CINÈTICA DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Velocitat d’una reacció La velocitat d’una reacció és una magnitud que descriu la rapidesa amb què els reactius es converteixen en els productes. Exemple: N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) La velocitat de les reaccions disminueix a mesura que disminueix la quantitat dels reactius. Per això definim la velocitat instàntània de reacció d’una reacció homogènia és la derivada de la concentració d’un component de la reacció respecte del temps, dividida pel coeficient estequiomètric del component i canviada de signe si és un reactiu. Unitats: mol/l·s nAA + nBB nCC + nDD v = - = - = = 1 nA dcA dt nB dcB nC dcC nD dcD

CINÈTICA DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Velocitat d’una reacció

CINÈTICA DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Mesura experimental de la velocitat de reacció Per determinar la velocitat d’una reacció homogènia cal mesurar al cap de diferents temps la concentració d’un dels components o d’una propietat física que hi estigui relacionada. La mesura de la concentració es pot fer per anàlisi química o indirectament a partir d’una propietat física que variï durant el curs de la reacció.

CINÈTICA DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Equació de la velocitat L’equació cinètica o equació de velocitat expressa la relació entre la velocitat d’una reacció i la concentració de les espècies implicades en la reacció. En general, l’equació cinètica d’una reacció: a A + b B c C + d D V = K [A]a [B]b On k és la constat de velocitat i i b són ordres de reacció respecte A i B respectivament (0,1 o 2, en alguns casos ½, 3/2, fins i tot -1) + b és l’ordre global de la reacció. L’ordre de reacció no necessàriament coincideix amb els coeficients estequiomètrics.

CINÈTICA DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Equació de la velocitat a A + b B c C + d D V = K [A]a [B]b Si a=0 i b=0 Ordre total reacció: 0. Eq velocitat: V = K Si a=1 i b=0 Ordre total reacció: 1. Eq velocitat: V = K [A] Si a=1 i b=1 Ordre total reacció: 2. Eq velocitat: V = K [A] [B] Si a=2 i b=0 Ordre total reacció: 2. Eq velocitat: V = K [A]2 Si a=2 i b=1 Ordre total reacció: 3. Eq velocitat: V = K [A]2 [B]

TEORIES DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Teoria de les col·lisions 1. Només aplicable a gasos. 2. Suposa que les partícules tenen una gran energia cinètica ja que es mouen a gran velocitat. 3. Les partícules xoquen entre sí. 4. Només els xocs eficaços donen lloc a productes. 5. Que un xoc sigui eficaç depèn de: a) Energia cinètica de les partícules. b) Orientació de les partícules

TEORIES DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Teoria de les col·lisions 1. Només aplicable a gasos. 2. Suposa que les partícules tenen una gran energia cinètica ja que es mouen a gran velocitat. 3. Les partícules xoquen entre sí. 4. Només els xocs eficaços donen lloc a productes. 5. Que un xoc sigui eficaç depèn de: a) Energia cinètica de les partícules. b) Orientació de les partícules http://perso.wanadoo.es/cpalacio/cinetica2.htm http://www.educarchile.cl/Userfiles/P0001/File/quimica_teoria_colisiones.swf

TEORIES DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Teoria de l’estat de transició És aplicable a tot tipus de sistemes. Suposa l’existència d’una espècie química mig camí entre reactius i productes; Suposa la formació d’un complex activat o estat de transició.

FACTORS QUE INTERVENEN EN LA VELOCITAT DE REACCIÓ Naturalesa química dels reactius: Les molècules mostren diferent reactivitat d’acord amb la seva estructura, la polaritat dels enllaços i les zones d’alta o baixa densitat electrònica. Concentració dels reactius (o pressió dels gasos reactants): La velocitat augmenta amb la concentració.

FACTORS QUE INTERVENEN EN LA VELOCITAT DE REACCIÓ Temperatura: Les reaccions transcorren més ràpidament com més alta és la temperatura. La teoria cinèticomolecular ens ajuda a explica que perquè les molècules reaccionin quan xoquen cal que el xoc sigui eficaç. Això requereix una energia mínima que es diu energia d’activació. Quan augmenta la temperatura augmenten la velocitat i l’energia cinètica de les molècules i la freqüència dels xocs. L’augment de nombre de xocs eficaços fa que augmenti la velocitat de reacció.

FACTORS QUE INTERVENEN EN LA VELOCITAT DE REACCIÓ Catalitzadors: Els catalitzadors són substàncies que modifiquen la velocitat de les reaccions químiques sense consumir-se. Els catalitzadors tenen un paper molt important en els processos industrials i biològics. Permeten que tinguin lloc reaccions que, si no existissin, no ocorrerien mai. Les reaccions que tenen lloc en els éssers vius requereixen la participació de catalitzadors biològics, que reben el nom d’enzims.

FACTORS QUE INTERVENEN EN LA VELOCITAT DE REACCIÓ Llum: La fotosíntesi i la fotografia són reaccions la velocitat de les quals depèn de la intensitat de la llum visible que hi incideix. Àrea superficial (en les reaccions heterogènies): En les reaccions heterogènies la velocitat de la reacció depèn de l’àrea de la superfície de contacte entre les fases. En el cas dels sòlids millor pulveritzar els sòlids.

MECANISMES DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Per comprendre com té lloc una reacció a escala atòmica, es proposa un mecanisme de reacció o seqüència de reaccions elementals que descriuen els canvis atòmics que es creu que tenen lloc a mesura que els reactius es transformen en els productes. Una reacció elemental és un canvi senzill d’àtoms o electrons. Les reaccions elementals són unimoleculars si solament intervé una molècula com a reactiu, o bimoleculars, si reaccionen dues espècies. Una reacció elemental trimolecular és poc probable.

MECANISMES DE LES REACCIONS QUÍMIQUES

MECANISMES DE LES REACCIONS QUÍMIQUES Les reaccions que transcorren en una sola etapa s’anomenen concertades. Veure animació http://spartans.spa.edu/jgepner/Hcpract/Hcch12.htm http://www.chemtube3d.com/

REACCIONS EN CADENA En una reacció en cadena, els intermediaris es generen en un pas d’iniciació i es reprodueixen al llarg de la seqüència de passos elementals de tal manera que un gran nombre de molècules de productes s’obté a partir d’un únic àtom o molècula de l’intermediari. Per aquesta raó es diu que el mecanisme d’una reacció en cadena és una seqüència cíclica.

REACCIONS EN CADENA