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Cinética QuímicaCinética QuímicaSemana 11Semana 11

Licda. Lilian Guzmán MelgarLicda. Lilian Guzmán Melgar

Cinética QuímicaCinética QuímicaEs el estudio de las velocidades de reacción y los Es el estudio de las velocidades de reacción y los factores que influyen en ellas.factores que influyen en ellas.

TEORIA DE COLISIONESTEORIA DE COLISIONESCondiciones requeridas para que ocurra una Condiciones requeridas para que ocurra una reacciónreacción1.1. Colisión: Colisión: Los reactivos deben chocarLos reactivos deben chocar2.2. Orientación: Orientación: Los reactivos deben alinearse de Los reactivos deben alinearse de manera adecuada para romper y formar enlaces.manera adecuada para romper y formar enlaces.3.3. Energía: Energía: La colisión debe proporcionar la energía La colisión debe proporcionar la energía de activación de activación para que se de la formación de para que se de la formación de productosproductos..

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33

Orientación correcta Productos de la reacción

Orientación incorrecta

Orientación incorrecta

Orientación incorrecta

NO HAY REACCIÓN

NO HAY REACCIÓN

NO HAY REACCIÓN

Energía de ActivaciónEnergía de Activación

• Energía necesaria para que se produzca Energía necesaria para que se produzca la ruptura de los enlaces de los reactivos la ruptura de los enlaces de los reactivos después de colisionar.después de colisionar.

• Si la energía que resulta de la colisión es Si la energía que resulta de la colisión es menor que la energía de activación, los menor que la energía de activación, los reactivos, chocan y rebotan, pero reactivos, chocan y rebotan, pero no se no se transforman en productos, es decir no hay transforman en productos, es decir no hay reacción.reacción.

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Energía de ActivaciónEnergía de Activación

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REACTIVOS

PRODUCTOS

ENERGIA DE ACTIVACION

AVANCE DE LA REACCION

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Velocidad de ReacciónVelocidad de Reacción

Se define como la cantidad de reactivo Se define como la cantidad de reactivo consumido o de producto obtenido en un periodo consumido o de producto obtenido en un periodo dado de tiempo. dado de tiempo.

Factores que afectan la velocidad de Factores que afectan la velocidad de

reacciónreacción

1.1. ConcentraciónConcentración2.2. TemperaturaTemperatura3.3. CatalíticosCatalíticos4.4. Área superficialÁrea superficial

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1.1. ConcentraciónConcentraciónCuantas mas moléculas reaccionantes Cuantas mas moléculas reaccionantes

hay en un volumen específico de líquido o gas, hay en un volumen específico de líquido o gas, mas colisiones ocurren por unidad de tiempo.mas colisiones ocurren por unidad de tiempo.

2.2. TemperaturaTemperaturaUn incremento en la temperatura aumenta Un incremento en la temperatura aumenta

la velocidad de casi todas las reacciones la velocidad de casi todas las reacciones químicas; inversamente un descenso en la químicas; inversamente un descenso en la temperatura disminuye la velocidad.temperatura disminuye la velocidad.

En muchos casos, la velocidad de reacción se En muchos casos, la velocidad de reacción se duplica cuando la temperatura aumenta 10duplica cuando la temperatura aumenta 10°°C .C .

3.Catalíticos o Catalizadores3.Catalíticos o CatalizadoresEs una sustancia que Es una sustancia que aumenta la velocidad de aumenta la velocidad de reacción química sin ser reacción química sin ser consumida en la reacción. consumida en la reacción. La masa del catalizador La masa del catalizador permanece constante.permanece constante.

En presencia de un En presencia de un catalizador, la energía de catalizador, la energía de activación se reduce porque activación se reduce porque el catalizador cambia la ruta el catalizador cambia la ruta de la reacción.de la reacción.

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En los sistemas vivos, los catalizadores son las En los sistemas vivos, los catalizadores son las ENZIMASENZIMAS).).

4.Área Superficial4.Área Superficial

Un área superficial mayor permite Un área superficial mayor permite aumentar la frecuencia de colisión, y el aumentar la frecuencia de colisión, y el resultado es una velocidad de reacción resultado es una velocidad de reacción más grande.más grande.

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1010

Reacciones ReversiblesReacciones Reversibles

Son aquellas que pueden llevarse a Son aquellas que pueden llevarse a cabo en uno u otro sentido. cabo en uno u otro sentido.

Reacción directa :Reacción directa : A A B B

Reacción Inversa:Reacción Inversa: A A B B

Reacción reversible: Reacción reversible: A A ⇄⇄ B B

1111

Es el punto en el cual la velocidad de la Es el punto en el cual la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción directa es igual a la velocidad de la reacción inversa.reacción inversa.

En el equilibrio :En el equilibrio : Las velocidades de las reacciones directa e Las velocidades de las reacciones directa e

inversa son iguales.inversa son iguales. Las concentraciones de reactivos y productos Las concentraciones de reactivos y productos

permanecen constantes.permanecen constantes.

