CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO ----- Notas de la reunión (20-07-11 19:47) ----- Primera sesión 20 de julio de 2011 PEDRO MIRANDA MEZA QUÍMICA IIIº MEDIO 2015

OBJETIVO DE LA UNIDAD Reconocer las variables que modifican la velocidad de una reacción y entender los fenómenos asociados a la condición de equilibrio.

Cinética química Estudia la velocidad con que ocurre una reacción química “velocidad de reacción es el cambio en la concentración de un reactivo o producto con respecto al tiempo”

Teoría de las colisiones y Ea CONDICIONES REQUERIDAS: SUFICIENTE ENERGÍA Y UNA ORIENTACIÓN ADECUADA

IMPORTANTE No todas las colisiones entre las moléculas reactantes son efectivas: se dice que un choque entre las moléculas reactantes es efectivo cuando es capaz de conducir a la formación del complejo activado. La energía mínima necesaria para que haya colisiones efectivas es denominada energía de activación . La energía de activación es, por lo tanto, la energía que debe ser suministrada a los reactantes para que la reacción se inicie. A menos que la energía de los reactivos sea igual a la energía de activación que se necesita para romper un enlace químico, no se llevará a cabo ninguna reacción.

MECANISMO DE REACCIÓN Una reacción puede transcurrir también mediante dos o más procesos elementales. En tal caso, diremos que la reacción es compleja. El número de moléculas que toman parte como reactivos en un proceso elemental se denomina MOLECULARIDAD. Se conocen reacciones elementales unimoleculares, bimoleculares y trimoleculares, aunque estas últimas son muy escasas. La descomposición del ozono nos proporciona un buen ejemplo de reacción compleja, con una etapa unimolecular y dos etapas bimoleculares: O3     < = >     O2 + O O3 + O     -->     2 O2 Sumando las etapas elementales se obtiene la reacción global: 2 O3     -->     3 O2 El conjunto de los procesos elementales de una reacción se denomina MECANISMO DE REACCIÓN.

ECUACIÓN DE VELOCIDAD Y ORDEN DE UNA REACCIÓN Para reacciones complejas, la ecuación de velocidad no es tan sencilla, y depende del mecanismo de reacción. De todas formas, para muchas reacciones la velocidad es proporcional a potencias de las concentraciones de los reactivo. Para una reacción del tipo A + B ---> C + D , La ley de velocidad se representa por: v = k [A] n [B] m

En los procesos elementales los ordenes de reacción respecto a cada uno de los reactivos coinciden con los respectivos coeficientes estequiométricos y el orden global de la reacción coincide con su molecularidad.

EL ORDEN DE UNA REACCIÓN Ya hemos dicho que el Mecanismo de una reacción es una secuencia de reacciones elementales o parciales (etapas) que se llevan a cabo en una reacción. La velocidad de una reacción múltiple siempre estará determinada por aquella “semietapa” más lenta. En cinética química se utiliza el término “orden de reacción” para indicar los exponentes en la ley de velocidad. El orden total de una reacción es la suma de los exponentes de las concentraciones de los reactantes.

¿Qué ocurre con las reacciones que NO son elementales? Si la reacción se realiza en varias etapas, la semireacción más lenta es la que limita la velocidad. En este caso, las potencias no son iguales a los coeficientes de la ecuación, por lo tanto deben determinarse experimentalmente.

Es de orden cero en relación a un reactante, si la velocidad es independiente a la concentración de dicho reactante (exponente cero). Es de primer orden (orden 1) en relación a un reactante, si al duplicar la concentración del reactante, también se duplica la velocidad, es decir, la alteración que experimenta el reactante es de la misma magnitud que experimenta la velocidad (exponente 1). Es de segundo orden (orden 2) en relación a un reactante, si la modificación que experimenta la velocidad de reacción es el cuadrado de la modificación que experimenta la concentración del reactante (exponente 2). Se suele decir que el Orden Total de la reacción, en general, es la suma de los exponentes de sus reactantes.

FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN

PRIMARIOS CONCENTRACIÓN TEMPERATURA CATALIZADORES (Catálisis homo y heterogénea) SECUNDARIOS LUZ ESTADO FÍSICO DE LOS REACTANTES Presión (Factor selectivo)

CONCENTRACIÓN DE LOS REACTANTES Ley de Acción de las Masas: (Guldberg y Waage, 1867) “La velocidad de una reacción es directamente proporcional al producto de las concentraciones molares de los REACTANTES, elevadas a potencias que son iguales a los respectivos coeficientes estequimetricos de la ecuación química”

Por lo tanto: Las leyes de la velocidad siempre se determinan en forma experimental. Con las concentraciones de reactivo y la velocidad inicial es posible determinar el orden de una reacción y la constante de velocidad para ésta. El orden para una reacción se define en todos los casos respecto a las concentraciones de los REACTIVOS, no de lo PRODUCTOS. El orden de un reactivo no se relaciona con el coeficiente estequiométrico de éste en la reacción.

TEMPERATURA Si se aumenta la temperatura, la velocidad de reacción aumenta. Esto se debe al aumento de la energía cinética, la que provoca un aumento del número de moléculas con energía superior a la energía de activación. Existiendo más colisiones efectivas, la velocidad de reacción aumenta.

CATALIZADORES Catalizador y sus características Catálisis Homogénea Catálisis Heterogénea