QUIMICA IUNIDAD VII

Cintica qumica

Cundo ocurre una reaccin qumica?TermodinmicaCinticaEs posible o no?A qu velocidad ocurre?Por qu?Cmoocurre?G = H T S < 0Por qu?EFECTO DE FACTORESMECANISMOS DE REACCIN

Para comenzar Una persona acude a ustedes por problemas en la vista y problemas respiratorios, acusando a su vecino del malestar.Cuando acuden, encuentran que el vecino tiene un automvil viejo, con el cao de escape deteriorado. Cmo le daran una explicacin qumica al mismo para persuadirlo de que arregle su coche?

Qu factores afectan a la velocidad de una reaccin?Naturaleza de los reactivosConcentracin de los reactivosEstado FsicoCatalizadoresTemperatura

Iones en solucin reacciones rpidas

Molculas con enlaces covalentes reaccionan ms lentamente.

Pequeas molculas en gral presentan mayor velocidad de reaccin que molculas grandes.

Molculas con enlaces covalentes ms fuertes: reaccionan ms lentamente.

La identidad qumica de los reactivos influye en las velocidades de reaccin.Naturaleza de los reactivos

Reacciones heterogneas: los reactivos se encuentran en distintas fases. La reaccin sucede en la interfase, entre ambas fases.

Cuanto mayor sea el rea superficial de contacto en la interfase, mayor ser la velocidad de la reaccin.

El estado fsico de las sustancias, la variedad alotrpica, el grado de divisin de los reactivos y su identidad qumica alteran las velocidades de reaccin.Estado Fsico

V = 1 m3A = 6 m2V = 1 m3A = 8 m2V = 1 m3A = 12 m2V = 1 m3A = 20 m2V = 1 m3A = 36 m2V = 1 m3A = ?? m2

Para que una reaccin ocurra:

Las molculas, tomos o iones deben colisionar.

Deben estar apropiadamente orientados unos respecto a los otros.

Deben tener suficiente energa.

La probabilidad que estos factores esten presentes aumenta con una mayor concentracin de reactivos.Concentracin de los reactivos

Cmo explicar la velocidad de una reaccin?Teora de las colisionesTeora del complejo activadoColisiones efectivas:Orientacin, energaCompuesto intermedio de alta energa: estado de transicin. Energa de Activacin Ea.

Teora de las colisionesPara que una reaccin qumica pueda producirse entre tomos, molculas o iones, es preciso que stos experimenten primeramente colisiones.Las colisiones deben ser efectivas Deben tener la mnima energa necesaria para romper los enlaces viejos y formar los nuevos. Deben tener la orientacin adecuada para favorecer el desarrollo de la reaccin qumica.

Teora de las colisiones

Las colisiones son proporcionales a la temperatura : a >T aumentan el n de choques

La distancia a la que las molculas pueden interactuar depende del tipo de fuerzas intermoleculares que las unen.si hay iones o dipolos permanentes las molculas son atradas desde distancias mayores y se favorece la interaccinsi slo hay dipolos inducidos, como las fuerzas de London son de corto alcance, las molculas deben estar muy prximas para tener la oportunidad de colisionar.Teora de las colisiones

Teora del Estado de TransicinTeora del complejo activadoCuando se produce una reaccin qumica se rompen y se forman enlaces. La energa asociada a stos cambios es de tipo potencial.Ej.: supongamos que se produce la siguiente reaccin qumica:

A + B2 AB + B

Segn la teora del estado de transicin para que la reaccin se produzca se debe formar un compuesto intermedio de alta energa, llamado complejo activado, que se encuentra entre los reactivos y los productos en un punto sobre el perfil de una reaccin denominado estado de transicin.

A + B-B A-B-B A-B + B Reactivos complejo activado Productos

La energa necesaria para alcanzar el estado de transicin se denomina Energa de Activacin Ea.

Teora del estado de transicin Teora del complejo activado

Teora del estado de transicin Teora del complejo activadoEn esta teora se piensa que dos molculas se aproximan y que al encontrarse se distorsionan.Esa distorsin es equivalente a la colisin.La distorsin da como resultado la formacin de un complejo activado.

Teora del estado de transicin

Reaccin exotrmicaReaccin endotrmicaLa energa de activacin (Ea) es la mnima cantidad de energa requerida para iniciar una reaccin qumica.Avance de la reaccinAvance de la reaccinEnerga potencialEnerga potencialComplejo activadoComplejo activadoPerfil de reaccin

A mayor temperatura hay mayor cantidad de molculas con la energa necesaria (energa de activacin) para provocar la reaccin qumica.Aumenta la velocidad de las reaccionesTemperatura

Dependencia de la constante de velocidad respecto a la temperaturaEa es la energa de activacin (J/mol)R es la constante de gas (8.314 J/Kmol)T es la temperatura absolutaA es el factor de frecuencia(Ecuacin de Arrhenius)TemperaturaConstante de velocidad

k = A e-Ea/RT

k de velocidad t de vida mediaEstudio de la velocidad de una reaccinEcuacin de velocidadparcialestotalesVelocidades instantneasVelocidad mediaOrdenes de reaccin

D[Br2] a D Absorcin

velocidad instantnea = - d [Br2] / dtTiempo(s)

velocidad a [Br2]velocidad = k [Br2]13.1= constante de velocidad = 3.50 x 10-3 s-1[Br2] en M: Molaridad velocidades en M/tiempo.