Equilibrio QuímicoEquilibrio Químico

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La velocidad de una reacción química en un La velocidad de una reacción química en un instante dado es proporcional a la instante dado es proporcional a la

concentración de los reactivos, donde cada concentración de los reactivos, donde cada concentración esta elevada a una potencia concentración esta elevada a una potencia igual al número de moles de aquella especie igual al número de moles de aquella especie

participante en la reacción.participante en la reacción.

[ ] :Concentración en moles/lt ,[ ] :Concentración en moles/lt ,

K : constante especifica de velocidadK : constante especifica de velocidad

aA + bB → cC + dD Velocidad= k [A]a [B]b

Ley de Acción de MasasLey de Acción de Masas

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Equilibrio HomogéneoEquilibrio HomogéneoEs aquel en el cual todos los Es aquel en el cual todos los reaccionantes y los productos se reaccionantes y los productos se encuentran en el mismo estado.encuentran en el mismo estado.

Equilibrio HeterogéneoEquilibrio HeterogéneoEs aquel en el que uno o mas de los Es aquel en el que uno o mas de los reaccionantes ó productos no están en el reaccionantes ó productos no están en el mismo estado. mismo estado.

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Constante de EquilibrioConstante de EquilibrioEs igual al producto de las concentraciones Es igual al producto de las concentraciones

en el equilibrio de los productos de la reacción, en el equilibrio de los productos de la reacción, dividido entre el producto de las concentraciones dividido entre el producto de las concentraciones de los reactivos, cada una elevada a la potencia de los reactivos, cada una elevada a la potencia que corresponde a su coeficiente en la ecuación que corresponde a su coeficiente en la ecuación balanceada.balanceada.

aA + bB aA + bB ⇄⇄ cC + dD cC + dD

Keq = [C]c[D]d

[A]a[B]b

Keq 1 el equilibrio se desplaza a la formación de productos

Keq 1 el equilibrio se desplaza a la formación de reactivos

Uso de la KeqUso de la Keq

Nos ayuda a predecir , hacia donde se Nos ayuda a predecir , hacia donde se desplaza mayoritariamente la reacción.desplaza mayoritariamente la reacción.

Keq = 1 Keq = 1 reacción moderadareacción moderada

Keq > 1 Keq > 1 reacción desplazada hacia reacción desplazada hacia productos, esencialmente completa.productos, esencialmente completa.

Keq < 1 Keq < 1 reacción desplazada hacia reacción desplazada hacia reactivos, tiene lugar poca reacción. reactivos, tiene lugar poca reacción.

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En un En un equilibrio heterogéneo equilibrio heterogéneo solo las solo las especies en la fase homogénea están especies en la fase homogénea están incluidas en la constante de equilibrio.incluidas en la constante de equilibrio.

Los reactivos o productos Los reactivos o productos SÓLIDOSSÓLIDOS sin sin disolver se omiten puesto que sus disolver se omiten puesto que sus concentraciones no pueden variarse.concentraciones no pueden variarse.

Ejemplos:Ejemplos:

2KNO2KNO3(s) 3(s) ⇄⇄ 2KNO 2KNO2(s)2(s) + O + O2(g)2(g) Keq= [O Keq= [O22]]

CC(s)(s) + 2H + 2H2(g)2(g) ⇄ CH⇄ CH4(g) 4(g)

Keq= Keq= [CH [CH4 4 ]]

[H[H22]]22

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Ejemplos:Ejemplos:1.1. Escribir las expresiones para las constantes de Escribir las expresiones para las constantes de

equilibrio de las siguientes reacciones:equilibrio de las siguientes reacciones:

a)a) PClPCl55 (g)(g) ⇄⇄ PCl PCl3 (g)3 (g) + Cl + Cl2(g)2(g)

b)b) 4NH4NH3(g) 3(g) + 5O+ 5O2(g) 2(g) ⇄ ⇄ 4NO4NO(g)(g) + 6 H + 6 H22OO(g) (g)

c)c) 2 NaHCO2 NaHCO3 (s) 3 (s) ⇄⇄ Na Na22COCO33 (s)(s) + CO + CO2(g)2(g) + H + H22OO(g)(g)

2.2. Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la Dadas las [ ] en equilibrio calcule el valor de la constante de equilibrioconstante de equilibrio

2 A + B 2 A + B ⇄⇄ 3 C + D 3 C + D

[A] = 0.35M; [B] = 0.9 M; [C] = 0.10M; [D] = 0.50 M[A] = 0.35M; [B] = 0.9 M; [C] = 0.10M; [D] = 0.50 M

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3.3. ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio para la siguiente reacción?para la siguiente reacción?

COCO2(g)2(g) + H + H2(g)2(g) ⇄CO⇄CO(g)(g) + H + H22OO(g)(g)

Si [CO] =0.25 M, [HSi [CO] =0.25 M, [H22O] =0.4M, [COO] =0.4M, [CO22]=0.50M ]=0.50M

[H[H22]=0.1M]=0.1M

4.4. La constante de equilibrio de la reacción siguiente La constante de equilibrio de la reacción siguiente es 0.212 a 100°C .¿ Cuandoes 0.212 a 100°C .¿ Cuando

[NO[NO22] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N] = 0.40 M, ¿Cuál es la [N22OO44] en el equilibrio?] en el equilibrio?

