UNIVERSIDAD DEL ZULIAFACULTAD DE INGENIERÍA

CICLO BÁSICODEPARTAMENTO DE QUÍMICA

CÁTEDRA QUIMICA II

MARACAIBO, FEBRERO DE 2015Profesora: Ing. Neida Núñez

CINETICA

CINÉTICA

Es una parte de la química que se encarga de estudiar la velocidad o rapidez con la que ocurren las reacciones químicas, el mecanismo de cómo se consumen los reactantes y los factores que alteran la velocidad de una reacción química. 

CINÉTICA

Las reacciones ocurren a diferentes

velocidades

Algunas reacciones

termodinámicamente espontáneas

no parecen ocurrir en absoluto,

mientras que otras reacciones

alcanzan el equilibrio con

mucha rapidez.

Reacciones

Lentas

Reacciones

Rápidas

Se define como el cambio en la concentración de uno de los reactivos o productos dividido por el intervalo de tiempo en el cual tiene lugar el cambio, se expresa en mol/L..s

∆[R] = [R]t=2 - [R]t=1 ∆t = t2 - t1

La velocidad de reacción es la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactantes.

Varía muchísimo de una reacción a otra.

Puede alterarse modificando ciertos factores.

El signo menos en la

ecuación asegura que la velocidad

sea

positiva.

El conocimiento de los factores que alteran la velocidad de reacción es de extraordinaria importancia práctica, pues puede enseñarnos como acelerar las reacciones deseables y cómo retardar las indeseables.

VELOCIDAD DE

REACCIÓN

Velocidad promedio de desaparición de R = -

Velocidad promedio de formación P = t

P

t

R

VELOCIDAD DE

REACCIÓN Velocida

d instantá

nea.

Velocidad inicial.

La velocidad de reacción no es constante. Al principio de una reacción, cuando la concentración de reactivos es mayor, la velocidad es mayor, a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos también disminuye la velocidad de la reacción. 

Es la pendiente de una tangente dibujada en el gráfico de concentración en función del tiempo.

Es la velocidad de reacción instantánea al comenzar la reacción, es decir, en el tiempo igual cero (t = 0).

VELOCIDAD DE

REACCIÓN Las diferentes maneras de informar la velocidad de una reacción, está relacionada con la estequiometria.

Al dar la velocidad de una reacción hay que tener el cuidado de especificar la especie a la que se refiere la velocidad

aA + bB → cC + dD

Velocidad única promedio

Velocidad única promedio

t

D

dt

C

ctbt

A

a

11B11

DdeVelocidadd

CdeVelocidadc

BdeVelocidadb

AdeVelocidada

1111

Es la velocidad promedio dividida por el coeficiente estequiométrico de la especie monitorizada

LEY DE VELOCIDAD

m y n = orden de reacción

k = constante de velocidad

aA + bB → cC + dD

Velocidad de reacción = k[A]m [B]n

Las unidades de k dependen del orden

global de la reacción.

Orden de

reacción

Es la potencia a la cual la concentración de los reactivos se eleva en la ley de velocidad; el orden global de la reacción, es la suma de los ordenes individuales

La ley de velocidad resume la dependencia entre la velocidad y la concentración. Es una característica de la reacción que se determina experimentalmente.

A = factor de frecuenciaEa = Energía de activaciónR = Constante de los gasesT = Temperatura absoluta

k = Ae- Ea/RT

ln k = - + lnA

RT

Ea

Los órdenes de reacción no tienen relación con los coeficientes estequiométricos.

MÉTODO DE LAS VELOCIDADES

INICIALES Se hacen una serie de experimentos donde la concentración inicial del reactivo se varía y se observa como varía la velocidad inicial de la reacción.

Si la reacción es de orden cero respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción no cambia.

Si la reacción es de primer orden respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción se duplica.

Si la reacción es de segundo orden respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción se multiplica por cuatro.

Si el orden de reacción respecto a ese reactivo es tres la velocidad de inicial de reacción se multiplica por ocho.

Teniendo los datos experimentales de concentración y velocidad, se relacionan de tal manera que permitan determinar el orden de reacción para uno de los reactivos.