ECUACIN DE VELOCIDADX e Y Ordenes de parciales de reaccin (EXPERIMENTALES)

Los exponentes No son necesariamente iguales a los coeficientes estequiomtricos X+Y Orden total de reaccin k constante especfica de velocidad

a A + b B c C + d Dv = k [A]x [B]y

rdenes ms frecuentes: 1, 2 y ocasionalmente 3.Se pueden encontrar rdenes de reaccin cero, nmeros fraccionarios o negativos.

1. Reaccin de orden cero v = k [A]0 [B]0 = k La velocidad es constante y es independiente de las concentraciones de los reactivos

2. Reaccin de primer ordenaA b B o bien aA + b B c C Podra ser as v = k [A] o tal vez as v = k [B]

3. Reaccin de segundo orden aA + b B c C Podra ser as v = k [A] [B] o tal vez as v = k [A]2

Reacciones de orden ceroa A productosv = k [A]0v = k[k] = mol L-1 s-1

ln[A]t = - akt + ln[A]0Primer orden Segundo ordenv = k [A]2 v = k [A]. [B]v = k [A]

Determinacin del orden de una reaccinRepresente [A] frente al tiempo.Represente ln[A] frente al tiempo.Represente 1/[A] frente al tiempo.

ECUACIN INTEGRADA DE VELOCIDAD Y TIEMPO DE VIDA MEDIA

Cuando se quiere conocer la cantidad de reactivo que queda transcurrido un determinado intervalo de tiempo se deben utilizar ecuaciones que relacionen la concentracin con el tiempo y se denominan ecuaciones integradas de velocidad.

Tiempo de vida media (t1/2): intervalo de tiempo que tarda la mitad de ese reactivo en convertirse en producto, tiempo que demora en disminuir a la mitad la concentracin inicial de reactivo.

Disminuyen la Ea modificando el mecanismo de reaccin.CatalizadoresLos catalizadores son sustancias que estn presentes en el sistema reaccionante y que contribuyen a modificar la velocidad de reaccin permaneciendo inalteradas al finalizar la misma.

En la catlisis homognea, los reactivos y el catalizador estn dispersos en una sola fase, generalmente lquida.Catlisis cidaCatlisis bsicaCatlisis HomogneaPueden ser homogneos o heterogneosDisminuyen la Ea necesaria para que se produzca la reaccin. Se adicionan en pequeas cantidades y pueden ser aceleradoras o inhibidoras de una reaccin qumica.

Los reactivos y el catalizador estn en diferentes fases.El catalizador est en el estado slido.Los reactivos de una fase gaseosa o lquida son absorbidos.Las posiciones activas sobre la superficie cataltica son importantes.EjemplosSntesis de Haber para el amoniacoEl proceso Ostwald para la produccin del cido ntricoConvertidores catalticosCatlisis Heterognea

Proceso de Haber

Catlisis enzimtica

Avance de la reaccinAvance de la reaccinEnerga potencialEnerga potencialVelocidad de formacin del productoA esta concentracin del sustrato, y a concentracionesmayores,todos los sitios activos estn ocupados

Mecanismos de reaccinEl avance de una reaccin qumica global puede representarse a nivel molecular por una serie de pasos elementales simples o reacciones elementales. La secuencia de pasos elementales que conduce a la formacin del producto es el mecanismo de reaccin .N2O2 se detecta durante la reaccin!

Intermediarios son especies que aparecen en el mecanismo de reaccin pero no en la ecuacin global balanceada. Un intermediario siempre se forma en un paso elemental inicial y se consume en un paso elemental ms tarde. La molecularidad de una reaccin es el nmero de molculas reaccionando en un paso elementalReaccin unimolecular paso elemental con 1 molculaReaccin bimolecular paso elemental con 2 molculasReaccin termolecular paso elemental con 3 molculas

Reaccin unimolecularv = k [A]Reaccin bimolecularA + B productosv = k [A][B]Reaccin bimolecular A + A productosv = k [A]2La ecuacin de velocidad de un paso elemental se basa directamente en su molecularidad.

La suma de los pasos elementales de un mecanismo de pasos mltiples debe dar siempre la ecuacin qumica del proceso total.

El paso elemental ms lento es limitante de la velocidad de la reaccin y gobierna su ecuacin de velocidad.

Cmo reacciona el NO (g) con el O2 (g) en la atmsfera para formar NO2 (g), uno de los mayores contribuyentes del smog? 2 NO (g) + O2 (g)2 NO2 (g)Paso 1: NO (g) + O2 (g) NO3 (g) R1RpidoPaso2: NO3 (g) NO (g) + O2 (g)R2RpidoPaso 3: NO3 (g) + NO (g) NO2 (g)LentoR3

Convertidores catalticosCO + Hidrocarburos no quemados + O2 CO2 + H2OColector de gases de escapeTubo de escapeConvertidores catalticosCompresor de aire;Fuente secundaria de aireSalida de tubo de escape

En las siguientes direcciones podrn encontrar animaciones que les resultarn tiles para estudiar:

http://blog.educastur.es/eureka/2%C2%BA-bac-quim/cinetica-quimica/http://www.chm.davidson.edu/vce/kinetics/index.html