QUÍMICA GENERAL

QUÍMICA 5. ENLACE QUÍMICO. CINÉTICA QUÍMICA 5.1 Tipos de enlace; enlace iónico 5.2 Enlace covalente, fuerza y polaridad, regla del octeto, estructuras de Lewis. 5.3 Geometría molecular. 5.4 Ley de velocidad de reacción. 5.5 Orden de reacción. 5.6 Teoría de activación. 5.7 Factores que controlan la velocidad de reacción. 5.8 Mecanismo de reacción.

CINÉTICA QUÍMICA Cinética: movimiento, cambio Rama de la química relacionada con la rapidez, o velocidad, con que ocurre una reacción química. Velocidad de reacción: cambio en la concentración de una reactivo o de un producto con respecto al tiempo [M/s]. Fotosíntesis: 10-12 s Transformación de grafito en diamante: >106 años

Velocidad de reacción Sea la transformación química A B y [A] y [B] sus concentrac. Velocidad = - Δ[A] o Δ[B] Δt Δt Como [A] disminuye en el tiempo y la velocidad es positiva se agrega “-”.

Velocidad de reacción Br2 (ac) + HCOOH (ac) 2Br-(ac) +2 H+(ac) + CO2(g) La velocidad instantánea está dada por la pendiente de la tangente a la curva en un punto (momento) dado

Velocidad de reacción velocidad = k [Br2] k: constante de velocidad En el caso del ejemplo la velocidad es directamente proporcional a [Br2]: velocidad = k [Br2] k: constante de velocidad que puede obtenerse de la pendiente del gráfico velocidad vs [Br2]

Ley de la velocidad y orden de reacción Para la reacción a A + b B c C + d D La ley se expresa matemáticamente: velocidad = k [A]x[B]y x y y son números que se determinan experimentalmente y no necesariamente son iguales a a y b. Orden de reacción : (global) suma de los exponentes a los que se elevan las concentraciones de reactivos según la ley de velocidad de reacción (= x + y ) Orden x en A ; Orden y en B ; Orden (x + y) global

Ley de la velocidad y orden de reacción El orden de reacción en un reactivo puede ser 0 o fraccionario: velocidad = k [A]0[B]1 = k [B] También: velocidad = k [A]½[B]1. Ejemplo de observaciones experimentales que permiten establecer la ley de velocidad de una reacción: 2 NO (g) + 2 H2(g) N2(g) + 2 H2O(g) Experimento [NO](M) [H2](M) Velocidad inicial M/s) 1 5 x 10-3 2 x 10-3 1,3 x 10-5 2 10 x 10-3 2 x 10-3 5,0 x 10-5 3 10 x 10-3 4 x 10-3 10,0 x 10-3

Ley de la velocidad y orden de reacción Teniendo en cuenta que velocidad = k [NO]x[H2]y Velocidad 2 = 5,0 x 10-5 ~ 4 = k (10 x 10-3)x (2 x 10-3)y = 2x Velocidad 1 1,3 x 10-5 k (5 x 10-3)x (2 x 10-3)y de donde x = 2 Velocidad 3 = 10 x 10-5 = 2 = k (10 x 10-3)x (4 x 10-3)y = 2y Velocidad 2 5 x 10-5 k (10 x 10-3)x (2 x 10-3)y de donde y = 1 Se concluye entonces que velocidad = k [NO]2[H2]

Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo. Para una reacción de primer orden Se recordará que y también que por lo que Velocidad = - Δ[A] Velocidad = k [A] - Δ[A] = k [A] Δt Δt Aplicando el cálculo diferencial e integral se llega a: ln [A]t = -k t + ln [A]0

Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo. 2 N2O5 (CCl4) 4 NO2(g) + O2(g)

Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo. Para una reacción de segundo orden Velocidad = - Δ[A] Velocidad = k [A]2 - Δ[A] = k [A]2 Δt Δt Aplicando el cálculo diferencial e integral se llega a: 1 . = -k t + 1 . [A]t [A]0

Resumen de cinética de reacciones de orden 0, 1 y 2

Problemas de cinética química 1- A partir de los siguientes datos, determine el orden de reacción y calcule la constante de velocidad: [A](M) [B](M) V(M/s) 1,50 1,50 3,2 x 10-1 1,50 2,50 3,2 x 10-1 3,00 1,50 1,28

Problemas de cinética química 2- Para la reacción A B, la velocidad de reacción es igual a 1,6 x 10-2 M/s cuando [A] = 0,4M. Calcule la constante de velocidad si la reacción es (a) de primer orden respecto de A y (b) de segundo orden respecto de A. 3- A partir de los siguientes datos de una reacción en la que interviene el reactivo Z, determine el orden de la misma. t (horas) : 0 1 3 7 [Z] (M) : 2,0 1,0 0,5 0,25

Factores que influyen en las velocidades de reacción 1. Estado físico de los reactivos Vel. reacciones Gas y líquido > Vel. Reacciones sólido Como se relaciona con frecuencia de choques: a > grado de subdivisión del sólido; > velocidad de reacción. 2. Concentración de los reactivos concentr. reactivos; > frecuencia de choques 3. Temperatura de la reacción > temperatura; > frecuencia de choques

Factores que influyen en las velocidades de reacción 4. Presencia de catalizador Catalizador: agente que aumentan las velocidades de reacción sin transformarse. Influyen en los tipos de colisiones (mecanismo de reacción). Ejemplos: Enzimas: galactosidasa Convertidor catalítico: CO, CxHy CuO CO2 + H2O NO, NO2 Pt N2

MECANISMO DE REACCIÓN Proceso por el que se lleva a cabo una reacción: describe en detalle el orden de ruptura y formación de enlaces. Reacción unimolecular: una sola molécula se transforma (no necesita chocar con otra) Ej. transposición de metil isonitrilo . Reacción bimolecular: dos moléculas necesitan chocar para dar lugar a la reacción. Ej. NO(g) + O3(g) NO2(g) + O2(g) También: ciclopropano propeno Reacción termolecular: muy poco probable.

MECANISMO DE REACCIÓN El mecanismo de reacción es la ruta; la reacción sólo especifica el principio y el final: Reacción: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) Como se ha detectado la presencia de N2O2 en esta reacción, más otras evidencias, se plantea el siguiente mecanismo para esta reacción: Paso elemental (bimolecular) 2 NO(g) N2O2 (g) Paso elemental (bimolecular) N2O2 (g) + O2(g) 2 NO2(g) 2 NO(g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

Preguntas de cinética química Clasifique las siguientes reacciones elementales como unimolecular, bimolecular y termolecular. 2 NO + Br2 2 NOBr CH3NC CH3CN SO + O2 SO2 + O