guc3ada 7 factores que afectan la velocidad de reaccic3b3n
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7/26/2019 Guc3ada 7 Factores Que Afectan La Velocidad de Reaccic3b3n
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GUIA DE EJERCICIOS N° 7“FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN”
Sra. Alicia Lilian Lizama Cordero (Ing. Químico).Profesor: Héctor Adrin Soto !uiz.
I"ACAP #$$$.
Introduccin!
%sta guía de e&ercicios inclu'e: los factores ue afectan la elocidad dereacci*n+ las le'es ue lo rigen+ e&ercicios desarrollados de a,licaci*n a la le' deacci*n de las masas+ al ,rinci,io de Le C-atelier+ ' al conce,to de euilirio uímico.
Por ultimo se ,resenta un set de e&ercicios ,ara ue el alumno los desarrolle.
O"#$ti%o&!
• Identificar los factores ue afectan el euilirio uímico.
• /esarrollar e&ercicios de a,licaci*n al euilirio uímico.
La elocidad de una reacci*n uímica se e afectada ,or:
• L' conc$ntr'cin d$ (o& r$'cti%o&) al aumentar la concentraci*n aumenta
la elocidad.
• L' *r$&in $n r$'ccion$& d$ $&t'do +'&$o&o) al aumentar la ,resi*n
aumenta la elocidad.
• E( ,r$' &u*$r-ici'( $n r$'ccion$& $n $&t'do &(ido) al aumentar la
su,erficie aumenta la elocidad.
•
L' t$.*$r'tur' d$( &i&t$.') al aumentar la tem,eratura la elocidadaumenta muc-o. %n una reacci*n uímica tí,ica+ la elocidad se du,lica ,or cada aumento de 0$ 1C en la tem,eratura.
• L' 'dicin d$ un c't'(i/'dor) al a2adir un catalizador adecuado
incrementa la elocidad. 3n catalizador es una sustancia ue acelera lareacci*n sin ue él mismo se consuma en el ,roceso.
T$or0' d$ ('& co(i&ion$&!
4odos estos -ec-os ,ueden e5,licarse usando la t$or0' d$ ('&co(i&ion$& ue dice:
Para ue dos sustancias reaccionen+ sus ,artículas:• /een colisionar con la suficiente enrgía ,ara rom,er los enlaces e5istentes.
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L$1 d$ 'ccin d$ ('& .'&'&!
%n 0678+ los uímicos noruegos 9ulderg ' aage estudiaron las relacionescuantitatias entre la elocidad de reacci*n ' los aumentos o disminuciones de laconcentraci*n de los reactios. Com,roaron ue si un mol de la sustancia A secomina con un mol de la sustancia ;+ ' la elocidad de reacci*n es + se erificaue:
• Si dos moles de A reaccionan con un mol de ;+ la elocidad de reacci*n
ser #<
• Si dos moles de A reaccionan con dos moles de ;+ la elocidad de reacci*n
ser =<
• Si cuatro moles de A reaccionan con tres moles de ;+ la elocidad de
reacci*n ser 0#.
Se deduce de lo ue antecede ue la elocidad de reacci*n es ,ro,orcional al
,roducto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes. Se ,uedee5,resar así dic-a conclusi*n:
>: constante de ,ro,orcionalidad. ? > @A B @; siendo @A ' @;: concentraciones de las
sustancias reacciones e5,resadasen moldmD.
A,licando esta f*rmula a la reacci*n entre romo e -idr*geno+ la elocidadde reacci*n es:
? > @;r # B @H#
Pero si las sustancias reaccionantes no se cominan en la relaci*n de mol amol+ como ,or e&em,lo:
# H# E F# #H# F (dos moles) (un mol) (dos moles)
,odemos e5,resar la reacci*n de la siguiente manera:
H# E H# E F# # H# F
' ,or lo tanto resulta:
? > @ H# @ H# @ F# ... ? > @ H# # @ F# .
