Cinetica Química

Estudio de las velocidades de reacción y los factores que influyen en ellas

Logros

• Comprende y analiza algunos factores que permiten establecer la viabilidad de procesos químicos de importancia biológica, así como las condiciones adecuadas para su manipulación y control.

Velocidad de reacciónVelocidad: rapidez con la que ocurre un cambio.

¿Qué cambia? La concentración, tanto de reactivos (A) como de productos (B y C).

¿Cómo se expresa?La velocidad promedio (en un periodo) se expresa matemáticamente: ∆[ ]/ ∆tSi se trata de un reactivo -∆[A]/ ∆tSi se trata de un producto ∆[B]/ ∆t

A → 2B + C

0 2 4 6 8 10tiempo

0,1

0,2

0,3

0,4

[ ]

La velocidad en un instante (t=6) será – dA/dt; pendiente de la recta tangente en ese punto

Velocidad y esqueometría

A → 2B + C

Por cada mol de A que desaparecen aparecen 2 moles de B y aparece solo un mol de C

- ∆[A]/ ∆ t = ∆[C]/∆ t y - 2 ∆[A]/ ∆ t = ∆[B]/∆ t

vA = vC y 2vA = vB

Luego: para una reacción aA + bB → cC

- 1/a∆[A]/ ∆ t = 1/b ∆[B]/∆ t = 1/c ∆[C]/∆ t

Teoría de colisionesPara que una reacción ocurra:• Los reactivos deben encontrarseA mayor frecuencia de colisiones (choques) mayor probabilidad de tener productos.

• Deben acercarse con la orientación apropiada.Se refiere a la posición de las partículas unas respecto a otras (colisiones eficaces)

Para: AB + CD → ABC + D

• La colisión debe aportar cierta energía mínima (Ea)

+Colisión efectiva Colisión no efectiva

Factores que gobiernan la velocidad

• Naturaleza de los reactivos(tipos de fuerza intramoleculary intermolecular)

• Concentración de los reactivos A mayor número de moléculas reaccinantes, máscolisiones ocurren por unidad de tiempo. Para reactivos gaseosos corresponderá mayor presión.

• Area de superficie de contactoMayor cantidad de reactivo expuesta

Papel y parafina ardiendo

parafina ardiendo con más O2

• Temperatura Las moléculas se desplazan con más rapidez a temperaturas altas, luego, chocan con más frecuencia. El efecto es muy grande , un incremento de 10°C en la temperatura duplica la velocidad de la mayor parte de reacciones

Factores que afectan la velocidad

• Los catalizadoresSustancias que se añaden en pequeña cantidad para aceleran la velocidad de una reacción. Este

fenomeno se llama catalisis. Los catalizadores disminuyen la energía de activación

Energía de activación (Ea)Energía mínima necesaria para que los reactivos pasen a productos

Energía

Coordenada de reacción

∆H = Energía productos–Energía de reactivos

Reactivos

Productos

Cambios de energía en el transcurso de una

reacción

Ea

La energía de activación domina la velocidad de una reacción.Es posible tener reacciones rapidas con calor grande o bien con pequeño calor

Energías de activación y catalizador

∆HLibera energía

∆H < 0Absorbe energía

∆H > 0

Reacción exotérmica

Lenta

Rápida

El catalizador altera el camino de la reacción , el efecto es la disminución de la barrera energetica (Ea), no altera el calor

Reacción sin catalizador

Reacción catalizada

Catálisis enzimática

mecanismo quimitripcina ensayo enzimático

La temperatura , el pH , la concentración de sales del medio de reacción,entre otras, pueden modificar la actividad enzimatica .

Las enzimas son los catalizadores biológicos, luego la enzima se recupera, para poder usarse nuevamente. La catalisis enzimatica , es la facilitación de la hidrolisis de una moléculabiológica.

Una enzima es especifica para una reacción

Ejemplos de catálisis enzimática

• La ATPasa que hace que el traslado sodio –potasio (bomba Na/K) necesario para mantener el equilibrio osmico de la celula; entran dos sodios por un potasio que sale, pueda realizarse normalmente ....

