© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química CINÉTICA QUÍMICA

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Cinética La cinética estudia la velocidad a la que suceden los procesos químicos. Además de la información acerca de la velocidad a la que suceden las reacciones, la cinética también puede dar idea del mecanismo de reacción (cómo sucede exactamente la reacción).

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Se debe introducir el factor tiempo y medir la velocidad con que transcurren las reacciones químicas. velocidad: “La cantidad de sustancia que se transforma por unidad de tiempo”.Entenderemos por velocidad: “La cantidad de sustancia que se transforma por unidad de tiempo”. Dos aspectos importan industrialmente: Acelerar o retardar reacciones. Reacciones que constituyen equilibrio químico.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Modelo de colisiones Las moléculas deben colisionar con la orientación correcta y con la energía suficiente para ocasionar la ruptura y formación de enlaces.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Es la E min para que los choques sean efectivos, se rompan y formen enlaces. Es la responsable de que las moléculas reaccionantes rompan sus enlaces y se reordenen para formar los productos. complejo activado.Se forma un estado de transición de alto contenido energético, pero menos estable que reactantes y productos, llamado complejo activado.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Disoluciones Cinética química Diagramas coordinados de la reacción El diagrama muestra la energía de los reactivos y productos (y, por lo tanto,  E). El punto alto en el diagrama es el estado de transición. A la especie presente en el estado de transición se le llama complejo activado. El espacio de energía entre los reactivos y el complejo activado es la barrera de la energía de activación.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Disoluciones La energía de activación corresponde a la diferencia de la E reactivos y la E complejo act. en una reacción directa. El cambio de energía de la reacción ∆E, corresponde a la diferencia de energía entre reactantes y productos. Si definimos como ENTALPIA (H) a la función de estado que nos permite medir los cambios de E en forma de calor(Q) en una reacción química, a presión constante, tendremos que ∆E = ∆H. Es decir ∆H corresponde al Q absorbido o cedido en una reacción, a P=cte.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Disoluciones Reacción Endotérmica: Reacción Exotérmica:

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Disoluciones Cinética química Distribuciones de Maxwell–Boltzmann Esta fracción(f) de moléculas puede determinarse a través de la expresión: donde R = J/mol°K y es la cte. de los gases. T es la temperatura en grados Kelvin. f = e - E a RT

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química La ecuación de Arrhenius Svante Arrhenius desarrolló una relación matemática entre k (constante de velocidad) y E a : k = A e donde A es el factor de frecuencia; un número que representa la probabilidad de que las colisiones sucedan con la orientación apropiada para la reacción. - E a RT

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química FACTORES QUE AFECTAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN. Son condiciones que favorecen el desarrollo de una reacción química, aumentando o disminuyendo su velocidad de reacción, son: Temperatura Concentración Estado físico de los reactantes Catalizadores Presión Volumen

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Para la reacción simple: A B La velocidad de la reacción se puede medir en términos de la variación de los reactantes o de los productos en un intervalo de tiempo, es decir: v = -Δ[A] → disminución del reactante A Δt v = Δ[B] → formación del producto B Δt Velocidades de reacción

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química La velocidad de una reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactantes ( [A] ), luego: v α [A] v = k [A] Expresión de la velocidad reacción para A → B donde k es la constante de proporcionalidad y recibe el nombre de “constante de velocidad”. La unidad de veloc. es (moles/lt)/seg. → M/seg. Velocidades de reacción

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Constante de velocidad. La constante de velocidad o constante especifica de velocidad (k), es función de la naturaleza de los reactivos, la presión y fuertemente de la T°. Su valor es característico de cada reacción, no depende de la concentración de los reactivos y se determina experimentalmente. Sus unidades dependen del orden de la reacción.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Ley de velocidad Para una reacción del tipo: aA + bB cC + dD La expresión de la velocidad de reacción o Ley de velocidad, queda dada por: v = k [A] α [B] β α → orden parcial de la reacción c/r react. A β → orden parcial de la reacción c/r react. B α+β → orden total de la reacción Los valores de α,β se det. experimentalmente y no coinciden con los coef. esteq. de la reacc.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Disoluciones Cinética química Velocidades de reacción y estequiometría Para la reacción: Las velocidades de reacción (v) se relacionan con los coeficientes estequiometricos, así: Solo en reacciones elementales los ordenes de reacción coinciden con los coef. esteq. aA + bBcC + dD v = − 1a1a  [A]  t = − 1b1b  [B]  t = 1c1c  [C]  t 1d1d  [D]  t =

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Reacción de orden cero Su grafica de v reacc. vs [React.], es una recta paralela al eje de las “x”. Luego, la veloc. es cte → v = k → v = -Δ[A]/Δt = k[A] 0 = k Ej: disociación del agua: 2H 2 O → 2H 2 + O 2 Si una Si una reacción es de orden cero (0),con respecto a un reactivo, los cambios de su concent. no afectan su velocidad.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Reacción de orden uno Existe una relación directamente proporcional entre la veloc. y la concent. de los reactivos. Expresión ley de velocidad → v = k[A] = -Δ[A]/Δt Relación lineal del tipo → y = mx + n, donde la pendiente de la recta corresponde a la constante de velocidad y n = v 0 (generalmente 0)

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Reacción de orden dos La veloc. crece exponencialmente con la concent.→ curva exponencial, al duplicar la concent. la veloc. aumenta en un factor al cuadrado. Ley de veloc.→ v = k[A] 2 = -Δ[A]/t Para la reacción: A+B → Productos: v = k[A][B] Ej: Descomposición NO 2 → NO + O 2,a 300°C

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Mecanismos de reacción Las reacciones pueden suceder a través de una o de varias etapas. A cada uno de estos procesos se le llama reacción elemental o proceso elemental.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Mecanismo de reacción Normalmente las etapas de una reacción química no ocurren a la misma velocidad. La velocidad de reacción y E a que nos interesa es la etapa mas lenta, ya que es la determinante de la cinética. La velocidad de una reacción esta determinada por la etapa mas lenta del mecanismo, llamada etapa determinante de la velocidad.

© 2009 Prentice-Hall Inc. Todos los derechos reservados. Cinética química Molecularidad