Cinética Química

Grupo 3

Integrantes

• Jeser Collado

• Marlon Contreras

• Saúl Cruz

• Lexter Cruz

• Mike de la Cruz

• Shamira Estrada

• Sony Estrada

LEY DE LA VELOCIDAD

aA + bB → pP + qQ

Definición formal

ENTRANTE - SALIENTE + GENERACIÓN = ACUMULACIÓN.

Factores que afectan a la velocidad de reacción:

• Naturaleza de la reacción.

• Concentración

• Presión

• Orden

• Temperatura

La velocidad de reacción puede ser independiente de la temperatura o disminuir con el aumento de la temperatura

• Solvente• Radiación electromagnética• Catalizador • Isotopos• Área de contacto• Mezclado

Ecuación de la velocidad

Para gases

Dependencia de la temperatura

RAPIDEZ DE REACCIÓN

Está conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición.

Reactivos

Catalizadores

Temperatura de reacción

Para cada reacción se puede formular una ecuación, la cual describe cuantas partículas del reactivo reaccionan entre ellas, para formar una cantidad de partículas del producto.

Sin embargo, la probabilidad de que cinco partículas colisionen al mismo tiempo y con energía suficiente, es escasa.

FACTORES QUE AFECTAN A LA RAPIDEZ DE LAS REACCIONES

Temperatura Estado Físico de los reactivos

Presencia de un catalizador

Concentración de los reactivos Presión

TEORÍA DE COLISIONES

De acuerdo a esta teoría las reacciones ocurren cuando hay choques efectivos entre moléculas donde la rapidez de la reacción es proporcional al número de choques por unidad de tiempo multiplicada por la fracción del número total de choque que son efectivos.

Rapidez a #de choques (fracción del total que son efectivos) s

Los choques efectivos dependen de la naturaleza de los reactivos y su concentración, la orientación cuando ocurre el choque y la temperatura que afecta la energía cinética de las moléculas.

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA RAPIDEZ DE REACCIÓN

La velocidad de la mayoría de reacciones es muy sensible a la temperatura, observándose experimentalmente que dicha velocidad aumenta con la temperatura. Esta dependencia se ve ligada a la constante de velocidad.

- Distribución de energía en función de temperatura: La rapidez es proporcional a la temperatura ya que la energía cinética es también proporcional a la temperatura y esto hace que aumente el número de choques entre partículas.

- La ecuación de Arrhenius: Una de las ecuaciones más representativas de la variación de dicha constante con la temperatura, es la ecuación cinética empírica de Arrhenius, formulada por él en 1889:

K = A e–Ea/RT

A = Factor de frecuenciaEa = Energía de activaciónR = Constante de los gasesT = TemperaturaK = Constante de velocidad

MECANISMOS DE REACCIÓN

Serie de pasos elementales a través de los cuales los reactivos se convierten en productos. Al conocer el mecanismo se pueden controlar las condiciones óptimas para la reacción y obtener una mejor cantidad de productos en menor tiempo.

En una reacción química, los reactivos constituyen el estado inicial y los productos el estado final. Al pasar del estado inicial al final, se produce un cambio de energía libre.

El mecanismo de reacción es una descripción detallada, paso a paso, de la forma en la que los reactivos se transforman en los productos. La descripción debe incluir:• El movimiento de los electrones que producen la ruptura y formación de enlaces.• Las relaciones espaciales de los átomos durante dichas transformaciones.En el caso ideal, un mecanismo debería responder a los cambios estructurales y a los energéticos que ocurren en cada paso de la reacción.

- La Molecularidad es el número de moléculas, (radicales, átomos o iones) envueltos en cada acto molecular individual que resulte en la transformación de reactivos a productos.

- Ley de rapidez de reacción es la expresión matemática que relaciona el cambio en concentración de un reactivo o producto por unidad de tiempo y que se determina experimentalmente. Siempre tiene un valor positivo y es proporcional a la concentración.

La figura siguiente muestra la variación de la energía en función de la coordenada de reacción.

En

erg

ía AB + C

A - - - B - - - C

A + BC

Ecuación de velocidad y orden de reacción La extensión en la cual ha progresado una reacción se conoce como grado de avance de la reacción, E, para reacciones a volumen constante puede definirse como:

                                                                  Ci (t) - Cio                                                     E = ---------------                                                                         ri

En esta expresión Ci (t) es la concentración del componente i que hay en el tiempo t, Ci

o la inicial y ri el coeficiente estequiométrico con su signo, positivo para productos y negativo para reactivos.

Orden de reacción - exponente de cada concentración en la expresión de la ley de rapidez, a, b, g ... (no existe relación sencilla entre los coeficientes estequiométricos y los órdenes de reacción).

Orden total de reacción - suma de los órdenes individuales:  a + b + g ...., puede ser positivo, negativo, fracción ó cero.

AGENTES CATALÍTICOS

Aumentan la rapidez en la reacción, al pasar de un estado inicial (reactivo) al estado final (producto).

El catalizador funciona proporcionando un camino de reacción alternativo al producto de reacción. La velocidad de la reacción aumenta a medida que esta ruta alternativa tiene una menor energía de activación que la ruta de reacción no mediada por el catalizador.

Características:

La reacción catalítica tiene un menor cambio de energía libre de la etapa limitante hasta el estado de transición que la reacción no catalizada correspondiente.

Los catalizadores pueden afectar favorablemente al entorno de reacción.

La velocidad de reacción depende de la frecuencia de contacto de los reactivos en la etapa determinante de velocidad.

Principios generales:

- Mecanismo típico: Los catalizadores generalmente reaccionan con uno o más de los reactivos para formar productos intermedios que posteriormente conducen al producto final de reacción.

- Catálisis y energética de la reacción: Los catalizadores funcionan proporcionando un mecanismo que involucra un estado de transición diferente y una menor energía de activación.

- Materiales catalíticos típicos: Existen muchos, en los que se pueden mencionar los ácidos próticos, los sólidos multifuncionales.

Tipos de catálisis:

- Heterogéneos: Son aquellos que actúan en una fase diferente que los reactivos, la mayoría son sólidos que actúan sobre sustratos en una mezcla de reacción líquida o gaseosa.

- Homogéneos: Están disueltos en un disolvente con los sustratos.

- Electrocatalizadores: Se utilizan para mejorar las velocidades de las semirreacciones que conforman la pila de combustible.

- Organocatálisis: Las moléculas orgánicas que no contengan metales también pueden poseer propiedades catalíticas.