad para las siguientes reacciones en función de la desaparición de los reactivos y de la aparición de productos.

a) I- (ac)+ OCl-

(ac) Cl- (ac) +OI-

(ac)

b) 3O2 (g) 2O2 (g)

c) 4NH3 (g) +5 O2 (g) 4NO (g) +6H2O (g)

d)H2(g) +I2(g) 2HI(g)

e)5Br- (ac)+BrO3

- (ac)+ 6H-

(ac) 3Br2(ac)+3H2O(l)

FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE REACCION

La naturaleza de los reactantes.La concentraciónLa temperaturaEl grado de disgregación de los reactantes

(estado físico)Los catalizadores.

Ecuación para la ley de velocidad

ORDEN DE UNA REACCIÓN

El orden de una reacción es el número de veces en que la concentración del reactante afecta la velocidad de una reacción.

El orden de una reacción esta dado por la suma de los exponentes de las concentraciones que figuran en la expresión de la velocidad directa.

REACCIONES DE ORDEN CERO

SON AQUELLAS EN LA QUE LA CONCENTRACIÓN NO INFLUYE EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN,SINO OTROS FACTORES COMO LA ABSORCIÓN DE LA LUZ EN CIERTAS REACCIONES FOTOQUÍMICAS Y ELECTROQUÍMICAS.

TIENE POR ECUACIÓN DE VELOCIDAD V= K

REACCIONES DE PRIMER ORDEN

ES AQUELLA EN LA CUAL SE ENCUENTRA EXPERIMENTALMENTE QUE A UNA TEMPERATURA DADA,LA VELOCIDAD DE REACCIÓN ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA CONCENTRACIÓN DE LA UNICA SUSTANCIA REACCIONANTE.

ESTO PUEDE EXPRESARSE ASÍ PARA LA REACCIÓN A P V= K [A] -d [A]=K[A] dt

RELACION ENTRE LA CONCENTRACIÓN Y TIEMPO PARA LAS

REACCIONES DE I ORDEN

=K.t

= Concentración inicial del reactante A=Concentración del reactante A a un tiempo «t» cualquiera=Constante de velocidad específica de reacción=TiempoK t

EJERCICIOS PROPUESTOS

1.La conversión de cicloprapano en propeno en fase gaseosa es una reacción de primer orden, con una constante de velocidad es de 6.7 x10-4 s- 1 a 500 °C

a)Si la concentración inicial fue 0.25 M ¿Cuál será su concentración después de 8.8 min

b)¿cuánto tiempo tendrá que transcurrir para que la concentración del ciclopropano disminuya desde 0.25 M hasta 0.15M?

CH3-CH=CH2

EJERCICIOS PROPUESTOS

c ¿Cuánto tiempo tomará transformar el 74 % del material inicial?2.La reacción 2 A B es de primer orden respecto de A con una constante de velocidad de 2.8 x 10 -2 s-1 . ¿Cuánto tiempo tomará (en segundos) para que A disminuya desde 0.88 M hasta 0.14 M?

REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN

ES AQUELLA CUYA VELOCIDAD DE REACCIÓN ES PROPORCIONAL AL CUADRADO DE LA CONCENTRACIÓN DE UN ÚNICO REACTIVO O AL PRODUCTO DE LAS CONCENTRACIONES DE DOS ESPECIES DE REACCIONANTES.

EN LA REACCIÓN A P V= K [A] 2 EN LA REACCIÓN A+B P V= K [A] 2 V=K [B] 2

V= K [A][B]

RELACION ENTRE LA CONCENTRACIÓN Y TIEMPO PARA LAS REACCIONES DE II ORDEN, DEL TIPO A PRODUCTOS

EJERCICIOS PROPUESTOS

1.En fase gaseosa, los átomos de yodo se combinan para formar yodo molecular. I (g) + I (g) I2 (g)

Esta reacción sigue una cinética de segundo orden y tiene un alto valor de constante de velocidad de 7.0x109 /M.s a 23°cSi la concentración inicial del yodo era de 0.886 M, calcule la concentración después de 2 minutos.

