PPTCEL003QM11-A16V1 Clase Cinética química I: velocidad de reacción.

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1 PPTCEL003QM11-A16V1 Clase Cinética química I: velocidad de reacción

2 REACCIÓN NUCLEAR Emisión de partículas radiactivas α, β, positrones y rayos gamma. Fisión nuclear Elementos hijos distintos a elementos padres. Decaimiento radiactivo Fusión nuclear Transmutación Resumen de la clase anterior

3 Aprendizajes esperados Caracterizar la velocidad de una reacción y sus factores. Determinar el orden de una reacción. Conocer los catalizadores orgánicos e inorgánicos. Páginas del libro desde la 40 a la 44.

4 Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo Prueba de Ciencias Química, Admisión PSU 2017. Pregunta oficial PSU En un ensayo enzimático realizado en condiciones ideales, la velocidad de reacción fue siempre independiente de la concentración de sustrato. Al respecto, ¿cuál es el orden de esta reacción? A)Primer orden B)Orden mixto C)Segundo orden D)Orden cero E)Tercer orden

5 1. Velocidad de reacción 2. Catalizadores 3. Factores que modifican la velocidad de reacción

6 1. Velocidad de reacción Corresponde al cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo. Se mide en unidades de M/s. La velocidad se expresa como Donde ∆[A] y ∆[B] son los cambios en la concentración (molaridad) en un determinado periodo ∆t (tiempo). Debido a que la concentración de A disminuye durante el intervalo de tiempo, ∆[A] es una cantidad negativa. Para una reacción

7 Ejercitación Ejercicio 1 “guía del alumno” E Comprensión La velocidad de una reacción química está considerada como I) una fórmula que expresa los mol de productos obtenidos por segundo. II) una fórmula que expresa los mol de reactantes consumidos por segundo. III) la rapidez con que los reactantes se transforman en productos. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y III. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III.

8 1. Velocidad de reacción La ecuación cinética o ley de velocidad expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad de los reactivos, elevados a alguna potencia. La ley de la velocidad tiene la forma Donde x e y son números que se determinan experimentalmente y definen el orden de la reacción. En general, x e y no son necesariamente iguales a los coeficientes estequiométricos a y b. 1.1 Ecuación cinética Para una reacción

9 1. Velocidad de reacción 1. Reacciones químicas de primer orden Corresponden a reacciones cuya velocidad depende de la concentración de un reactivo elevada a la primera potencia. 1.2 Orden de reacción 2. Reacciones químicas de segundo orden Corresponden a reacciones cuya velocidad depende de la concentración de uno de los reactivos elevada a la segunda potencia, o de la concentración de dos reactivos diferentes, cada uno elevado a la primera potencia.

10 Ejercicios La reacción del óxido nítrico (NO) con hidrógeno (H 2 ) a 1280 °C es A partir de los siguientes datos, medidos a dicha temperatura, determine la ley de la velocidad. Experimento[NO][H 2 ]Velocidad inicial (M/s) 1 5,0 x 10 -3 2,0 x 10 -3 1,25 x 10 -5 210,0 x 10 -3 2,0 x 10 -3 5,0 x 10 -5 310,0 x 10 -3 4,0 x 10 -3 10,0 x 10 -5

11 Ejercicios Los experimentos 1 y 2 muestran que al duplicar la concentración de NO, manteniendo constante la de H 2, la velocidad se cuadruplica. Segundo orden respecto de NO Los experimentos 2 y 3 muestran que al duplicar la concentración de H 2 a una concentración constante de NO, la velocidad se duplica. Primer orden respecto de H 2 Velocidad = k [NO] 2 [H 2 ] Se observa que la reacción es de primer orden respecto de H 2, a pesar de que el coeficiente estequiométrico del H 2 en la ecuación balanceada es 2. Reacción de tercer orden global (2+1). Experimento[NO][H 2 ]Velocidad inicial (M/s) 15,0 x 10 -3 2,0 x 10 -3 1,25 x 10 -5 210,0 x 10 -3 2,0 x 10 -3 5,0 x 10 -5 310,0 x 10 -3 4,0 x 10 -3 10,0 x 10 -5

12 Ejercitación Ejercicio 3 “guía del alumno” D ASE ExperienciaV 0 (M/s) 10,100,2032 20,10 8 30,300,1024

13 1. Velocidad de reacción 1.3 Velocidad de reacción y temperatura Que la reacción se lleve a cabo o no depende de La dirección de colisión entre partículas. La energía asociada a la colisión. Solo la orientación correcta permite que los enlaces se puedan romper. Los choques necesitan de una energía mínima para iniciar la ruptura de enlaces.

14 1. Velocidad de reacción 1.3 Velocidad de reacción y temperatura Energía de activación Para que una reacción ocurra, las moléculas que chocan deben tener una energía cinética total igual o mayor que la energía de activación (E a ), que es la mínima cantidad de energía que se requiere para iniciar una reacción química. Complejo activado Al chocar las moléculas, forman un complejo activado (también denominado estado de transición), que es una especie formada temporalmente por las moléculas de reactivo, antes de formar el producto. A mayor temperatura, mayor es la energía cinética de las moléculas.

