Villa AlemanaAlexander Fleming

Trabajo de investigación

“Cinética y Equilibrio Químico”

Alumno: Sebastián Cárcamo

Curso: Tercero Medio B

Asignatura: Química

Profesora: Paula Sanhueza

Fecha: 11/10/2013

Introducción

En este trabajo se explica la función de la cinética y el equilibrio químico dentro de las reacciones químicas. Gracias a esto podremos entender la rapidez con que pueden ocurrir las reacciones químicas.

El área de la química que estudia la velocidad o rapidez con que ocurren las reacciones químicas se denomina cinética química.También veremos que podemos encontrar varios factores que afectan en las reacciones, es decir, factores que influyen en la velocidad de reacciones y También veremos que es el equilibrio químico, como se puede obtener y cuáles son los factores que lo afectan.

Objetivos Generales Saber que son las reacciones químicas. Reconocer que efectos tienen sobre la velocidad de reacción algunos

factores. Saber que es el equilibrio químico y como se obtiene a través de los

mecanismos de acción. Reconocer factores que afectan el equilibrio químico.

CinéticaLa cinética química es la parte de la fisicoquímica que estudia las velocidades de reacción, la dinámica química estudia los orígenes de las diferentes velocidades de las reacciones. El concepto de cinética química se aplica en muchas disciplinas, tales como la ingeniería química, enzimología e ingeniería ambiental.

Velocidad de acción Se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tardar muchos años, pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.

Factores que afectan la velocidad de reacción Factores que influyen en la velocidad de reacción

Dentro de los factores que alteran la cinética de reacción están:• Temperatura.• Concentración.• Naturaleza de los reactantes.• Estado físico en que se encuentran los reactantes.• El grado de disgregación, cuando los reactantes son sólidos.• Los catalizadores e inhibidores.

Efecto de la temperatura en la velocidad de reacciónAl incrementar la temperatura la velocidad de la reacción aumenta. Este hecho encuentra explicación en las dos teorías revisadas, dado que un aumento de la temperatura favorece los choques efectivos entre las moléculas, habiendo, además, más moléculas de reactantes que poseen la energía suficiente para formar el complejo activado.En general, un aumento de temperatura de 10ºC se traduce en un aumento de la velocidad cercana al doble de su valor original.

Efecto de la concentración de los reactantesAl aumentar la concentración de los reactantes, aumenta la probabilidad de choques efectivos entre las moléculas, y además existen más moléculas que tienen la energía necesaria para formar el complejo activado.A mayor concentración, mayor es la velocidad de reacción.

Naturaleza de los reactantesCuando la reacción implica el rompimiento de enlaces covalentes será, generalmente, más lenta que cuando ocurre entre partículas  que se encuentran como iones.

Estado físico de los reactantesLas reacciones homogéneas entre gases o entre sustancias disueltas suceden generalmente con mayor rapidez que si estuvieran en estado sólido. En el primer caso es mayor el número de choques entre las moléculas, lo que favorece la velocidad de reacción.El grado de división de los sólidos influye en la cinética de la reacción, ya que cuando aumenta la superficie efectiva de contacto entre los reactantes, mayor es la probabilidad de que tenga lugar el choque de las moléculas. Cuando el sólido está como un trozo, la reacción se produce con las moléculas de la superficie.

Catalizadores e inhibidores

Un  catalizador  es  una  sustancia  que,  estando  presente  en  una  reacción química, produce una variación de su velocidad sin ser consumida ni formada durante el transcurso de la reacción.Los catalizadores pueden ser catalizadores positivos o catalizadores negativos. Los primeros son las sustancias que aumentan la velocidad de la reacción, pero que no se consumen ni se forman, pues su papel es disminuir la energía de activación. En cambio, los catalizadores negativos o inhibidores, aumentan la energía de activación, y por lo tanto, disminuyen la velocidad de la reacción.

Equilibrio químicoEl equilibrio químico es un estado en el que no se observan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactantes siguen produciendo moléculas de productos, y estas a su vez siguen formando moléculas de productos.

Como ya dijimos, cuando se alcanza el equilibrio químico las velocidades de la reacción directa (   ) e inversa (   ) son iguales y las concentraciones de los reactantes y de los productos permanecen constantes. Para que esto ocurra, la reacción debe suceder a una temperatura y presión constantes en un recipiente cerrado en el que ninguna sustancia pueda entrar o salir.

Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad, en el que ambas velocidades son iguales, del equilibrio en términos de concentraciones, donde éstas pueden ser, y normalmente son, distintas.

Factores que modifican el equilibrioExisten diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio en un proceso químico, como son: la temperatura, la presión (afectando al volumen) y las concentraciones.

