cinetica quimica 2015 utp

7/26/2019 Cinetica Quimica 2015 Utp

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CINTICA QUMICA

Reacciones Qumicas determinado producto

Condiciones apropiadas: Sustancia puede transformarse en otra.

Reordenacin o redistribucin de tomos para formar nuevas molculas.

El estudio de reacciones qumicas puede enfocarse desde dos aspecto

fundamentales:

a)Cambios cuantitativos durante la reaccin: lcan!ar el estado final sin

importar si ocurre lenta o rpidamente.

b)Rapide! con la cual los reactivos son transformados en productos"

teniendo en cuenta al tiempo como variable independiente.

Este #ltimo es el caso de la cintica qumica que abarca el estudio de las

velocidades de las reacciones qumicas $ de todos los factores que

influ$en sobre las mismas.


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ConceptoLa cintica qumica se encarga de estudiar la velocidad de una

reaccin qumica. Se hace necesario su estudio para el diseode equipos, el control y el procesamiento de productos.

Por ejemplo en la elaboracin de un producto se busca laobtencin de la mayor masa posible en el menor tiempo.

1.- Velocidad de reaccin

2.- Teoras de las reacciones qumicas

3.- Ecuacin de velocidad

4.- Factores que afectan a la velocidadde reaccin


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Velocidad de reaccinLa velocidad de una reaccin qumica indica cmo vara la concentracinde reactivos o productos con el tiempo.

Eemplo!

"ara la reaccin

aA + bB cC + dD

La velocidad de la reaccin se puede e#presar:


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eoras de las !eacciones "umicas

Hacia 1920 se propone la primera teora decmo oc!rre !na reaccin "!mica# teora

de las colisiones

Hacia 19$% se ampla la teora anterior con

la teora del complejo activado o delestado de transicin.


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Teora de las Colisiones&as reacciones "!micas se prod!cen por los c'o"!es e(icaces

entre las mol)c!las de reacti*os

I

I

HH

C'o"!e efic

az

Noeficaz

I

I

I

I

H

H

H

H

I

I

H

H

I

I

H

H

I + !

!I + !I

I !

Veamos la reaccin de formacin del $% a partir de %2e $2

+ara "!e el c'o"!e de partc!las sea eficazse de,en c!mplir dos condiciones#

- Q!e las partc!las ten.an la ener.a cin)tica s!(iciente

- Q!e colisionen en la de,ida orientacin


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/rientacin en el c'o"!e


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Teora del Compleo Acti*ado

&as mol)c!las de los reacti*os se aproiman dando l!.ar a !n estado

intermedio de transicin de alto contenido ener.)tico al "!e se llamacompleo acti*ado3

+ara "!e se (orme dic'o compleo acti*ado los reacti*os 'an dea,sor,er !na ener.a# "ner#a de activacin.

I

I

H

H

I + !

I H

HI

IH

IH

Complejo activado !I

$ 4ependiendo de las circ!nstancias el compleo acti*ado pro.resar5 'acialos prod!ctos o *ol*er5 a re.enerar los reacti*os3

- C!anto ma6or sea la ener.a de acti*acin menor ser5 la *elocidad de lareaccin por lo "!e esta etapa de la reaccin ser5 la "!e decidir5 en parte la

*elocidad de la misma3


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"ner#ade activacin

"n

er#

apot

en

cial

Transc%rso de la reaccin

Complejo

activado

&eactivos

!'(

"ner#ade activacin


Complejo

activado

&eactivos

!)("ne

r#

ap o

tenci a

l

&eaccin e#ot'rmica &eaccin endot'rmica

*rod%ctos

*rod%ctos

Teora del Complejo Activado. Dia#ramas ener#ticos


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"ner#ade activacin

"n

er#

apot

en

cial


Complejo

activado

&eactivos

!'(

"ner#ade activacin


Complejo

activado

&eactivos

!)("ne

r#

ap o

tenci a

l


*rod%ctos

*rod%ctos

"l complejo activado es %naasociacin transitoriam%, inestable- ,a %e s%ener#a es s%perior a lasmolc%las de reactivo ,prod%cto


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7c!acin de 8elocidad

&a ec!acin de *elocidad es !na epresin matem5tica "!e relacionala *elocidad instant5nea de !na reaccin en !n momento determinadocon las concentraciones de los reacti*os presentes en ese momento

+ara !na reaccin del tipo# aA ,: cC d4

v / 0 1A2[ ]

4onde# ;A< 6 ;:< son las concentraciones molares de los reacti*os en !ninstante dado

6son eponentes calc!lados de (orma eperimental= es la constante de *elocidad* es la *elocidad instant5nea de la reaccin


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7c!acin de 8elocidad

6 reci,en el nom,re de orden de reaccin respecto al reacti*ocorrespondiente 6 s! s!ma se conoce como orden #lobal o total dereaccin3

&os rdenes de reaccin se tienen "!e determinar eperimentalmente si,ien en al.!na reaccin coinciden con el coe(iciente este"!iom)trico#

H2>.? I2>.? 2 HI>.? * @ = ;H2de primer orden con respecto a cadareacti*o 6 de orden 2 como orden total?

