Cinetica Quimica-Generalidades

7/30/2019 Cinetica Quimica-Generalidades

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CinCinticatica QuQumicamica

La Cintica Qumica es la rama de la ciencia queestudia las velocidades con que ocurren lasreacciones.

Principales Factores que afectan la velocidad de

reaccin: Concentracin de reactivos

Temperatura Catalizador

rea Superficial


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VelocidadVelocidad dede reaccireaccinn

AABB


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VelocidadVelocidad dede reaccireaccinn

La velocidad de una reaccin se mide a travs dela velocidad con que desaparecen los reactivos oque se forman los productos.

Para una reaccin: A B

t

molesA

t

molesB

=

=

)()(

mediaVelocidad

( ) ( )

min0-min10

0aBmoles10aBmoles ===

tt

mol/min026.0

min0-min10

mol0-mol26,0==


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VelocidadesVelocidades enen funcifuncinn dede concentraciconcentracinn..

C4H9Cl(aq) + H2O(l) C4H9OH(aq) + HCl(aq)


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VelocidadVelocidad instantinstantneanea dede reaccireaccinn:: eses lala

pendientependiente de lade la curvacurva a una un tiempotiempo dado.dado.

[ ]t

A

v

=

[ ]

t

Bv

=


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VelocidadVelocidad dede reaccireaccinn yy estequiometrestequiometraa Para la reaccin:

C4H9Cl(aq) + H2O(l) C4H9OH(aq) + HCl(aq)

En general:

aA + bB cC + dD

[ ] [ ]

t

OHHC

t

ClHCV 9494

=

=

[ ] [ ] [ ] [ ]t

D1

t

C1

t

B1

t

A1V

d

d

dd

d

cd

d

bd

d

a====


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EcuaciEcuacinn General deGeneral de VelocidadVelocidad

aA + bB cC + dD

[ ] [ ]yx BAkv =k: constante de velocidad especfica (T, reaccionantes)

x, y: rdenes de reaccin para cada reactivo (0, 1, 2,

, etc.)Deben determinarse experimentalmente

x + y: orden de reaccin total


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DependenciaDependencia de lade la velocidadvelocidadcon lacon la

concentraciconcentracinn dede reactivosreactivos..

NH4+(aq) + NO2-(aq) N2(g) + 2H2O(l)


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CambioCambio de lade la concentraciconcentracinn enenfuncifuncinn

deldeltiempotiempo..Orden Cero v= k [A]0

ktcc

ktcc

dtkdcv

kdtdcv

kkcdt

dc

v

c

co

t

=

=

==

==

===

0

0

0

0

k

ct

ktcc

medio

medio

2

21

0

00

=

=


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Orden Uno v= k [A]

ktcc

ktcc

dtkcdc

kdtc

dc

kcdt

dcv

c

co

t

lnln

lnln

0

0

0

=

=

=

=

==

k

t

ktcc

medio

medio

2ln

ln2

ln 00

=

=


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ReaccionesReacciones de Primerde Primer OrdenOrden

ktcc lnln 0 =


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TiempoTiempo oo vidavida media:media: tiempotiempo necesarionecesario parapara queque

sese reduzcareduzca lala concentraciconcentracinn inicialinicial a laa la mitadmitad


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0

02

2

2

11kt

cc

dtkc

dc

kdtc

dc

kcdt

dcv

c

co

t

=

=

=

==

Reacciones de Segundo orden (x= 2)

0

00

0

1

12

11

kct

kt

cc

ktcc

medio

medio

=

=

+=


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ReaccionesReacciones de Segundode Segundo OrdenOrden

0

11 ktcc

+=


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VelocidadVelocidaddede reaccireaccinnyy TemperaturaTemperatura

La mayora de las

reacciones qumicas seaceleran a mayortemperatura.

La T afecta el valor de k


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Para poder reaccionar, las molculas de reactivos debenchocar entre s, con la energa y la orientacinapropiadas.

A > concentracin de reactivos hay > n de colisiones y >formacin de producto: > velocidad de reaccin.

A > T, las molculas se mueven ms rpido, hay mscolisiones de alta energa y por lo tanto se acelera la

reaccin.

