CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO. ¿Qué sucede en una reacción cuando está en equilibrio? No se aprecian cambios a pesar del tiempo transcurrido. [ Reactivos.

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1 CINÉTICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO

2 ¿Qué sucede en una reacción cuando está en equilibrio? No se aprecian cambios a pesar del tiempo transcurrido. [ Reactivos ] = [P roductos ] NIVEL MACROSCÓPICO Moléculas de reactivo (colisionando) para generar producto y éstos a su vez reaccionan para descomponerse en los reactivos precursores. NIVEL MOLECULAR

3 CINÉTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS CINÉTICA VELOCIDAD Se mide por los cambios que ella provoca. aumento en la concentración de los productos, Disminución de la concentración de los reactantes o el aumento en la concentración de los productos, Se mide por los cambios que ella provoca. aumento en la concentración de los productos, Disminución de la concentración de los reactantes o el aumento en la concentración de los productos, tiempo específico Intervalo de tiempo específico,

4 ¿Qué sucede en cada reacción?

5 “Velocidad de reacción es el cambio en la concentración de un reactivo o producto con respecto al tiempo”

6 ◍ RECORDEMOS….

7 Reacciones de Síntesis. ◍ Combinación sustancias más complejas. ◍ Producen sustancias con estructuras más complejas. moléculas ◍ El número de moléculas de productos es menor que el de reactantes. ◍ Generalmente son exotérmicas

8 Reacciones de descomposición ◍ Proceso de división ◍ Proceso de división de los reactantes en sustancias con estructuras más simples. moléculas de productos mayor que el de reactantes ◍ El número de moléculas de productos es mayor que el de reactantes. endotérmicas ◍ En general, son endotérmicas ◍ Proceso de división ◍ Proceso de división de los reactantes en sustancias con estructuras más simples. moléculas de productos mayor que el de reactantes ◍ El número de moléculas de productos es mayor que el de reactantes. endotérmicas ◍ En general, son endotérmicas

9 Reacciones de sustitución moléculas de productos ◍ El número de moléculas de productos es igual al de reactantes. desplazamiento simple o doble. ◍ Dos tipos de sustitución: desplazamiento simple o doble.

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11 ¿Cómo ocurre una reacción química? ◍ 1. Teoría de las colisiones

12 2.Teoría del complejo activado: ¿ENDOTÉRMICA O EXOTÉRMICA?

13 ◍ Velocidad de la reacción estará directamente asociada a: ◍ La cantidad de reactivo que “reacciona” en una unidad de tiempo, o la cantidad de producto que “se forma” en una unidad de tiempo. Aplicando el contenido… > Concentración de reactivos Colisiones

14 Si pensamos en una reacción como la que se expresa a continuación….. ◍ ¿Qué sucede a medida que avanza el tiempo con la concentración de A? ◍ ¿Cómo podemos expresar la velocidad de la reacción? [A] disminuye [A] disminuye en la medida en que el tiempo transcurre o varía (t), lo que se representa por medio de un signo negativo

15 Respecto del caso anterior : ¿Qué sucederá con B? ◍ El producto, aumentará su concentración

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17 EJEMPLO: EJEMPLO: La reacción representada por la expresión A B + C donde A es una disolución de concentración 0,10 M es sometida a prueba experimental, obteniéndose los siguientes datos experimentales: ◍ ¿Cómo podemos calcular la velocidad en cada intervalo de tiempo? Con los Datos obtenidos ¿Puedes construir una tabla? 1. ¿Qué puedes decir de dichos valores? 2. ¿Qué indica que la concentración del reactivo [A] en el primer intervalo sea mayor que el del segundo? Con los Datos obtenidos ¿Puedes construir una tabla? 1. ¿Qué puedes decir de dichos valores? 2. ¿Qué indica que la concentración del reactivo [A] en el primer intervalo sea mayor que el del segundo?

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20 ◍ Se puede determinar dibujando una tangente a la gráfica de concentración en función del tiempo, considerando que ésta (velocidad instantánea) es igual al valor de la pendiente de la gráfica. ¿Cómo podríamos determinar la velocidad instantánea en cualquier punto del tiempo?

21 LEY DE LA VELOCIDAD Función de la concentración, de cada una de las sustancias que influyen en ella, es decir, reactivos y productos A B La estequiometría de la reacción exige que la velocidad de desaparición de A sea igual a la velocidad de aparición de B. estudio de la reacción y el efecto de la concentración en la velocidad Así el estudio de la reacción y el efecto de la concentración en la velocidad de reacción, consisten en establecer cómo depende la velocidad al comienzo (velocidad inicial) de las concentraciones iniciales

22 La sumatoria de ambos exponentes (m y n), entrega el orden de reacción global Constante de Velocidad relación entre las [M] de los reactivos A y B con k. (m + n = orden de la Rxn global)

23 ¿Cómo se determina el orden de una reacción? ◍ Ejemplo: ◍ Ejemplo: En laboratorio, un grupo de estudiantes definió los siguientes valores de [A] y [B] y la velocidad de la reacción Ley de velocidad es

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25 n Entonces, ¿Cuáles son los valores de m y n? Buscar expresiones propiedades de las potencias, Buscar expresiones para las que se pueda aplicar las propiedades de las potencias, considerando la misma base 1.Para definir m: buscar en los datos del experimento en el que las concentraciones de B (que dependen de n) sean iguales Si remplazamos ¿Podemos simplificar esta fracción? ¿Qué sucede con los valores de k y B?