NN22OO4(g)4(g) )) ⇄ ⇄ 2 NO2 NO2(g)2(g)

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ConcentraciónConcentración Si se aumenta la [ ] de los reactivos el equilibrio se Si se aumenta la [ ] de los reactivos el equilibrio se

desplaza a mayor formación de productos . desplaza a mayor formación de productos . (derecha →)(derecha →)

Si se disminuye la [ ] de reactivos el equilibrio se Si se disminuye la [ ] de reactivos el equilibrio se desplaza a disminución de productos.(←)desplaza a disminución de productos.(←)

Si se aumenta la [ ] de productos el equilibrio se Si se aumenta la [ ] de productos el equilibrio se desplaza a mayor cantidad de reactivos.(desplaza a mayor cantidad de reactivos.(←←))

Si se disminuye la [ ] de productos el equilibrio se Si se disminuye la [ ] de productos el equilibrio se desplaza a mayor formación de productos.(→)desplaza a mayor formación de productos.(→)

Factores que afectan el equilibrioFactores que afectan el equilibrio

TemperaturaTemperatura Reacciones endotérmicas se puede considerar Reacciones endotérmicas se puede considerar

al calor como reactivo para predecir el al calor como reactivo para predecir el desplazamiento del equilibrio.desplazamiento del equilibrio.

Reacciones exotérmicas se puede considerar Reacciones exotérmicas se puede considerar al calor como uno de los productos.al calor como uno de los productos.

2 KClO2 KClO33 + calor + calor ⇄⇄ 2 KCl + 3 O 2 KCl + 3 O2 2 EndotérmicaEndotérmica NN2 (g)2 (g) + 3 H + 3 H2(g)2(g) ⇄⇄ 2 NH 2 NH 3 (g)3 (g) + calor + calor ExotérmicaExotérmica

2020

↑ de T° el equilibrio →

ENDOTERMICA

↓de T° el equilibrio ←↑ de T° el equilibrio ←

ExOTERMICA

↓de T° el equilibrio →

2121

PresiónPresiónPara que los cambios de presión tengan Para que los cambios de presión tengan efecto apreciable en una reacción química en efecto apreciable en una reacción química en equilibrio, es necesario que uno o mas de los equilibrio, es necesario que uno o mas de los reactivos o productos sea gaseoso.reactivos o productos sea gaseoso.

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)

PRESIÓN

↓ PRESIÓN Hacia donde hay MAYOR # de moles de gas

↑ PRESIÓN Hacia donde hay MENOR # de moles de gas

2222

Si se aplica una perturbación Si se aplica una perturbación (como un cambio de concentración, (como un cambio de concentración, presión o temperatura) en una reacción presión o temperatura) en una reacción en equilibrio, el equilibrio se desplaza en en equilibrio, el equilibrio se desplaza en la dirección que disminuya la la dirección que disminuya la perturbación.perturbación.

Principio de Le ChatelierPrincipio de Le Chatelier

2323

FACTOR PerturbaciónDesplazamiento del

Equilibrio

CONCENTRACION

↓↓ [ ] productos ↑ [ ] reactivos

Derecha

→

↓ [ ] reactivos ↑ [ ] productos

Izquierda

←

TEMPERATURA

Endotérmicas

Si ↑ T° Derecha

→

Si ↓ T°Izquierda

←

Exotérmicas

Si ↑ T° Izquierda

←

Si ↓ T°Derecha

→

PRESION

Si ↓ PresiónHacia donde hay

MAYOR # de moles de gas

Si ↑ PresiónHacia donde hay

MENOR # de moles de gas

2424

Para la reacción en equilibrioPara la reacción en equilibrio

2NO2NO2(g) 2(g) ⇄⇄ 2NO 2NO (g)(g)+ O+ O2(g)2(g) + calor + calor

a) a) Escriba la constante de equilibrioEscriba la constante de equilibrio

b) b) Hacia que dirección de desplazará el equilibrio si Hacia que dirección de desplazará el equilibrio si se:se:

- Disminuye la temperatura- Disminuye la temperatura

- Disminuye el NO de sistema- Disminuye el NO de sistema

- Aumenta la temperatura- Aumenta la temperatura

- Aumenta la concentración de NO- Aumenta la concentración de NO

- Disminuye la presión- Disminuye la presión

Ejercicio :Considere el siguiente sistema:Ejercicio :Considere el siguiente sistema:

CC22HH6 (g)6 (g) C C22HH4(g) 4(g) + H+ H22 (g)(g) + Calor + Calor

Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si:Prediga hacia donde se desplaza el equilibrio si:

a) Aumentamos la temperatura_________a) Aumentamos la temperatura_________

b) Disminuimos [ Cb) Disminuimos [ C22HH44]______________]______________

c) Aumentamos [ Hc) Aumentamos [ H22 ].____________ ].____________

d) Disminuimos la presión: _______d) Disminuimos la presión: _______

e) Disminuimos la temperatura____e) Disminuimos la temperatura____

2626FinFin