VelocidadVelocidadyy TemperaturaTemperatura:: modelomodelo dede colisionescolisiones


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TemperaturaTemperaturayy VelocidadVelocidad::EcuaciEcuacinn dedeArrheniusArrhenius

Energa de Activacin:

mnima energanecesaria para queocurra la reaccin.

Complejo activado: compuesto intermedio inestable, dealta energa.


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TemperaturaTemperaturayy VelocidadVelocidad::EcuaciEcuacinn dedeArrheniusArrhenius

RTaE

Aek

=

ART

Ek a lnln +

=

121

2 11ln

TTR

E

k

k a

A: Factor de frecuencia; probabilidadde colisin.

A y Ea: especficos para cada reaccin.


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TemperaturaTemperaturayy VelocidadVelocidad::EcuaciEcuacinn dede

ArrheniusArrhenius

RT

aE

Aek

=


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MecanismosMecanismos dede reaccireaccinn..

La ecuacin qumica balanceada da informacinglobal cuali-cuantitativa de los reactivos y productosque intervienen en la reaccin.

2 A + B C

El mecanismo de reaccin propone cules son lospasos a travs de los cuales ocurre la reaccin.

A + B D

A + D C

2 A + B C


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Paso oPaso o EtapaEtapa Elemental:: eses cualquiercualquier procesoprocesoqueque ocurreocurre enen unauna solasola etapaetapa..

Molecularidad: es el nmero de molculas queintervienen en una etapa elemental (unimolecular,bimolecular, termolecular).

Velocidad de una etapa elemental: dado queocurre en una sola etapa, los coeficientes en laecuacin de velocidad son directamente los

coeficientes estequiomtricos. Unicamente vlidopara etapas elementales.

A + B

D v= k [A] [B]

MecanismosMecanismos dede reaccireaccinn..


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LeyLey dede velocidadvelocidad yy mecanismosmecanismos dede reaccireaccinn..

La velocidad de una reaccin que ocurre en variospasos est determinada por la velocidad de la reaccinms lenta.

2NO2 (g) + F2 (g) 2NO2F (g) v = k[NO2][F2]

NO2 (g) + F2 (g) NO2F (g) + F v = k1 [NO2][F2] (lenta)

NO2 (g) + F

NO2F (g) v = k2 [NO2][F] (rpida)


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MecanismosMecanismos concon unauna etapaetapa rrpidapida inicialinicial::

2NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g) v = k[NO]2[Br2] Mecanismo propuesto:

v = v2 = k2[NOBr2][NO]

Si la primera etapa rpida alcanza el equilibrio:

NO(g) + Br2(g) NOBr2(g)k1

k-1

NOBr2(g) + NO(g) 2NOBr(g)k2

rpido

lento

[ ] ]Br][NO[NOBr 21

12

=

k

k

]Br[]NO[v 22

1

12

=

k

kk

C tC tli ili i


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CatCatlisislisis

Un catalizador es una sustancia que acelera unareaccin qumica. Interviene en la misma, perono se consume en forma neta.

Hay dos tipos de catlisis:homognea yheterognea.

CatCatlisislisis homoghomogneanea El catalizador y los reactivos y productos de lareaccin estn en la misma fase.

2H2O2(aq) 2H2O(l) + O2(g)2Br-(aq) + H2O2(aq) + 2H+(aq) Br2(aq) + 2H2O(l).Br2(aq) + H2O2(aq) 2Br-(aq) + 2H+(aq) + O2(g).


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UnUn catalizadorcatalizador disminuyedisminuye lala energenergaa dede

activaciactivacinn (Ea)(Ea)

RTaE

Aek

=


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CatCatlisislisis HeterogHeterogneanea El catalizador se encuentra

en una fase diferente a la de

los reactivos y productos. Ejemplo:convertidor cataltico para los gases deescape de autos (slido: gas).

La mayora de los catalizadores industriales sonheterogneos.

El primer paso es la adsorcin: unin de reactivos ala superficie. Las especies adsorbidas son muy reactivas.


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CatalizadoresCatalizadores biolbiolgicosgicos::EnzimasEnzimas

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