Al tener los órdenes de reacción, se puede determinar la constante de velocidad k, con los datos experimentales de concentración y velocidad inicial para cualquiera de los experimentos.

Al duplicarse la concentración inicial de ese reactivo,

TEORÍAS QUE EXPLICAN LA

VELOCIDAD DE REACCIÓN

Teoría de las colisiones.

Para que se produzca una reacción química, los átomos, iones o moléculas involucrados deben experimentar choques o colisiones.

Disponer de la energía cinética suficiente para que tengan lugar el reordenamiento de los enlaces y la formación de una nueva sustancia.

Colisionar con la debida orientación.

Colisió

n efic

az

Colisión

ineficaz

Para que el choque de dos partículas garantice la reacción entre ellas, las partículas deben cumplir las dos condiciones siguientes:

Energía insuficiente

TEORÍAS QUE EXPLICAN LA

VELOCIDAD DE REACCIÓN

Teoría del estado de transición

Los reactivos pasan por un estado intermedio transitorio de alta energía y corta duración: estado de transición, en donde existe el complejo activado.  

El complejo activado tiene una estructura que se halla entre la de los reactivos y la de los productos. Los enlaces antiguos están debilitados y se están formando los nuevos. La energía de activación, Ea, es la energía necesaria para llegar al complejo activado desde los reactivos.

FACTORES QUE AFECTAN LA

VELOCIDAD DE REACCIÓN

Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una Energía de Activación.

Naturaleza de los Reactivos

Mientras mas pequeñas sean las partículas de los reactivos, mas se facilita el contacto entre ellas y por tanto, las colisiones efectivas.

Grado de división de los Reactivos

 Al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones.

Concentración de los Reactivos

Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones 

Temperatura de Reacción

Los catalizadores modifican el mecanismo de reacción, empleando pasos elementales con mayor o menor energía de activación.

Catalizador si lo hubiera

CONCENTRACIÓN Y TIEMPO

Ecuación Diferencial

mAkVelocidaddt

AdVelocidad ;

mAkdt

Ad

Ecuación Integrada

m òò -=

t[A]

[A]0

kdt[A]d

0[A]

CONCENTRACIÓN Y TIEMPO

Reacciones de orden cero

PA

[A] = [A]0 - kt

k

dtAd

Ecuación Diferencial

òò -=[ ]A

t

[A] 0

kdtd0

[A]

Ecuación Integrada

[A]-k

t

CONCENTRACIÓN Y TIEMPO

Reacciones de primer orden

PA Ecuación

Diferencial

Akdt

Ad

Ecuación Integrada

òò -=t[A]

[A]0

kdt[A]d

0[A]

ln[A] = - kt + ln[A]0

ln[A]-k

t

CONCENTRACIÓN Y TIEMPO

Reacciones de segundo orden

PA Ecuación

Diferencial

dt

Ad k [A]2

Ecuación Integrada

òò -=t[A]

[A]0

kdt[A][A]d

02

0

11

Akt

A

A1

k

t

CONCENTRACIÓN Y TIEMPO

Reacción de orden cero

k

At

20

2/1

Reacción de primer orden

k

t693.0

2/1

Reacción de segundo orden

0

2/1

1

Akt

Tiempo de vida media (t1/2)

Tiempo necesario para que [A]o se reduzca a la mitad

VARIACIÓN DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD

CON LA TEMPERATURA

k = Ae- Ea/RT

ln k = - + lnA

RT

Ea

Se utiliza para predecir como cambia la velocidad de reacción a distintas temperaturas

Ecuación de

Arrhenius

ln k

1/T

m = -Ea/R

122

1 11ln

TTR

Ea

k

k

Mecanismo de reacción

Secuencia particular de etapas elementales que describen los cambios que se considera que tienen lugar a medida que los reactivos se transforman en productos

Permite determinar la ley

de velocidad

Los mecanismos en varias etapas presentan intermediarios

En un proceso elemental, el orden respecto a cada reactivo es igual a su coeficiente estequiometrico en dicha reacción

Una de la etapas es la mas lenta de todas las que conforman el mecanismo. Etapa determinante de la velocidad de la reacción global