cinemática química

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Cinemática Química, velocidad de reacción.

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  • TTemaema 1010TTema ema 1010Velocidad y Mecanismo de ReaccinVelocidad y Mecanismo de ReaccinVelocidad y Mecanismo de ReaccinVelocidad y Mecanismo de Reaccin

  • di dindice ndice

    1010 11 CC b ib i V l id dV l id d dd ii1010..11 -- ConceptosConceptos bsicosbsicos:: VelocidadVelocidad dede reaccin,reaccin, constanteconstante

    cintica,cintica, ecuacinecuacin dede velocidadvelocidad oo cinticacintica..

    1010 22 D i iD i i dd ll ii i ii i dd ii1010..22 -- DeterminacinDeterminacin dede lala ecuacinecuacin cinticacintica dede unauna reaccinreaccin::

    MMtodotodo dede laslas velocidadesvelocidades inicialesiniciales yy ecuacionesecuaciones integradasintegradas

    dd l id dl id ddede velocidadvelocidad..

    1010..33 -- FactoresFactores queque modificanmodifican lala velocidadvelocidad dede unauna reaccinreaccin..

    1010 44 C tli iC tli i F d tF d t tli itli i h h h t h t 1010..44 -- CatlisisCatlisis:: Fundamentos,Fundamentos, catlisiscatlisis homogneahomognea yy heterogneaheterognea..

    1010..55 -- MecanismoMecanismo dede reaccinreaccin..

  • V l id d d i i

    Conceptos de cintica

    Es el cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con

    Velocidad de una reaccin qumicaEs el cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (M/s).

    A BEl signo se debe a que [A] di i l iA B

    M l l A

    disminuye con el tiempo

    u

    l

    a

    s

    Molculas A

    M l l B

    velocidad = -[A]t

    [B]Velocidades

    di

    d

    e

    m

    o

    l

    c

    u Molculas Bvelocidad =

    [B]t

    promedio

    N

    d

    [A] y [B] son los cambios en la concentracin

    t (s)en un periodo t.

  • V l id d d i i

    Conceptos de cintica

    Es el cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con

    Velocidad de una reaccin qumicaEs el cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (M/s).

    a A + b B c C + d Da A + b B c C + d D

    Velocidad de reaccin = velocidad de desaparicin de los reactivosp

    [A] t

    1 = -[B] t

    1b= - ta tb

    = velocidad de aparicin de los productos

    = [C] 1 =[D] 1

    d

    velocidad de aparicin de los productos

    tc td

  • Determinacin experimental de la velocidad de una reaccin

    Conceptos de cintica

    (Br2 (aq) + HCOOH (aq) 2Br - (aq) + 2H+ (aq) + CO2 (g)

    Determinacin experimental de la velocidad de una reaccin

    C l i i i ltiempo

    Color inicialdel Br2

    A medida que progresa la reaccin, la concentracin de Br2 disminuye rpidamente y ed d que p og es e cc , co ce c de 2 d s uye p d e e ysu color se desvanece.

    La velocidad promedio depende del intervalo seleccionado y se determina por la disminucin [B ] [B ] [B ]de la concentracin de Br2 en ese intervalo: - [Br2]t = -

    [Br2] final [Br2] inicialt final t inicial

  • D t i i i t l d l l id d d i

    Conceptos de cintica

    Al calcular la velocidad promedio de la reaccin a intervalos cada vez ms cortos, se obtienel l id d fi l id d i l id d

    Determinacin experimental de la velocidad de una reaccin

    la velocidad en un momento especfico, velocidad instantnea o velocidad.

    Tiempo (s) [Br2] (M)

    M

    )

    Velocidad a 100 s2.9610-5 M/s

    A 200 s2 09 10-5 M/s

    [

    B

    r

    2

    ]

    (

    M 2.0910-5 M/sA 300 s1.4810-5 M/s

    t (s)t (s)

    Grficamente, la velocidad instantnea en cualquier momento (100, 200, 300 s desde el inicio de la reaccin) se determina por la pendiente de la tangente a ladesde el inicio de la reaccin) se determina por la pendiente de la tangente a la curva en el instante dado.

  • D t i i i t l d l l id d d i

    Conceptos de cintica

    Determinacin experimental de la velocidad de una reaccin

    )

    Velocidades de reaccin entre bromo molecular y cido frmico a 25 CTiempo (s) [Br2] (M) Velocidad (M/s) k = velocidad/[Br2] (s-1)

    e

    l

    o

    c

    i

    d

    a

    d

    (

    M

    /

    s

    )

    ]

    (

    M

    )

    V

    e

    [

    B

    r

    2

    ]

    [ Br2 ]

    Velocidad [Br ] Velocidad = k [Br ]Velocidad [Br2] Velocidad = k [Br2]

    C i i ( )C i i ( )Constante de proporcionalidad

    Constante cintica (k)Constante cintica (k)entre la velocidad de reaccin y la concentracin de los reactivos

  • D t i i i t l d l l id d d i

    Conceptos de cintica

    La velocidad de descomposicin del perxido de hidrgeno puede medirse con un manmetro que muestra el aumento de la presin del O con el tiempo

    Determinacin experimental de la velocidad de una reaccin

    2H2O2 (aq) 2H2O (l) + O2 (g)

    manmetro que muestra el aumento de la presin del O2 con el tiempo.

    H

    g

    )

    P

    (

    m

    m

    H

    [O2] Pvelocidad = t RT1

    t=

    t (min)

  • Conceptos de cintica

    Ecuacin de velocidad

    A b B C d D

    Dependencia de las velocidades de reaccin con la concentracin

    a A + b B . c C + d D +.

