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7/30/2019 Cinetica Quimica-Generalidades
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CinCinticatica QuQumicamica
La Cintica Qumica es la rama de la ciencia queestudia las velocidades con que ocurren lasreacciones.
Principales Factores que afectan la velocidad de
reaccin: Concentracin de reactivos
Temperatura Catalizador
rea Superficial
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VelocidadVelocidad dede reaccireaccinn
AABB
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VelocidadVelocidad dede reaccireaccinn
La velocidad de una reaccin se mide a travs dela velocidad con que desaparecen los reactivos oque se forman los productos.
Para una reaccin: A B
t
molesA
t
molesB
=
=
)()(
mediaVelocidad
( ) ( )
min0-min10
0aBmoles10aBmoles ===
tt
mol/min026.0
min0-min10
mol0-mol26,0==
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VelocidadesVelocidades enen funcifuncinn dede concentraciconcentracinn..
C4H9Cl(aq) + H2O(l) C4H9OH(aq) + HCl(aq)
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VelocidadVelocidad instantinstantneanea dede reaccireaccinn:: eses lala
pendientependiente de lade la curvacurva a una un tiempotiempo dado.dado.
[ ]t
A
v
=
[ ]
t
Bv
=
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VelocidadVelocidad dede reaccireaccinn yy estequiometrestequiometraa Para la reaccin:
C4H9Cl(aq) + H2O(l) C4H9OH(aq) + HCl(aq)
En general:
aA + bB cC + dD
[ ] [ ]
t
OHHC
t
ClHCV 9494
=
=
[ ] [ ] [ ] [ ]t
D1
t
C1
t
B1
t
A1V
d
d
dd
d
cd
d
bd
d
a====
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EcuaciEcuacinn General deGeneral de VelocidadVelocidad
aA + bB cC + dD
[ ] [ ]yx BAkv =k: constante de velocidad especfica (T, reaccionantes)
x, y: rdenes de reaccin para cada reactivo (0, 1, 2,
, etc.)Deben determinarse experimentalmente
x + y: orden de reaccin total
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DependenciaDependencia de lade la velocidadvelocidadcon lacon la
concentraciconcentracinn dede reactivosreactivos..
NH4+(aq) + NO2-(aq) N2(g) + 2H2O(l)
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CambioCambio de lade la concentraciconcentracinn enenfuncifuncinn
deldeltiempotiempo..Orden Cero v= k [A]0
ktcc
ktcc
dtkdcv
kdtdcv
kkcdt
dc
v
c
co
t
=
=
==
==
===
0
0
0
0
k
ct
ktcc
medio
medio
2
21
0
00
=
=
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Orden Uno v= k [A]
ktcc
ktcc
dtkcdc
kdtc
dc
kcdt
dcv
c
co
t
lnln
lnln
0
0
0
=
=
=
=
==
k
t
ktcc
medio
medio
2ln
ln2
ln 00
=
=
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ReaccionesReacciones de Primerde Primer OrdenOrden
ktcc lnln 0 =
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TiempoTiempo oo vidavida media:media: tiempotiempo necesarionecesario parapara queque
sese reduzcareduzca lala concentraciconcentracinn inicialinicial a laa la mitadmitad
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0
02
2
2
11kt
cc
dtkc
dc
kdtc
dc
kcdt
dcv
c
co
t
=
=
=
==
Reacciones de Segundo orden (x= 2)
0
00
0
1
12
11
kct
kt
cc
ktcc
medio
medio
=
=
+=
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ReaccionesReacciones de Segundode Segundo OrdenOrden
0
11 ktcc
+=
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VelocidadVelocidaddede reaccireaccinnyy TemperaturaTemperatura
La mayora de las
reacciones qumicas seaceleran a mayortemperatura.
La T afecta el valor de k
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Para poder reaccionar, las molculas de reactivos debenchocar entre s, con la energa y la orientacinapropiadas.
A > concentracin de reactivos hay > n de colisiones y >formacin de producto: > velocidad de reaccin.
A > T, las molculas se mueven ms rpido, hay mscolisiones de alta energa y por lo tanto se acelera la
reaccin.