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/e los e&em,los anteriores llegamos al enunciado general de la llamada ley de acción de las masas:
La velocidad de reacción es directamente proporcional al producto de lasconcentraciones de las sustancias reaccionantes, elevadas a una potencia igual al número de moles que indica la ecuación estequiométrica.
Por e&em,lo+ en la reacci*n:
n A E m ; E , C E / r % E s G
ser ? > @An @;m @C, @/
%sta ecuaci*n es lida ,ara sustancias en soluci*n ' reactios gaseosos+,orue ,uede ariar su concentraci*n. %n camio la concentraci*n de las sustancias,uras es constante ' la le' no es a,licale.
E2ui(i"rio 2u0.ico
Si un mol de -idr*geno (gas incoloro) ' un mol de a,or de 'odo (ioleta) secolocan en un reci,iente cerrado ' se los calienta -asta == 1C+ el sistema se aclara,or la formaci*n de 'oduro de -idr*geno+ gas incoloro cu'a e5istencia se ,uedecom,roar e5,erimentalmente:
(== 1C)H# (g) E I# (g) # HI (g)
Al cao de cierto tiem,o+ si la tem,eratura ,ermanece constante+ rea,arece el
color ioleta. Se com,ruea la e5istencia de 'odo e -idr*geno+ ,roducidos ,or ladescom,osici*n del 'oduro de -idr*geno:
(== 1C)# HI (g) H# (g) E I# (g)
Llega un momento en ue la coloraci*n ioleta se estailiza+ ,orue amasreacciones se ,roducen simultneamente.
%stamos en ,resencia de una reacci*n reversible+ ue se ,uede re,resentar así:
H# (g) E I# (g) #HI (g)
%n resumen:
Se llaman reacciones reersiles auellas ue se ,roducen simultneamenteen amos sentidos.
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Si se a,lica la le' de la acci*n de las masas ,ara la reacci*n directa+ es decir+,ara la formaci*n de 'oduro de -idr*geno+ se otiene:
0 ? >0 @H# B @I# (0)
Para la reacci*n inersa+ es decir+ ,ara la descom,osici*n del 'oduro de-idr*geno+ resulta:
# ? ># @HI# (#)
Inicialmente+ la elocidad de formaci*n (0) es m5ima+ ' la elocidad dedescom,osici*n (#) es igual a cero. Al cao de cierto tiem,o+ 0 disminu'e ,oruedisminu'e la concentraci*n de -idr*geno ' 'odo+ ' la elocidad # aumenta ,orueaumenta la concentraci*n de 'oduro de -idr*geno. Ginalmente llega un momento enue amas elocidades son iguales 0 ? #.
A ,artir de allí el nmero de moléculas ue se descom,onen es igual al
nmero de moleculas ue se forman+ es decir ue en el sistema -a'simultneamente moléculas de 'odo+ -idr*geno ' 'oduro de -idr*geno.
Se -a llegado a un estado de euilirio caracterizado ,or ser esencialmentedinmico: el ,roceso no se detiene+ ,ero amas reacciones continandesarrollndose con la misma elocidad.
@H (J)
0$$ # HI H# E I# euilirio
(0 ? #) $
H# E I# # HI
$ #$ =$ 7$ 6$ 0$$ t (min)
%stado de euilirio de una reacci*n reersile.
%l estado de euilirio se ,uede inter,retar en el grfico+ ue corres,onde ala reacci*n de formaci*n de 'oduro de -idr*geno. Com,arando las ecuaciones (0) '(#)+ ' como las elocidades 0 ' # son iguales en el estado de euilirio+ ,odemosescriir:
>0 @H# B @I# ? ># @HI# o ien:
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>0 ? @HI# ># @H# B @I#
%l cociente entre las constantes >0 ' ># es otra constante >c llamadaconstante de equilibrio:
>c ? @HI# @H# B @I#
La constante > de,ende de la tem,eratura en la ue se ,roduce la reacci*n.%n general+ ,ara una reacci*n
aA E ; E cC n" E mK
la constante de euilirio ser:
>c ? @Km B @"n (,roductos)@Aa B @; B @Cc (reactios)
%sta e5,resi*n se a,lica en el caso de sustancias gaseosas ' soluciones. Siadems se -allan ,resentes en la reacci*n s*lidos o líuidos ,uros+ ellos nointerienen en la e5,resi*n de la constante de euilirio. Por e&em,lo+ ,ara lareacci*n reersile:
C (s) E H#F (g) CF (g) E H# (g)
la constante de euilirio es >c ? @CF B @H# @H#F
Anlogamente+ ,ara
"aG (a) E H#F (l) HG (a) E "a (FH) (a)
se otiene>c ? @HG B @"a (FH)
@"aG
%n la ecuaci*n uímica+ aM significa en soluci*n acuosaM.
