REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN QUÍMICA 2º Bachillerato r=k·CA·CB Metodología Experimental y Aprendizaje de la Física y Química Ana Rey Barroso 11 de Diciembre de 2013

OBJETIVOS__________________________________________ r=k·CA·CB OBJETIVOS__________________________________________ • Conocer el significado de la velocidad de una reacción química. • Idear y valorar experiencias que permitan obtener la ecuación de velocidad de una reacción. • Comprender el significado del mecanismo de una reacción. • Conocer las teorías que explican cómo transcurren las reacciones químicas y la evolución de la energía del sistema a medida que se produce la reacción. • Entender los factores que influyen en la velocidad de una reacción y aprender a modificarlos en el sentido que permitan acelerar o retardar los procesos químicos según nos convengan. • Valorar la importancia de los catalizadores como modificadores de la velocidad de una reacción.

CONTENIDOS________________________________________ r=k·CA·CB CONTENIDOS________________________________________ Conceptos previos Velocidad de reacción Mecanismo de reacción química Teoría de colisiones y del complejo activado Energía de reacción y activación Factores que influyen en la velocidad de reacción

2 H2O (l) H2 (g) + O2 (g) 2 + + r=k·CA·CB 1) CONCEPTOS PREVIOS REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 1) CONCEPTOS PREVIOS Cambios químicos, se producen nuevas sustancias que no existían antes del cambio y pueden desaparecer algunas de las que había. Es decir, estos cambios alteran la naturaleza de las sustancias implicadas. COMBUSTIÓN Petróleo Plástico SÍNTESIS Una reacción química es un proceso en el que una o varias sustancias iniciales se transforman en otra u otras sustancias finales distintas de las de partida. 2 H2O (l) H2 (g) + O2 (g) 2 Ecuación química: REACTIVOS + + PRODUCTOS

Variación de las cantidades con el tiempo r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 2) VELOCIDAD DE REACCIÓN Transcurso de la reacción (con el tiempo) Variación de las cantidades con el tiempo REACTIVOS DESAPARECEN VELOCIDAD DE REACCIÓN PRODUCTOS APARECEN Definición de velocidad: variación de la concentración de reactivo o producto por unidad de tiempo En una reacción química los reactivos desaparecen progresivamente en el transcurso de la reacción, mientras que los productos aparecen. La velocidad de reacción mide cómo varían las cantidades de reactivos y productos a lo largo del tiempo. Para medir la cantidad de sustancia se emplea la concentración, definiéndose por tanto la velocidad de reacción como la variación de la concentración de un reactivo o producto por unidad de tiempo. aA + bB cC + dD REACTIVOS PRODUCTOS tiempo

aA + bB cC + dD r=k·CA·CB 2) VELOCIDAD DE REACCIÓN REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 2) VELOCIDAD DE REACCIÓN aA + bB cC + dD Ley de velocidad o ecuación de velocidad: Expresión matemática que relaciona la velocidad de reacción con las concentraciones de los reactivos-productos involucrados k: constante de velocidad n, m: órdenes parciales de reacción n+m: orden total de reacción

aA + bB cC + dD r=k·CA·CB 2) VELOCIDAD DE REACCIÓN REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 2) VELOCIDAD DE REACCIÓN aA + bB cC + dD Determinación experimental Método de velocidades iniciales (conversión 5-10%) CA0 (M) CB0 ∆t (s) ∆CA0 ∆CB0 r0 (M/s) 0,05 0,2   0,1 pte=n, m o.o.=ln(k’), ln(k’’)

Proceso a través del cual transcurre una reacción r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 3) MECANISMO DE REACCIÓN Proceso a través del cual transcurre una reacción Simple Complejo Una etapa Varias etapas A + B AB A + 2B AB2 A + B AB AB + B AB2 ORDEN DE REACCIÓN La velocidad de la reacción global dependerá de las velocidades de las etapas elementales, ETAPA LIMITANTE

4) TEORÍA DE COLISIONES Y DEL COMPLEJO ACTIVADO r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 4) TEORÍA DE COLISIONES Y DEL COMPLEJO ACTIVADO Teoría de colisiones (Lewis, 1918) Explica el mecanismo de reacción a escala molecular Teoría del complejo activado o estado de transición (Eyring, 1935) Completa la anterior Para que dos sustancias reaccionen es necesario que se produzca el choque o colisión entre sus moléculas, en la orientación adecuada. Si dos moléculas chocan entre sí y poseen la energía suficiente, se produce entre ellas un compuesto intermedio, denominado complejo activado, formado por las dos moléculas juntas y cuyos enlaces no son definitivos. Es necesario, además, que las moléculas posean la energía suficiente para que se rompan unos enlaces en las moléculas de reactivo y se formen otros nuevos en las moléculas de productos.

5) ENERGÍA DE REACCIÓN Y ACTIVACIÓN r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 5) ENERGÍA DE REACCIÓN Y ACTIVACIÓN ENERGÍA C de R REACTIVOS PRODUCTOS Complejo activado REACCIÓN ENDOTÉRMICA REACCIÓN EXOTÉRMICA CALOR DE REACCIÓN DH>0 (se absorbe calor) Flujo de calor desde el medio al sistema DH<0 (se desprende calor) Flujo de calor desde el sistema al medio ENERGÍA DE ACTIVACIÓN ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Ecuación de Arrhenius

T EC N Choques Moléculas con E>Ea r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN TEMPERATURA T EC N Choques Moléculas con E>Ea

Probabilidad de choques r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN CONCENTRACIÓN TEMPERATURA (o P en fase gas) Probabilidad de choques

6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS CONCENTRACIÓN TEMPERATURA Reacciones redox Formación de enlaces Fase gas o en disolución r> que fase sólida Fe2+ + Cu2+ → Fe3+ + Cu+ SUPERFICIE DE CONTACTO 2 NO(g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) 2 KI +Pb(NO3)2  2 KNO3 +PbI2

Superficie de contacto r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN SUPERFICIE DE CONTACTO CONCENTRACIÓN TEMPERATURA (reacciones heterogéneas) Grado de división En la interfase S-L, S-G, G-L Superficie de contacto

6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN r=k·CA·CB REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN_______________________ 6) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Aumenta la velocidad de reacción Se recupera en las mismas condiciones tras la etapa catalítica Modifica el mecanismo de reacción, no el equilibrio termodinámico CATALIZADORES Catálisis homogénea Catálisis heterogénea Catálisis enzimática

REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN r=k·CA·CB BIBLIOGRAFÍA______________________________________ H. Scott-Fogler. Elementos de ingeniería de las reacciones químicas, Pearson Educación (2001). http://recursostic.educacion.es http://fisicayquimicaenflash.es http://www.fisica-quimica-secundaria-bachillerato.es

Gracias por vuestra atención REACCIONES QUÍMICAS Y VELOCIDAD DE REACCIÓN r=k·CA·CB Gracias por vuestra atención