EJERCICIOS PROPUESTOS

2. La reacción 2 A B es de segundo orden y su constante de velocidad es 51 /M.min a 24 °Ca)Iniciando con [A]=0.0092 M ¿Cuánto tiempo tomará para que [ A ]= 3.7 x 10 -3 M?3.La constante de velocidad para la reacción de segundo orden 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)

es 0.54/M.s a 300°C ¿Cuánto tiempo tomará (en segundos) para que la concentración de NO2 disminuya desde 0.62 M hasta 0.28 M ?

TEORIA DE LAS COLISIONES DE LA CINÉTICA QUIMICA

LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUIMICAS AUMENTA CUANDO AUMENTA LA TEMPERATURA SON MUY POCOS LOS CASOS EN LO QUE ESTO NO SE CUMPLE.

GENERALMENTE LAS REACCIONES QUIMICAS OCURREN COMO RESULTADO DE LAS COLISIONES ENTRE LAS MOLÉCULAS DE LAS SUSTANCIAS REACCIONANTES…

DE ALLI QUE SE DIGA QUE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL NÚMERO DE COLISIONES POR SEGUNDO (FRECUENCIA DE COLISIONES MOLECULARES)

ES DECIR A MÁS MOLÉCULAS MÁS COLISIONES

ESTO EXPLICA LA DEPENDENCIA DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN CON RELACIÓN A LA CONCENTRACIÓN.

PARA UNA REACCIÓN A+B PRODUCTOS LA REACCIÓN OCURRIRA SIEMPRE QUE UNA MOLÉCULA DE “A” CHOQUE CON UNA MOLÉCULA DE “B”.

PERO LA COLISIÓN NO GARANTIZA LA REACCIÓN ESTA DEBE ALCANZAR CIERTA ENERGÍA MÍNIMA SIN LA CUAL NO ES POSIBLE LA REACCIÓN:ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

LA ESPECIE FORMADA TEMPORALMENTE AL ALCANZAR DICHA ENERGÍA SE LLAMA COMPLEJO ACTIVADO.

TEORÍA DEL COMPLEJO ACTIVADO

También denominado como teoría del estado estacionario. Para que los reactantes se conviertan en productos deben atravesar una barrera de energía.

ECUACIÓN DE ARRHENIUS

ARRHENIUS DEMOSTRÓ LA DEPENDENCIA DE LA CONSTANTE “K” CON RESPECTO A LA TEMPERATURA.

Ea=ENERGÍA DE ACTIVACIÓN, KJ/MOLR= 8.314 J/MOL.°KT=°KA=FACTOR DE FRECUENCIA DE COLISIONES

MOLECULARES

EJERCICIOS PROPUESTOS

1.-La constante de velocidad de una reacción de primer orden es 3.46 x 10-2 s-1 a 298 K ¿Cuál es la constante de velocidad a 350 K si la energía de activación para la reacción es 50.2 KJ/mol?

2. La constante de velocidad de primer orden para la reacción de cloruro de metilo (CH3Cl) con agua para producir metanol (CH3OH) y ácido clorhídrico (HCl) es 3.32 x 10-10 s-1 a 25 °C. Calcule la constante de velocidad a 40°C si la energía de activación es 116 KJ/mol.

EJERCICIOS PROPUESTOS

3.La constante de velocidad para una reacción de primer orden es 4.60 x 10-4 s-1 a 350 °c .Si la energía de activación es 104 KJ/mol .Calcule la temperatura a la cuál la constante de velocidad será 8.80 x 10-4 s-1.

4.Dadas las concentraciones de los reactivos en la siguiente reacción:

CO (g)+ Cl2(g) COCl2

a 250 °C es 1.50x 103 más rápida que la misma reacción a 150°c. Calcule la energía de activación para esta reacción. Suponga que el factor de frecuencia permanece constante.

EJERCICIOS PROPUESTOS

5.Para la reacción NO(g)+O2(g) NO2(g)+O2(g)

El factor de frecuencia A es 8.7x1012 s-1 y la energía de activación es 63 KJ/mol ¿Cuál es la constante de velocidad a 75 °c ?

6. Para que una muestra de leche se vuelva agria es 40 veces más rápida que cuando se mantiene a 4°c Estimar la energía de activación para este proceso. Suponga que el factor de frecuencia permanece constante.