• Ejemplo:
A == 1C un sistema en euilirio contiene $+6 moldmD de HI ' $+= moldmD
de I#. Calcular la concentraci*n de -idr*geno+ saiendo ue a esa tem,eratura> ale 7=.
La ecuaci*n esH# E I# # HI
' en el euilirio:
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>c ? @HI#
@H# B @I#
!eem,lazando ,or los datos ' llamando 5 a la concentraci*n de -idr*geno resulta:
7= ? ($+6 moldmD)# 5 B $+= moldmD
5 ? ($+6 moldmD)# ? $+7= mol#(dmD)# ? #+ B 0$N# moldmD 7= B $+= moldmD 7= B $+= moldmD
3rinci*io d$ L$ C4't$(i$r
Si se modifica la ,resi*n a la ue est sometido un sistema uímico eneuilirio+ se ,roduce la reacci*n en uno de sus sentidos con ma'or elocidad ueen el otro+ -asta ue se estalece una nuea situaci*n de euilirio.
4amién se altera el euilirio si se modifica la concentraci*n+ o latem,eratura del sistema.
Si en un sistema en equilibrio se introduce un factor de perturbación variaciónde la concentración, temperatura o presión! el sistema reaccionar" #f$sica oqu$micamente# de tal modo que la nueva situación de equilibrio compense el cambiointroducido.
a. %ariación de la concentración. Consideremos la reacci*n:
# H# E F# # H#F
Si al sistema en euilirio se le a2ade -idr*geno+ el des,lazamiento se ,roducir detal modo ue la concentraci*n de -idr*geno disminu'e< de ese modo se com,ensarel camio introducidoM ue menciona el ,rinci,io de Le C-atelier. %n otras ,alaras+el euilirio se des,lazar -acia la derec-a+ se consumir -idr*geno (' o5ígeno) 'se generar agua.%n camio+ si se incrementa la concentraci*n de a,or de agua+ el euilirio sedes,lazar -acia la izuierda+ disminuir la cantidad de esta sustancia ' aumentarnlas concentraciones de -idr*geno ' o5ígeno.
. %ariación de la temperatura. Analicemos la reacci*n e5otérmica:
H# (g) E ;r # (l) #H;r (g) < Q ? 6+7 >cal B mol N0
' su inersa+ endotérmica:
# H ;r (g) H# (g) E ;r # (l) < QO ? N6+7 >cal B mol N0
cuando amas se ,roducen simultneamente se euiliran:
H# E ;r # # H ;r
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Puesto ue las cantidades de calor se com,ensan+ en la situaci*n de euilirio elsistema no cede ni recie calor+ de modo ue la tem,eratura ,ermanece constante.Pero si recie calor desde el e5terior+ aumentar la tem,eratura del sistema+ ' eleuilirio se des,lazar en el sentido ue corres,onde a la reacci*n endotérmica./e tal modo el calor e5terior ser asorido durante la formaci*n de -idr*geno 'romo+ ' la tem,eratura disminuir. %l des,lazamiento+ en este caso+ se ,roducir-acia la izuierda.