H2>.? :r2>.? 2 H:r>.? * @ = ;H2


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3actores %e modifican la 4elocidad de &eaccin

Nat%raleza de los reactivos.

Ha6 s!stancias "!e reaccionan m5s r5pidamente "!e otras# 7l 'ierro seoida m5s (5cilmente al aire 6 sin em,ar.o el oro no3

&as s!stancias c!6os 5tomos est5n !nidos por enlaces co*alentes reaccionanm5s lentamente "!e las !nidas por enlace inico3

"stado fsico de los reactivos&as reacciones son m5s r5pidas si los reacti*os son .aseosos o est5n en disol!cin "!esi est5n en estado slido3 7n el estado .aseoso es ma6or el nmero de c'o"!es entrelas mol)c!las lo c!al (a*orece "!e la *elocidad de reaccin sea ma6or3

7n reacciones 'etero.)neas la s!per(icie de contacto in(l!6e en la *elocidad de

reaccin3 &as s!stancias en estado slido dependiendo del #rado de divisina!mentaran s! *elocidad de reaccin3 &a madera arde meor en *ir!tas "!e en !ntronco3

&as reacciones en disol!cin ac!osa en .eneral son m!6 r5pidas3


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La velocidad de la reaccin se incrementa al aumentar la concentracin de losreactivos, ya que aumenta el n#mero de partculas por unidad de volumen yproduce un aumento del n#mero de choques entre ellos.

Concentracin de los &eactivos



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Temperat%ra de la reaccin

7perimentalmente se dem!estra "!e al ele*ar la temperat!ra se prod!ce !na!mento en la *elocidad de reaccin3 +or re.la .eneral al incrementar latemperat!ra de !na reaccin en 10DC la *elocidad se d!plica3

Arr'eni!s en 1EE9 prop!so !na ec!acin relacionando la constante de

*elocidad con la temperat!ra#

0 / A. e$"a5&T

4onde# A es el (actor de (rec!encia

"aes la ener.a de acti*acin

&constante de los .ases

Ttemperat!ra en la escala a,sol!ta >F?


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Catalizadores

Gon s!stancias "!e por s! presencia modi(ican la *elocidad de lareaccin alterando la ener.a de acti*acin del proceso3 Inter*ienen en lareaccin pero no se cons!men3

+or eso a!n"!e los cataliadores participen de al.n modo en lasreacciones intermedias al (inal del proceso "!edan inalterados por lo "!eno se conta,ilian ni en los reacti*os ni en los prod!ctos3

Ge p!eden clasi(icar en#positi*os# a!mentan la *elocidad de reaccinne.ati*os# dismin!6en la *elocidad de reaccin3

Tipos de cat5lisis#

- Homo.)nea# el cataliador est5 en el mismo estado "!e loscomponentes de la reaccin3

- Hetero.)nea# el cataliador .eneralmente slido est5 en distintoestado "!e los componentes de la reaccin3


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"ner#ade activacin

"ne

r#a


Complejoactivado

&eactivos!'(

"ner#a

de activacin


Complejoactivado

&eactivos

!)(

"ne

r#a


*rod%ctos

*rod%ctos

".A

".A

6os catalizadores

ne#ativos a%mentan laener#a de activacin

6os catalizadorespositivos dismin%,en

la ener#a de activacin

".A sin catalizador".A con catalizador ne#ativo".A con catalizador positivo

3actores %e modifican la velocidad de reaccin

Cat7lisis. Dia#rama de ener#as


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Tiempo de 8ida Media

$ Tiempo de vida media (t1)2*! iempo que le toma a una especieen una reaccin, alcan%ar la mitad de su concentracin& '()t * '()+-.s un mtodo #til para determinar el orden de reaccin parareacciones del tipo&

$ &eaccin de orden 1.- /onde l tiempo de vida media est0 dado porlas ecuaciones que a continuacin se muestran

$ Para reacciones de primer orden, el tiempo de vida media no dependede la concentracin inicial, por lo tanto siempre es una constante quecaracteri%a el sistema.


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*roblemas 8ea la si#%iente reaccin de primer orden

C8 C8 + 8 8% constante de velocidad es 9- ; ? # de dis%lf%ro de carbono.

8ol. a@ Calc%lando la vida media con la si#%iente frm%la (- > (- > t


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CGNC6H8INCGNC6H8IN

&a cin)tica "!mica est!dia la *elocidad de !nareaccin "!mica 6 para "!e eista !na reaccin"!mica es necesario "!e las mol)c!las de losreacti*os colisionen entre si3 +ara "!e la colisin

sea e(ecti*a es necesario "!e las mol)c!lasc'o"!en con la de,ida orientacin adec!ada 6 conener.a s!(iciente3

+or otro lado !na reaccin "!mica esconsec!encia de la reor.aniacin de los 5tomosde los reacti*os para dar prod!ctos3


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