    [A]1 [B]1 [C]1 [D]1v= - [A]t1a

    = -[B]t

    1b

    =[C]t

    1c

    =[D]t

    1d

    Velocidad de reaccin = k .[A]m.[B]n .

    Constante de velocidad = k

    Orden total de la reaccin = m + n +Orden total de la reaccin = m + n + .

  • C id i

    Conceptos de cintica

    ConsideracionesL i d l id d d t i f i t lLa ecuacin de velocidad se determina en forma experimental.

    El orden de un reactivo no est relacionado con el coeficiente estequiomtricod l ti l i l b l j t d

    U ilid d d lClculo de las velocidades de reaccin conocidas las

    del reactivo en la reaccin global ajustada.

    Utilidades de la ecuacin de velocidad

    concentraciones de los reactivosObtencin de una ecuacin que exprese la concentracin de un reactivo en funcin del tiempoconcentracin de un reactivo en funcin del tiempo

    C O C OF2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)

    k [F ][ClO ] 1v = k [F2][ClO2] 1

  • Requiere trabajar con las Mtodo de lasConceptos de cintica

    q jvelocidades iniciales de la reaccin

    Mtodo de las Velocidades iniciales

    Determine la ley de la velocidad y calcule su constante de velocidad:

    S2O82- (aq) + 3I- (aq) 2SO42- (aq) + I3- (aq)

    Experimento [S2O82-] [I-]Velocidad

    Inicial (M/s)(M/s)

    1 0.08 0.034 2.2 x 10-4

    2 0.08 0.017 1.1 x 10-4

    3 0.16 0.017 2.2 x 10-4

    v = k [S2O82-]x [ I- ]y

  • Requiere trabajar con las Mtodo de lasConceptos de cintica

    q jvelocidades iniciales de la reaccin

    Mtodo de las Velocidades iniciales

    VelocidadExperimento [S2O82-] [I-] Inicial

    (M/s)1 0 08 0 034 2 2 x 10-41 0.08 0.034 2.2 x 10 4

    2 0.08 0.017 1.1 x 10-4

    3 0.16 0.017 2.2 x 10-4

    A doble [I-],la velocidad se duplica (experimento 1 y 2)A d bl [S O 2 ] l l id d d li ( i 2 3)

    y = 11 v= k [S2O8

    2-][I-]A doble [S2O82-], la velocidad se duplica (experimento 2 y 3) x = 1 [ 2 8 ][ ]

    k =v

    =2.2 x 10-4 M/s

    0 08/M sk = [S2O82-][I-]=

    (0.08 M)(0.034 M)= 0.08/Ms

  • Mtodo IntegralConceptos de cintica

    Expresan la concentracin Mtodo Integral de la Velocidad

    pde un reactivo en funcin del tiempo

    Reaccin de orden cero

    A productos

    Velocidad de reaccin = k [A]0

    Velocidad de reaccin = k

    [k] = mol.L-1.s-1

  • Mtodo IntegralConceptos de cintica

    Expresan la concentracin Mtodo Integral de la Velocidad

    pde un reactivo en funcin del tiempo

    Reaccin de orden cero -[A] = k-d[A]Movimiento

    = kt dt

    = kinfinitesimal= k

    E i t d d 0 h t l ti t

    [A]t t

    E integrar desde 0 hasta el tiempo t

    - dt= kd[A][A]0

    [A]t

    0

    t

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

    [A]t = [A]0 - kt

  • Mtodo IntegralConceptos de cintica

    Expresan la concentracin Mtodo Integral de la Velocidad

    pde un reactivo en funcin del tiempo

    Reaccin de orden uno H2O2(aq) H2O(l) + O2(g)

    = -k [H2O2] d[H2O2 ] [k] = s-1[ 2 2]dt

    d[H O ][A]t t

    [ ]

    = - k.dt[H2O2] d[H2O2 ]

    [A]0

    [ ]t

    0

    t

    = k tln[A]t ln[A] = -k t + ln[A]= -k.tln[A]0

    ln[A]t = -k.t + ln[A]0

  • Mtodo IntegralConceptos de cintica

    Expresan la concentracin Mtodo Integral de la Velocidad

    pde un reactivo en funcin del tiempo

    Reaccin de orden dos A productos

    dt= -k.[A]2

    d[A][k] = M-1 s-1 = L.mol-1 .s-1

    dt= kd[A][A]t t

    = k t +11

    dt

    dt= - k[A]2[A]0 0

    = k.t +[A]0[A]t

    1 1kt

    [A]= [A]0

    + kt

  • Conceptos de cintica

    D t i i d l dDeterminacin del orden de una reaccinde una reaccin

    Represente [A] frente al tiempoal tiempo.

    Represente ln[A] frente al tiempo

    Para determinar el orden de una reaccin: Busque la representacin d l d t frente al tiempo.de los datos queproporcione una lnea recta.

    Represente 1/[A] frente al tiempo.

  • Vid M di

    Conceptos de cintica

    t es el tiempo necesarioVida Media, t t es el tiempo necesario

    para consumir la mitad de un reactivo.

  • Vid M di

    Conceptos de cintica

    t es el tiempo necesarioVida Media, t t es el tiempo necesario

    para consumir la mitad de un reactivo.Para t = tPara t t

    [A] = [A]0 / 2

    d

    [A] = [A] k t

    R. orden cero

    ln[A] = k t + ln[A]

    R. orden uno

    1 1 + kt

    R. orden dos

    [A]

    [A] = [A]0 k.t ln[A]t = -k.t + ln[A]0

    Ln2 0 693

    [A]= [A]0

    + kt

    t =[A]02k

    t =Ln2

    k =0,693

    kt =

    1k[A]0

    Los ejemplos ms importantes de reacciones de

    Un tipo de reaccion