Cinética Química

Velocidad de Reacción

Introducción

• Hay personas que corren rápido, otras que corren lento y otras que simplemente corren tan lento que pareciera que no corren.

• Lo mismo ocurre a nivel de reacciones químicas: algunas son tan rápidas que no se pueden medir, otras son lentas y se pueden medir y otras son tan lentas que demoran años.

A. Velocidad de reacción

La velocidad de reacción ( v ) , se define, como elcambio en la concentración molar ( M ) de unreactante o producto por unidad de tiempo ensegundos ( s ) .

• Para ampliar este concepto a todas las reaccionesquímicas, utilizaremos la siguiente ecuacióngeneral:

A  →  B

• Para este mecanismo, entenderemos que losreactivos representados por A deben colisionarefectivamente para que se obtengan los

productos representados como B, y en la medida

en que los A disminuyan, los B aumentarán.

• En síntesis:

• Velocidad promedio =𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑢𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜

• Si nos situamos en el caso de los reactivos A, entenderemos que su concentración [A] disminuye en la medida en que el tiempo transcurre o varía (∆t), lo que se representa por medio de un signo negativo. Así:

En cambio, si analizamos el caso de los productos, que aumentan su concentración [B] paulatinamente, lo que se representa por un signo positivo, se tendrá:

• La situación descrita se presenta en el siguiente diagrama . Observa que la concentración de los reactivos, simbolizada por la línea azul, va en

constante disminución en el tiempo; en cambio,

la de color naranja, que representa a los

productos, aumenta a medida que transcurre el

tiempo.

• Como se ha mencionado con anterioridad, lavelocidad de reacción se determinaexperimentalmente gracias a lo cual esfactible determinar velocidad promedio adiferentes intervalos de tiempo así como la

velocidad global de la reacción.

Actividad 1.

• Si la concentración de un reactivo A decrece de 0,1 mol/L a 0,083 Mol/L en 10,6 min determinar la velocidad de reacción para ese intervalo.

Actividad 2

• La reacción representada por la expresión

A  → B + C donde A es una solución de concentración 0,10 M es sometida a prueba experimental,

obteniéndose los siguientes datos experimentales:

El modelo de las colisiones, señala:

1. Las moléculas de losreactantes deben tener energíasuficiente para que puedaocurrir el rompimiento deenlaces, un reordenamiento de

los átomos y luego la formaciónde los productos; de locontrario, las moléculascolisionan pero rebotan unascon otras, sin formar losproductos.

2. Los choques entre las moléculas deben efectuarse con la debida orientación en los reactantes.

En síntesis, existen dos factores fundamentales para que ocurran los choques efectivos que darán origen a una nueva sustancia:

• la orientación de las moléculas y la

• energía de activación.

D. Ley de velocidad

• Se ha demostrado experimentalmente que la velocidad de reacción es proporcional al producto de la concentración de las sustancias reaccionantes y se puede expresar de la siguiente forma para una reacción hipotética .

• aA + bB → cC + dD

• Vreacc. = K[A]𝑥 . [B]𝑦

• V= velocidad

• K= constante de velocidad

• [A]= [B] Concentración molar de los reactivos.

• X e y = orden de la reacción respecto del reactivo A y B respectivamente.

• X + Y = orden de reacción.

• El valor de X e Y se determina experimentalmente y no tiene relación con los coeficientes estequiométricos , aunque a veces pueden coincidir.

• Si X=1; la reacción es de 1er orden respecto del reactivo A.

• Si X=0 la velocidad de reacción es independiente de la concentración.

Orden de reacción.

• Orden cero= si la velocidad no depende de la concentración.

• Primer Orden= (en relación a un reactante)si se duplica la concentración del reactante y la velocidad también duplica su valor.

• Segundo Orden= si se duplica la concentración del reactivo y la velocidad se cuadruplica.

Ejemplo:

• Para la reacción:

• aA + bB + cC → Productos.

• Escriba la expresión de velocidad para cada uno de los siguientes casos:

• a) La reacción fuera de orden cero.

• b) La reacción es de primer orden respecto de todos los reactivos.

• c) la reacción es de primer orden respecto de reactivos A y B, pero independiente de C.

• Para una determinada reacción representada por R→ P ; se han obtenidos los siguientes datos experimentales:

Exp. [ R] mol/L V Mol/L.s

1 0,03 0,022

2 0,04 0,028

3 0,05 0,033

4 0,06 0,088

Escriba la expresión de velocidad.

Ejercicios

• Una reacción entre un reactivo A y B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia su concentración.

Exp [A ] Mol/L [B ] Mol/L V M/s

1 0,1 0,1 4x10-4

2 0,2 0,1 1,6x10-3

3 0,5 0,1 1x10-2

4 0,5 0,5 1x10-2

Determinar.

• Ecuación de velocidad

• Constante de velocidad

• Velocidad cuando [A ]= 0,17 mol/L, [B ]= 1,07 mol/L

A partir de la siguiente reacción

• 2NO(g) + H2(g) → N2O(g) + H2O(g)

• Se obtiene l siguiente información:

Exp [NO ] Mol/L [H2 ] Mol/L V M/s

1 0,01 0,02 1,1x10-6

2 0,02 0,02 4,3x10-6

3 0,02 0,04 8,5x10-6

• Determine el orden parcial de la reacción respecto a cada reactivo.

• Orden total de la reacción

• Constante de velocidad