1. No category

UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CICLO BÁSICO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CÁTEDRA QUIMICA II
CINETICA
MARACAIBO, FEBRERO DE 2015
Profesora: Ing. Neida Núñez
CINÉTICA
Es una parte de la química que se
encarga de estudiar la velocidad o
rapidez con la que ocurren las
reacciones químicas, el mecanismo de
cómo se consumen los reactantes y los
factores que alteran la velocidad de una
reacción química.
CINÉTICA
Reacciones
Lentas
Algunas reacciones
termodinámicamente
espontáneas no
parecen ocurrir en
absoluto, mientras que
otras reacciones
alcanzan el equilibrio
con mucha rapidez.
Las reacciones
ocurren a
diferentes
velocidades
Reacciones
Rápidas
VELOCIDAD DE
REACCIÓN
Puede alterarse
modificando
ciertos factores.
El conocimiento de los
factores que alteran la
velocidad de reacción
es de extraordinaria
importancia práctica,
pues
puede
enseñarnos
como
acelerar las reacciones
deseables y cómo
retardar
las
indeseables.
Varía muchísimo
de una reacción a
otra.
La velocidad de reacción es
la velocidad a la que se
forman los productos o se
consumen los reactantes.
Se define como el cambio en la
concentración de uno de los reactivos o
productos dividido por el intervalo de tiempo
en el cual tiene lugar el cambio, se expresa
en mol/L..s
Velocidad promedio de desaparición de R = Velocidad promedio de formación P =
P
t
R
t
El signo menos
en la ecuación
asegura que la
velocidad sea
positiva.
∆[R] = [R]t=2 - [R]t=1
∆t = t2 - t1
VELOCIDAD DE
REACCIÓN
Velocidad
inicial.
Velocidad
instantánea.
Es la velocidad de
reacción instantánea
al
comenzar
la
reacción, es decir, en
el tiempo igual cero
(t = 0).
Es la pendiente de
una
tangente
dibujada en el gráfico
de concentración en
función del tiempo.
La velocidad de reacción no es
constante. Al principio de una reacción,
cuando la concentración de reactivos
es mayor, la velocidad es mayor, a
medida que la reacción avanza, al ir
disminuyendo la concentración de los
reactivos también disminuye
la
velocidad de la reacción.
VELOCIDAD DE
REACCIÓN
Las diferentes
maneras
de
informar
la
velocidad
de
una
reacción,
está relacionada
con
la
estequiometria.
Al dar la velocidad
de una reacción hay
que tener el cuidado
de especificar la
especie a la que se
refiere la velocidad
Es la velocidad
promedio
dividida por el
coeficiente
estequiométrico
de la especie
monitorizada
aA + bB → cC + dD
Velocidad única promedio
Velocidad única promedio
1 A 1 B
a t
b t
1
Velocidad de A
a
1 C
1 D
c t
d t
1
1
Velocidad deB
Velocidad deC
b
c
1
Velocidad deD
d
LEY DE VELOCIDAD
Orden de
reacción
Es la potencia a la
cual la concentración
de los
reactivos se
eleva en la ley de
velocidad; el orden
global de la reacción,
es la suma de los
ordenes individuales
Los órdenes de reacción no
tienen relación con los
coeficientes estequiométricos.
La ley de velocidad
resume la dependencia
entre la velocidad y la
concentración. Es una
característica
de
la
reacción
que
se
determina
experimentalmente.
aA + bB → cC + dD
Velocidad de reacción = k[A]m [B]n
m y n = orden de reacción
k = constante de velocidad
k = Ae- Ea/RT
Ea
ln k = - RT + lnA
A = factor de frecuencia
Ea = Energía de activación
R = Constante de los gases
T = Temperatura absoluta
Las unidades de
k dependen del
orden global de
la reacción.
MÉTODO DE LAS
VELOCIDADES INICIALES
Al tener los órdenes de
reacción, se puede
determinar la constante
de velocidad k, con los
datos experimentales de
concentración
y
velocidad inicial para
cualquiera
de
los
experimentos.
Se hacen una serie de
experimentos donde la
concentración inicial del
reactivo se varía y se
observa como varía la
velocidad inicial de la
reacción.