VelocidadVelocidadyy TemperaturaTemperatura:: modelomodelo dede colisionescolisiones
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TemperaturaTemperaturayy VelocidadVelocidad::EcuaciEcuacinn dedeArrheniusArrhenius
Energa de Activacin:
mnima energanecesaria para queocurra la reaccin.
Complejo activado: compuesto intermedio inestable, dealta energa.
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TemperaturaTemperaturayy VelocidadVelocidad::EcuaciEcuacinn dedeArrheniusArrhenius
RTaE
Aek
=
ART
Ek a lnln +
=
121
2 11ln
TTR
E
k
k a
A: Factor de frecuencia; probabilidadde colisin.
A y Ea: especficos para cada reaccin.
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TemperaturaTemperaturayy VelocidadVelocidad::EcuaciEcuacinn dede
ArrheniusArrhenius
RT
aE
Aek
=
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MecanismosMecanismos dede reaccireaccinn..
La ecuacin qumica balanceada da informacinglobal cuali-cuantitativa de los reactivos y productosque intervienen en la reaccin.
2 A + B C
El mecanismo de reaccin propone cules son lospasos a travs de los cuales ocurre la reaccin.
A + B D
A + D C
2 A + B C
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Paso oPaso o EtapaEtapa Elemental:: eses cualquiercualquier procesoprocesoqueque ocurreocurre enen unauna solasola etapaetapa..
Molecularidad: es el nmero de molculas queintervienen en una etapa elemental (unimolecular,bimolecular, termolecular).
Velocidad de una etapa elemental: dado queocurre en una sola etapa, los coeficientes en laecuacin de velocidad son directamente los
coeficientes estequiomtricos. Unicamente vlidopara etapas elementales.
A + B
D v= k [A] [B]
MecanismosMecanismos dede reaccireaccinn..
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LeyLey dede velocidadvelocidad yy mecanismosmecanismos dede reaccireaccinn..
La velocidad de una reaccin que ocurre en variospasos est determinada por la velocidad de la reaccinms lenta.
2NO2 (g) + F2 (g) 2NO2F (g) v = k[NO2][F2]
NO2 (g) + F2 (g) NO2F (g) + F v = k1 [NO2][F2] (lenta)
NO2 (g) + F
NO2F (g) v = k2 [NO2][F] (rpida)
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MecanismosMecanismos concon unauna etapaetapa rrpidapida inicialinicial::
2NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g) v = k[NO]2[Br2] Mecanismo propuesto:
v = v2 = k2[NOBr2][NO]
Si la primera etapa rpida alcanza el equilibrio:
NO(g) + Br2(g) NOBr2(g)k1
k-1
NOBr2(g) + NO(g) 2NOBr(g)k2
rpido
lento
[ ] ]Br][NO[NOBr 21
12
=
k
k
]Br[]NO[v 22
1
12
=
k
kk
C tC tli ili i
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CatCatlisislisis
Un catalizador es una sustancia que acelera unareaccin qumica. Interviene en la misma, perono se consume en forma neta.
Hay dos tipos de catlisis:homognea yheterognea.
CatCatlisislisis homoghomogneanea El catalizador y los reactivos y productos de lareaccin estn en la misma fase.
2H2O2(aq) 2H2O(l) + O2(g)2Br-(aq) + H2O2(aq) + 2H+(aq) Br2(aq) + 2H2O(l).Br2(aq) + H2O2(aq) 2Br-(aq) + 2H+(aq) + O2(g).
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UnUn catalizadorcatalizador disminuyedisminuye lala energenergaa dede
activaciactivacinn (Ea)(Ea)
RTaE
Aek
=
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CatCatlisislisis HeterogHeterogneanea El catalizador se encuentra
en una fase diferente a la de
los reactivos y productos. Ejemplo:convertidor cataltico para los gases deescape de autos (slido: gas).
La mayora de los catalizadores industriales sonheterogneos.
El primer paso es la adsorcin: unin de reactivos ala superficie. Las especies adsorbidas son muy reactivas.
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CatalizadoresCatalizadores biolbiolgicosgicos::EnzimasEnzimas