Por el contrario+ si la tem,eratura del sistema disminu'e+ el euilirio se des,lazar-acia la derec-a+ en el sentido de la reacci*n e5otérmica: al lierarse calor+ latem,eratura aumentar.Se conclu'e ue al calentar el sistema aumenta la elocidad de la reacci*nendotérmica+ mientras ue el enfriamiento del mismo faorece la ocurrencia de lareacci*n e5otérmica.
c. &nfluencia de la presión. %n el caso de un sistema gaseoso ue reaccionareersilemente+ las modificaciones de la ,resi*n se traducen en camios del
olumen del sistema+ ue ,roducen des,lazamiento del euilirio.
Consideremos la reacci*n:
"# (g) E DH# (g) #"HD (g)
(un olumen< (tres olmenes< (dos olmenes<un mol) tres moles) dos moles)
Al aumentar la ,resi*n sore el sistema+ éste tiende a ocu,ar un olmen menor+ ' lareacci*n se ,roducir de tal modo ue el nmero de moléculas (o de moles demoléculas) ,or unidad de olumen disminu'a. Fserando la ecuaci*n+ emos uela ocurrencia de la reacci*n de formaci*n del amoníaco ("# E D H# # " HD)su,one la conersi*n de cuatro moles (uno de "# ' tres de H#) en s*lo dos moles (de" HD)+ ue im,lica una disminuci*n del nmero de moles ,or unidad de olumen. Por lo tanto+ al aumentar la ,resi*n+ el euilirio se des,lazar -acia la derec-a.Inersamente+ una disminuci*n de la ,resi*n se traducir en un des,lazamiento-acia la izuierda+ con aumento del nmero de moles del sistema.
• Ejemplo:
Qué efecto ,roducir un aumento de la ,resi*n sore la reacci*n siguiente
Cl# (g) E H# (g) # H Cl (g)
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%l nmero de moles en cada miemro de la ecuaci*n es el mismo. Por lo tanto+ los,osiles des,lazamientos del euilirio no ,odrían afectar el nmero total de moles,resentes en el sistema. %n este caso+ las ariaciones de la ,resi*n no ,roducendes,lazamiento del eulirio.Corres,onde se2alar ue los catalizadores no modifican el estado de euilirio<solamente aceleran o retardan las dos reacci*nes o,uestas.
E#$rcicio&
0. %5,resar la constante de euilirio ,ara las siguientes reacciones:
a. H#F (g) E CF (g) H# (g) E CF# (g)
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. CFDCa (s) C F# (g) E CaF (s)
c. # SF# (g) E F# (g) # SFD (g)
#. Indicar cul ser el efecto sore el euilirio ,ara las siguientes reacciones:a. si se aumenta la tem,eratura<b. si disminu'e la ,resi*n<c . si se adiciona un catalizador<d . si se aumenta la concentraci*n de las sustancias sura'adas.
P CID (g) E Cl# (g) Cl P (g)< Q ? D$ >calmol
D$# (g) # FD (g)< Q ? 7=+6 >calmol
H# (g) E CF# (g) H# F (l) E CF (g)< Q ? $+= >calmol
D. Sugerir dos formas de des,lazar el euilirio -acia la derec-a+ ' &ustificar lares,uesta.
a. # H Cl (g) E R F# (g) H# F (g) E Cl# (g)
. # H#F (g) # H# (g) E F# (g)
=. Calcular el alor de la constante de euilirio ,ara la reacci*n siguiente:
I# (g) E H# (g) # H I (g)
saiendo ue se realiza en un sistema cerrado a =$ 1C+ ' ue lasconcentraciones son:
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@H# ? 6+7D B 0$ N= moldm D
@I# ? #+7D B 0$ ND moldm D
@HI ? 0+$# B 0$ N# moldm D
'espuesta: =+6
. %n un autoclae se introdu&o una mezcla de H# ' CF#. %l autoclae tiene unlitro de ca,acidad. Al llegar al euilirio la reacci*n es:
H# (g) E CF# (g) H#F (g) E CF (g)
@CF# ? $+$8 moldmD
@H#F ? $+ moldmD
@CF ? $+ moldmD ' adems >c ? 0+7
Hallar el alor de la concentraci*n de -idr*geno.
'espuesta:6+$ moldmD
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