26 al simplificar por 0,15 1212 Los valores de k 1, k 2, [B 1, [B 2 ] son idénticos m = 1 La reacción es de orden 1 respecto al reactivo A.

27 ¿Cómo determinamos el valor de n? Experimento 1 y 4, la concentración del reactivo A permanece constante, por ende: n = 0

28 m = 1 ENTONCES:ENTONCES: n = 0 Finalmente, el orden global de la reacción es 1 m + n = 1 Donde un único reactivo se descompone en productos ( A productos ) La velocidad de reacción depende de la concentración del reactante. Si la concentración de A se duplica, la velocidad también lo hará, y al contrario, si la concentración de A disminuye a la mitad, la velocidad también disminuirá.

29 ln [A] t Al graficar ln [A] t en función del tiempo (t) arroja una línea recta con una pendiente ( m= −k )

30 Las reacciones de segundo orden, la suma de los exponentes m y n tiene que ser igual a 2. Si A = 2, la velocidad aumenta a 4, si A = 3, la velocidad será 9, así sucesivamente Ecuación de velocidad Ley de velocidad

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34 Clase 2.

35 Factores que afectan la velocidad de reacción ◍ Mientras más condiciones favorezcan las colisiones entre los Reactivos, mayor será la probabilidad de que ocurra la reacción: ◍ 1. Grado de división de los reactantes. Velocidad Depende de la superficie de contacto. Los sólidos, cuanto más disgregados o separados estén los reactivos, mayor será la probabilidad de contactos entre ellos, por lo que aumentará la velocidad de la reacción (habrá más choques efectivos entre las partículas). Depende de la superficie de contacto. Los sólidos, cuanto más disgregados o separados estén los reactivos, mayor será la probabilidad de contactos entre ellos, por lo que aumentará la velocidad de la reacción (habrá más choques efectivos entre las partículas).

36 Efecto de la concentración

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38 Presión ◍ ¿Qué sucede con las partículas gaseosas al aumentar o disminuir la presión?

39 Temperatura

40 Ecuación de Arrhenius k : constante de velocidad de la reacción,(1/s). A frecuencia con la que ocurren las colisiones expresadas también en 1/s. e :es la función inversa del logaritmo natural; E :energía de activación de la reacción, expresada en kJ/mol; R: es la constante de valor 8,314 J/K mol; T temperatura absoluta expresada en K.

41 Al determinar la pendiente de la recta (m), se puede calcular la energía de activación ( E a ) Al determinar la pendiente de la recta (m), se puede calcular la energía de activación ( E a )

42 La ecuación de Arrhenius, permite conocer las variaciones que experimenta una reacción química respecto a su energía de activación (Ea) cuando se conocen la temperatura y la constante de velocidad en dos situaciones distintas: La ecuación de Arrhenius, permite conocer las variaciones que experimenta una reacción química respecto a su energía de activación (Ea) cuando se conocen la temperatura y la constante de velocidad en dos situaciones distintas:

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45 Acción de los catalizadores e inhibidores

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47 Catálisis homogénea y heterogénea Catálisis heterogénea: Los procesos más frecuentes de este tipo de catálisis, son las reacciones de gases catalizadas por sólidos Catálisis heterogénea: Los procesos más frecuentes de este tipo de catálisis, son las reacciones de gases catalizadas por sólidos

48 Catálisis enzimática ◍ Las enzimas o catalizadores biológicos corresponden a moléculas de proteínas de gran masa molecular (de 10000 a 1 millón de μ), de estructuras muy complejas y dotadas de actividad catalítica específica, es decir, catalizan ciertas reacciones. ◍ Reaccionan en un lugar muy específico denominado sitio activo, con la sustancia que cataliza llamada sustrato. ◍ Las enzimas o catalizadores biológicos corresponden a moléculas de proteínas de gran masa molecular (de 10000 a 1 millón de μ), de estructuras muy complejas y dotadas de actividad catalítica específica, es decir, catalizan ciertas reacciones. ◍ Reaccionan en un lugar muy específico denominado sitio activo, con la sustancia que cataliza llamada sustrato.

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50 Convertidores catalíticos

51 Equilibrio químico

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55 Constante de equilibrio (Keq) y el cociente de reacción (Q) ◍ ¿Cómo serán las concentraciones de las sustancias en una reacción, cuando se alcance el equilibrio, con respecto a las concentraciones iniciales? ◍ ¿Serán mayores o menores? ◍ ¿Cómo serán las concentraciones de las sustancias en una reacción, cuando se alcance el equilibrio, con respecto a las concentraciones iniciales? ◍ ¿Serán mayores o menores? ◍ Para esto, se calcula el cociente de reacción (Q), cuyo valor permite predecir el sentido de la reacción. ◍ El cociente de reacción es una expresión análoga a la constante de Equilibrio ( k eq ), pero se calcula empleando las concentraciones iniciales de cada componente del sistema y no con las concentraciones en equilibrio ◍ Para esto, se calcula el cociente de reacción (Q), cuyo valor permite predecir el sentido de la reacción. ◍ El cociente de reacción es una expresión análoga a la constante de Equilibrio ( k eq ), pero se calcula empleando las concentraciones iniciales de cada componente del sistema y no con las concentraciones en equilibrio

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