QUÍMICATEMA 5: “CINÉTICA QUÍMICA”

En este tema vamos a estudiar la velocidad de las reacciones químicas.

Velocidad de reacción química

• La velocidad de una reacción expresa el cambio de la concentración de un

reactivo o producto con el tiempo.

• Para la siguiente reacción:

aA + bB ↔ cC + dD

– Velocidad media:

– Velocidad instantánea:

1 1 1 1A B C Dv

a t b t c t d t

1 1 1 1d A d B d C d Dv

a dt b dt c dt d dt

Factores que afectan a la velocidad de reacción

• Naturaleza de los reactivos.

• Facilidad de los reactivos para entrar en contacto: al aumentar el área de contacto aumenta la velocidad de reacción.

• Concentración de los reactivos: al aumentar la concentración de los reactivos aumenta la velocidad de reacción.

• Temperatura del sistema: al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de reacción.

• Presencia de un catalizador: aumenta la velocidad de reacción sin participar en ella.

Orden de reacción• Para una reacción del tipo aA + bB → Productos, la ley de la velocidad de la

reacción es:

• “m” es el orden de reacción respecto al reactivo A.

• “n” es el orden de reacción respecto al reactivo B.

m nv K A B

• “m+n” es el orden total de la reacción.

• “K” es la constante de la velocidad.

Mecanismo de reacción• Se trata de un conjunto de etapas elementales, que pretenden justificar,

para una reacción química, la ecuación de velocidad obtenida

experimentalmente.

• Reacciones elementales son las que tienen lugar en una sola etapa.

• Molecularidad de una reacción elemental es el número de moléculas que

actúan como reactivos en la etapa única de la reacción.

• En una reacción elemental, el orden de la reacción coincide con la

molecularidad (coeficientes estequiométricos).

• Si la reacción no es elemental, los exponentes de la ecuación deben

determinarse experimentalmente.

• La etapa lenta de la reacción es la etapa determinante de la velocidad de

reacción.

• Teoría del estado de transición:

– En las reacciones químicas, cuando las moléculas chocan, se forma un

compuesto intermedio o de transición denominado complejo activado,

en el que se está produciendo al mismo tiempo la rotura de unos

enlaces y la formación de otros nuevos.

– En este caso la energía de activación se corresponde con la energía

que se necesita para formar el complejo activado.

• Perfil de una reacción:

– Se representa la energía potencial de las sustancias participantes en la

reacción frente a la coordenada de la reacción.

– Ejemplo del perfil de una

reacción exotérmica:

Catálisis

• Catálisis homogénea:

– El catalizador y los reactivos se encuentran en el mismo estado físico.

– La concentración del catalizador suele intervenir en la expresión de la

velocidad de reacción.

– Ejemplo: descomposición del agua oxigenada. Proceso lento que se ve

acelerado por la presencia de iones yoduro:

• Catálisis heterogénea:

– El catalizador se encuentra en distinto estado físico que los reactivos.

– Lo más frecuente es que los reactivos sean gases y el catalizador

sólido (V, Fe, Ni, Al, etc).

– Importancia industrial. Ejemplo: eliminación de sustancias

contaminantes de los gases procedentes de la combustión.

2 2 2

2 2 2 2

H O I H O IO

H O IO H O O I2 2v K H O I

Teoría de las reacciones químicas

• Teoría de colisiones:

– Las reacciones químicas se producen por choques, que deben ser

eficaces, entre los reactivos.

– El que los choques entre los reactivos sean eficaces significa que:

• La energía con la que chocan las moléculas es suficiente para

romper unos enlaces y formar otros. Esta energía, que únicamente

de deberá a la energía cinética de las moléculas, recibe el nombre

de Energía de activación.

• La orientación con la que se aproximan las moléculas de los

reactivos es la correcta.

– Ecuación de Arrhenius: expresión de la constante de la velocidad que

justifica la influencia de la temperatura en la velocidad de reacción.

A: factor preexponencial

que representa la fracción

de choques eficaces.

aE

RTK Ae

• Catálisis enzimática:

– Cuando los catalizadores son enzimas, habituales en procesos

bioquímicos.

E + S ↔ ES

ES ↔ E + P