15 Ejercitación Ejercicio 6 “guía del alumno” C Comprensión La etapa limitante de una reacción química está impuesta por la energía A) de los productos. B) total de la reacción. C) de activación. D) de los catalizadores. E) inversa de la reacción.

16 2. Catalizadores Su efecto es aumentar la velocidad de la reacción. No aparecen nunca en la ecuación estequiométrica. No alteran la posición del equilibrio ni el calor de reacción. Son sustancias que, actuando en pequeñas proporciones, disminuyen la energía de activación de la reacción y/o provocan una correcta orientación al choque de las especies reactantes, de forma que este sea eficaz.

17 2. Catalizadores 2.1 Tipos de catálisis Catálisis heterogénea Los reactivos y catalizadores están en fases distintas. El catalizador es un sólido y los reactivos son gases o líquidos (ej.: convertidor catalítico). Catálisis homogénea Los reactivos y catalizadores están dispersos en una sola fase, generalmente líquida. Tiene ventajas por sobre la C. heterogénea: puede realizarse en condiciones atmosféricas y los catalizadores son más baratos. Catálisis enzimática Las enzimas son catalizadores biológicos altamente específicos. Realizan una catálisis homogénea: sustrato y enzima están en disolución acuosa. Se forma un complejo enzima-sustrato (ES).

18 2. Catalizadores A altas temperaturas, dentro de un motor, el nitrógeno y el oxígeno gaseoso reaccionan para formar óxido nítrico. En la atmósfera, el NO se combina rápidamente con el O 2 para formar NO 2. También se producen monóxido de carbono (CO) y varios hidrocarburos, todos ellos gases contaminantes. C. C. tiene dos propósitos Oxidar el CO y los hidrocarburos que no se quemaron a CO 2 y H 2 O Reducir el NO y el NO 2 a N 2 y O 2 2.2 Convertidor catalítico

19 Ejercicio 13 “guía del alumno” Pregunta HPC D ASE Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones químicas, disminuyendo la energía de activación de las reacciones. Cuando una enzima pierde su estructura tridimensional por cambios bruscos de temperatura o pH, se produce una pérdida de su actividad. Este proceso se denomina desnaturalización. A continuación se muestra un gráfico con la actividad de dos enzimas en función de la temperatura. A partir del gráfico, podemos inferir que I) a 50°C las reacciones en el cuerpo humano se vuelven más lentas. II) a 70°C ambas enzimas se encuentran desnaturalizadas. III) distintas enzimas pueden presentar su máxima actividad a diferentes temperaturas. A) Solo I. D) Solo I y III. B) Solo II. E) I, II y III. C) Solo I y II.

20 3. Factores que modifican la velocidad Velocidad afectada por Concentración Presión Estado físico Catalizadores Temperatura Una mayor cantidad de partículas favorece los choques. Mayor temperatura implica más energía cinética y más choques. Favorecen la colisión, sin ser consumidos en la reacción. En sólidos, está asociada a superficie de contacto. En gases, actúa de forma similar a la concentración.

21 Ejercitación Ejercicio 7 “guía del alumno” D Comprensión Si se disminuye la concentración de los reactantes en una reacción química, se consigue A) aumentar la velocidad de la reacción. B) aumentar los choques entre las moléculas de reactantes. C) aumentar los choques entre las moléculas de productos. D) disminuir la velocidad de la reacción. E) reestablecer el equilibrio químico.

22 Pregunta oficial PSU ALTERNATIVA CORRECTA D Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo Prueba de Ciencias Química, Admisión PSU 2017. En un ensayo enzimático realizado en condiciones ideales, la velocidad de reacción fue siempre independiente de la concentración de sustrato. Al respecto, ¿cuál es el orden de esta reacción? A)Primer orden B)Orden mixto C)Segundo orden D)Orden cero E)Tercer orden

23 Tabla de corrección NºClaveUnidad TemáticaHabilidad 1 E Cinética Comprensión 2 A Cinética Reconocimiento 3 D Cinética ASE 4 C Cinética ASE 5 E Cinética Reconocimiento 6 C Cinética Comprensión 7 D Cinética Comprensión 8 C Cinética Aplicación 9 B Cinética Aplicación 10 E Cinética Reconocimiento

24 Tabla de corrección NºClaveUnidad TemáticaHabilidad 11 D Cinética Reconocimiento 12 D Cinética Reconocimiento 13 D Cinética ASE 14 A Cinética Reconocimiento 15 B Cinética Comprensión

25 Síntesis de la clase Finalidad CINÉTICA QUÍMICA Mide la velocidad de una reacción química Afectada por Catalizadores Químicos Homogéneos Heterogéneos Biológicos Enzimas Estado de agregación Presión ConcentraciónTemperatura De tipo

26 Prepara tu próxima clase En la próxima sesión, estudiaremos Cinética química II: equilibrio químico

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