• Ptialina que ayuda en el proceso de degradación de macromoléculas a nivel de la masticación.

• Alfa amilasa en la hidrolisis del glucogeno , esta actua sobre los enlaces glucosidicos dando lugar a la ruptura de la molécula de glucogeno en productos como: glucosa, maltosa e isomaltosa.

• Tambien existen los inhibidores enzimáticos que anulan la actividad enzimática.

La velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de los reactivos. ¿Como cuantificar?La expresión que relaciona las concentraciones con la velocidad se denomina ley de velocidad

Supongamos aA + bB → cC ; v = k [A]m [B]n

m y n: ordenes parciales respecto a A y B m +n: orden de la reacción

k: constante de velocidad, a mayor K mayor vEl orden de reacción:- Se determina experimentalmente y puede tener cualquier valor, los casos más importantes en los seres vivos son de orden 0 ,1, y 2- Solo coincide con la estequeometria de la reacción cuando se trata de reacciones elementales (en una sola etapa).

Ley de la velocidad

Reacciones de orden ceroSi la velocidad no depende de la concentración de los reactivos, la ley de velocidad viene dada por:

v = - d[A]/dt = kOperando matemáticamente e integrando la expresión tenemos:

[A] = concentración que no reacciono al tiempo t[A]o = concentración inicial [A] = [A]o - kt

y = b + mx

Linea recta, de pendiente m = - K (negativa) m = -k

[A]

t

m = -k

[A]oUnidades de k = Mt-1

Reacciones de primer ordenSi la velocidad depende de la concentración segun:

v = - d[A]/dt = k [A]

La expresión integrada: ln[A] = ln[A]o - kt

y = b + mxLinea recta, de pendiente m = - K (negativa)

Unidades de k = t-1

t

m = k

ln[A]

ln[A]o

Reacciones de segundo orden

Si la velocidad viene dada: v = - d[A]/dt = k [A]2

Al integrar la expresión:1/[A] = 1/[A]o + kt

y = b + mx

Linea recta, de pendiente m = K (positiva)

m = k

1/[A]

1/[A]o

tUnidades de k = M-1t-1

Tiempo de vida media (t1/2)

• Es el tiempo que se requiere para que la concentración de un reactivo disminuya a la mitad de su valor original.

[A] = [A]o / 2

Se puede representar graficamente:No significa que la reacción termina con dos t1/2

[A] = 4

[A]o= 8

[A] = 2

t1/2t1/2

Resumen

1/k[A]Ov = k [A]22

Ln2/kv = k [A]

1

[A]O /2kv = k0

Vida mediaEcuación integradaLey de velocidadOrden

[A] = [A]o- kt

ln[A] = ln[A]o- kt

1/[A] = 1/[A]o + kt

Ahora túObserve el siguiente gráfico de energía vs avance de reacción para la oxidación de la glucosa (proceso inverso a la fotosintesis)

Oxidación de glucosaFotosintesis

Compare la energía de activación de la oxidación con la fotosintesis. ¿Cuál reacción es más rapida?¿Cuál de ellas libera energía y cual absorbe?¿Qué le sucederiá a la velocidad de oxidación si no se tiene suficiente oxigeno?Explique porqué la oxidación en el organismo es mucho más rápida que en el ambiente.

Ahora tú• Para una reacción: A + B 2C se tienen los siguientes

datos:

- Determine el orden de reacción.

- La ley de velocidad y la constante

• La etiqueta de cierto jarabe, informa que su tiempo de vida media es de 45 min y que no depende de la concentración del medicamento. Si se toma una cucharada que contiene 0,2 g/L, determine en cuanto tiempo se deberá tomar otra dosis si la concentración debe haber disminuido al 2,5%

0,20,20,4

[B] (mol/L)

4x10-40,11,2x10-30,3

1,6x10-30,1v (mol/L min)[A] (mol/L)