4- velocidad reaccion (quimica)

8/17/2019 4- Velocidad Reaccion (Quimica)

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Cinética químicaHasta ahora hemos no hemos considerado la velocidad de lasreacciones y la tasa de generación o consumo energético

El área de la química que estudia la velocidad de las reaccionesquímicas se llama Cinética Química

La cinética de una reacción : A B , mide la velocidad a quecambian las concentraciones de A (reactante) y B (producto)

Se consumen reactantes mientras se genera producto. El progresode la reacción se mide monitoreando las concentraciones de uno uotro

Para medir una velocidad, debemos agregar la dimensión “tiempo”:

2C. Pavletic FaviQuímica Inorgánica - UST - 1' 2016

En Molaridad por períodode tiempo


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Velocidad de reacciónPara reacciones un poco más complejas, como:

Ocurre que 2 moles de A se consumen para formar 1 mol de B, porlo tanto la velocidad:

En el caso general:


La velocidad de reacción estáasociada a la reacción


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Velocidad de reacciónEjemplo

En solución acuosa, bromo molecular reacciona con ácido fórmico(HCOOH) de acuerdo a la reacción:

Se observa que el color café rojizo de la solución de Br 2, va palideciendohasta desaparecer, en este caso, la concentración se puede medir con un

espectrómetro

En gases se puede usar un manómetro para medir el cambio de presióngenerado


La velocidad de reaccióngráficamente, va a estar dada porla tangente a la curva deconcentración v/s tiempo


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Velocidad de reacciónEjemplo (medio acuoso)

En solución acuosa, bromo molecular reacciona con ácido fórmico(HCOOH) de acuerdo a la reacción:


La velocidad de reacción esproporcional a laconcentración [Br 2], demodo que: r = k [Br 2 ]


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Velocidad de reacciónEjemplo (Gases)

Cuando participan gases en la reacción, podemos medir el avance de éstapor la variación de presión

En el caso del peróxido de hidrógeno:

C. Pavletic FaviQuímica Inorgánica - UST - 1' 2016 6

Se puede usar la ec. de gas ideal para

relacionar la concentración con lapresión


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Ley de velocidades (1)Una forma de estudiar el efecto de la concentración de reactantes en lavelocidad de reacción es determinar cómo la velocidad inicial depende dela concentración

Una vez que la reacción comienza, es más difícil medir la velocidad,debido a disminución de concentración o “inversión” de la reacción,efectos casi ausentes en las primeras etapas de reacción

Ejemplo: La reacción


Datos experimentales muestran proporcionalidad entrela velocidad y las concentraciones

k es una constante de proporcionalidad:constante de velocidad


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Ley de velocidades (2)orden de reacción

El caso general:

La velocidad se expresa como:

Donde k, x e y deben ser determinadas experimentalmente

La suma x + y se denomina el orden global de la reacciónPara la reacción: el orden global es 2, yde orden 1 para cada uno de los reactantes

El orden de la reacción, permite apreciar la dependencia de la velocidad

en las concentraciones


Ley de velocidad


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Ley de velocidades (3)Determinación experimental

La ley de velocidad de las reacciones se determina en forma experimental

Cuando hay sólo un reactante se debe medir la relación entre laconcentración y la tasa

Para 2 reactantes, se prueba el cambio de velocidad cambiando unaconcentración y dejando todo lo demás igual

Ejemplo:



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Ley de velocidades (3)Ejemplo 2

Ejemplo:



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Relación: concentración- TiempoReacciones de primer orden

Para una reacción de primer orden tipo :

Hemos encontrado expresiones para la velocidad por:

Igualando y reordenando:

Considerando variaciones infinitesimales, e integrando:

Conviene dejarlo en forma logarítmica de modoque:


Definición Ley de velocidad

Ec. De recta


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Relación: concentración- TiempoReacciones de segundo orden

Una reacción de segundo orden del tipo:

Combina las expresiones:

Igualando y reordenando, y considerando diferenciales:

Esta expresión también puede representarse como una recta




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Relación: concentración- TiempoReacciones de orden cero

Si una reacción de orden cero tipo:

Entonces:




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Tiempo de vida Medio1er orden

Tiempo de vida medio (t 1/2 )es el tiempo requerido para que laconcentración de reactante se reduzca la mitad

Para reacciones de 1er orden:

Este resultado es importante porque el tiempo medio esindependiente de la concentración inicial



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Tiempo de vida Medio2do orden y orden 0

En este caso, el tiempo de vida medio se evalúa de igual forma parauna reacción de 2do orden:

En este caso t 1/2 es inversamente proporcional a la concentracióninicial

Para reacciones de orden 0:

Resumen:



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Ejemplo Ejemplo


Ejemplo


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Teoría de colisiones Se puede suponer que una reacción química ocurre con la colisiónde 2 moléculas de reactivos

Según la teoría de colisiones, se esperaría que la velocidad dereacción sea directamente proporcional al número o frecuencia decolisiones moleculares por segundo

Esto explicaría la dependencia de la concentración


No todos los choques entre partículas producen unareacción, es necesario que tengan una energía cinéticamínima la energía de activación , es la cantidad deenergía mínima para que se inicie la reacción


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Ecuación de Arrhenius La dependencia entre la constante de velocidad y la temperatura sepuede expresar por la ecuación de Arrehnius:

Donde A es el factor de frecuencia y representa la frecuencia decolisión entre las partículas

La constante de velocidad es directamente proporcional a A, por lotanto a la frecuencia de colisión

La constante de velocidad disminuye con aumentos de E a y aumentacon incrementos de temperatura

Aplicando ln a ambos lados:



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Ecuación de Arrhenius (2)Para ciertas reacciones, más complejas, se debe considerar laorientación de las colisiones, de modo que:

Donde p representa la probabilidad de que la colisión ocurra en laorientación que genere la reacción

Por ejemplo:



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Mecanismos de reacciónUna reacción en su forma general puede decir poco acerca de cómoocurre realmente la reacción

En muchos casos representa la suma de varios pasos elementales, lasecuencia de estos es el mecanismo de reacción

Por ejemplo:

Tiene el mecanismo:

Donde los compuestos que se “anulan” se denominan intermediarios En una secuencia de reacciones, la que tiene menor velocidad será el“cuello de botella”, por lo tanto la que domina la velocidad general



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Catalizadores Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacciónmediante la disminución de la energía de activación

Catálisis heterogénea: cuando el catalizador y el reactante están endiferentes fases

Ejemplo: catalizador de los autos

Catalizadores heterogéneos: están en la misma fase que los reactantes

Catálisis enzimática: catalizadores biológicos muy específicos


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