La influencia de estos tres factores se puede predecir, de una manera cualitativa por el Principio de Le Chatelier, que dice lo siguiente:

Si en una reacción química en equilibrio se modifican la presión, la temperatura o la concentración de alguna de las especies reaccionantes, la reacción evolucionará en uno u otro sentido hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.

Este principio es equivalente al principio de la conservación de la energía.

 

Más temperatura

rompe el equilibrio de una reacción.

Efecto de la temperatura

Es la única variable que, además de influir en el equilibrio, modifica el valor de su constante.

Si una vez alcanzado el equilibrio se aumenta la temperatura, el sistema se opone a ese aumento de energía calorífica desplazándose en el sentido que absorba calor; es decir, hacia el sentido que marca la reacción endotérmica.

Aquí debemos recordar que en las reacciones químicas existen dos tipos de variación con la temperatura:

Exotérmica: aquella que libera o desprende calor.

Endotérmica: aquella que absorbe el calor.

Es importante hacer notar que a bajas temperaturas, la reacción requiere más tiempo, debido a que bajas temperaturas reducen la movilidad de las partículas involucradas. Para contrarrestar este efecto se utiliza un catalizador para acelerar la reacción.

Respecto a los catalizadores, se ha determinado que estos no tienen  ningún efecto sobre la concentración de los reaccionantes y de los productos en equilibrio. Esto se debe a que si un catalizador acelera la reacción directa también hace lo mismo con la reacción inversa, de modo que si ambas reacciones se aceleran en la misma proporción, no se produce ninguna alteración del equilibrio.

 

Efecto de la presión

Si aumenta la presión la reacción se desplazará hacia donde exista menor número de moles gaseosos, para así contrarrestar el efecto de disminución de volumen, y viceversa.

Lógicamente, en el caso de que las cantidades de moles gaseosos sean iguales para cada lado de la ecuación, no se producirán cambios, es decir que el equilibro no se desplazará. También se puede aumentar la presión del sistema sin afectar el equilibrio agregando un gas noble.

 

Efecto de las concentraciones

Un aumento en la concentración de uno de los reactivos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya.

 

Mecanismos de reacciónDesde el punto de vista termodinámico, en una reacción química, los reactivos constituyen el estado inicial y los productos el estado final. Al pasar del estado inicial al estado final, se produce un cambio de la energía libre. Cuando el cambio

Aumentar o disminuir la

presión también rompe el equilibrio químico.

es negativo se dice que la reacción es espontánea y no existe ningún impedimento termodinámico para que la reacción se produzca, sin embargo este enfoque sólo tiene en cuenta las propiedades de reactivos y productos aislados, no incluye los posibles obstáculos que puedan existir durante la reacción. Consideremos la siguiente reacción:

AB + C     < = >     A + BC

La formación del nuevo enlace B-C requiere que las moléculas de los reactivos AB y C se acerquen a distancias lo suficientemente cortas para permitir un solapamiento eficaz de sus orbitales. Sin embargo, la disminución de la distancia comporta un aumento de la repulsión entre las nubes electrónicas. Para vencer la repulsión, las moléculas de los reactivos deben acercarse con suficiente energía cinética. Por encima de una determinada energía que permita el solapamiento eficaz, se empezarán a formar los nuevos enlaces de los productos, a la vez que se debilitarán los enlaces de los reactivos, formándose una especie integrada por todas las moléculas de reactivos y en la cual unos enlaces se están rompiendo mientras otros se están formando. Esta especie se conoce como complejo activado. Finalmente, se acabaran de romper los enlaces de los reactivos para conducir a la formación de los productos de la reacción. El proceso global se puede esquematizar en la forma:

AB + C     < = >     A···B···C     < = >     A + BCLa figura siguiente muestra la variación de la energía en función de la coordenada de reacción:

Puesto que para formar el complejo activado los reactivos deben vencer las fuerzas de repulsión, la energía del complejo activado es más alta que las energías de los reactivos y de los productos. La diferencia entre la energía de los reactivos y la del complejo activado se denomina energía de activación, y puede considerarse como una barrera energética que deben sobrepasar los reactivos para transformarse en productos.La reacción anterior se produce con la formación de un solo complejo activado y superando una sola barrera de energía de activación. Este tipo de procesos se llama reacciones elementales. Una reacción puede transcurrir también mediante dos o más procesos elementales. En tal caso, diremos que la reacción es compleja.

ANEXOS

Cinética

Linkografíahttp://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=133178http://todoesquimica.bligoo.cl/factores-que-afectan-la-velocidad-de-una-reaccionhttp://elquimicobrillante.blogspot.com/2012/01/cinetica-quimica.htmlhttp://www.slideshare.net/felix.rivas/cinetica-quimica-presentationhttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_de_reacci%C3%B3nhttp://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Equilibrio_quimico.html