Al duplicarse la concentración
inicial de ese reactivo,
Teniendo
los
datos
experimentales
de
concentración
y
velocidad, se relacionan
de tal manera que
permitan determinar el
orden de reacción para
uno de los reactivos.
 Si la reacción es de orden cero respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción no cambia.
 Si la reacción es de primer orden respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción se duplica.
 Si la reacción es de segundo orden respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción se
multiplica por cuatro.
 Si el orden de reacción respecto a ese reactivo es tres la velocidad de inicial de reacción se
multiplica por ocho.
TEORÍAS QUE EXPLICAN LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Teoría de las colisiones.
Para que se produzca una
reacción química, los
átomos,
iones
o
moléculas involucrados
deben
experimentar
choques o colisiones.
Para que el choque de
dos partículas garantice
la reacción entre ellas,
las partículas deben
cumplir
las
dos
condiciones siguientes:
Colisionar con la debida orientación.
Disponer de la energía cinética suficiente para que
tengan lugar el reordenamiento de los enlaces y la
formación de una nueva sustancia.
Energía insuficiente
TEORÍAS QUE EXPLICAN LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Teoría del estado de transición
El complejo activado tiene una estructura que se halla
entre la de los reactivos y la de los productos. Los
enlaces antiguos están debilitados y se están
formando los nuevos. La energía de activación, Ea, es
la energía necesaria para llegar al complejo activado
desde los reactivos.
Los reactivos pasan
por
un
estado
intermedio transitorio
de alta energía y corta
duración: estado de
transición, en donde
existe el complejo
activado.
FACTORES QUE AFECTAN LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Naturaleza de los
Reactivos
Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una
determinada reacción tendrá una Energía de Activación.
Grado de división
de los Reactivos
Mientras mas pequeñas sean las partículas de los reactivos, mas se facilita
el contacto entre ellas y por tanto, las colisiones efectivas.
Concentración de
los Reactivos
Al haber más partículas en el mismo espacio,
aumentará el número de colisiones.
Temperatura
Reacción
Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se
mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones
de
Catalizador si lo
hubiera
Los catalizadores modifican el mecanismo de reacción, empleando pasos
elementales con mayor o menor energía de activación.
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Velocidad
Ecuación Diferencial
d A
; Velocidad
dt
d A
dt
Ecuación Integrada
[A]
[A]0
d [A]
m
[A]
k A
k A
m
m
t
kdt
0
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacciones de orden cero
A
P
Ecuación Diferencial
Ecuación Integrada
d A
dt
k
t
d [A]
[A]
[A] 0
0
-k
t
[A] = [A]0 - kt
kdt
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacciones de primer orden
A
P
Ecuación Diferencial
Ecuación Integrada
d A
dt
k A
[A] d [A]
t
[A]
0
[A]0
ln[A]
-k
t
ln[A] = - kt + ln[A]0
kdt
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacciones de segundo orden
A
P
Ecuación Diferencial
Ecuación Integrada
d A
dt
1
A
k [A]2
d [A]
2
[A]
[A]
[A]
t
0
0
k
t
1
A
kt
1
A
0
kdt
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Tiempo de vida media (t1/2)
Tiempo necesario para que
[A]o se reduzca a la mitad
Reacción de orden cero
Reacción de segundo orden
Reacción de primer orden
t1/ 2
A0
2k
t1/ 2
t1/ 2
0.693
k
1
k A
0
VARIACIÓN DE LA CONSTANTE DE
VELOCIDAD CON LA TEMPERATURA
Ecuación de
Arrhenius
Se utiliza para
predecir
como
cambia la velocidad
de
reacción
a
distintas
temperaturas
k = Ae- Ea/RT
Ea
ln k = - RT + lnA
ln k
m = -Ea/R
ln
1/T
k1
k2
Ea 1
R T2
1
T1
Mecanismo de reacción
Secuencia particular de
etapas elementales que
describen los cambios que
se considera que tienen
lugar a medida que los
reactivos se transforman en
productos
Permite determinar la
ley de velocidad
Los mecanismos en varias etapas presentan intermediarios
Una de la etapas es la mas lenta de todas las que conforman el mecanismo.
Etapa determinante de la velocidad de la reacción global
En un proceso elemental, el orden respecto a cada reactivo
es igual a su coeficiente estequiometrico en dicha reacción