Tema 20. Tema 20. Cinética química Velocidad de las reacciones químicas Velocidad de las reacciones químicas Energía de activación

Transcripción

1 Tema Velocia e las reacciones químicas Energía e acivación Cinéica química Caálisis Velocia e las reacciones químicas Ejemplo: La Termoinámica se ocupa e si una reacción es esponánea (esá esplazaa hacia la formación e proucos) o no, pero no ice cuáno iempo arará en proucirse la reacción El iempo es la variable propia e la Cinéica Química La formación e agua a parir e hirógeno y oxígeno es una reacción muy exoérmica, y con un equilibrio muy esplazao a la erecha: H 2 + ½ O 2 H 2 0 Sin embargo, el H 2 y el O 2 pueen esar mezclaos mucho iempo sin que se prouzca reacción. Para ello hace fala aporar una pequeña cania e energía o perurbación 3 4 La velocia e una reacción química esá relacionaa con la variación e las concenraciones e las especies involucraas en la reacción por unia e iempo velocia aa + bb cc + D Derivaas e la concenración con respeco al iempo En una reacción genérica v - a - b [B] c [C] [D] aa + bb cc + D Coeficienes esequioméricos v - a - b [B] c [C] [D] - para reacivos (esaparecen,la concenración isminuye) + para proucos (aparecen, la concenración aumena) 5 6

2 La velocia e reacción insanánea es la angene e la curva e concenración con respeco al iempo. concenraciones Concenración e A A C Concenración e C iempo Equilibrio ECUACIÓN DE VELOCIDAD En muchos casos (no siempre) se ha viso que la velocia e reacción epene e las concenraciones e los reacivos e la forma: v k m [B] n m y n son los órenes e reacción respeco a A y B respecivamene. NO ienen porqué ser los coeficienes esequioméricos, aunque algunas veces lo son. La única forma e eerminar los orenes e reacción es experimenalmene. 7 8 ORDEN DE REACCIÓN m es el oren parcial e la reacción con respeco a A, n es el oren parcial e la reacción con respeco a B y así para oos los reacivos El oren oal e la reacción es la suma e oos los órenes parciales k es la consane e velocia e la reacción, que epene e la emperaura Ejemplos Reacción e primer oren (oren oal ) 2 N 2 O 5 (g) -> 4 NO 2 (g) + O 2 (g) v k [N 2 O 5 ] NO coincie con el coeficiene esequiomérico Reacción e seguno oren (oren oal 2) 2NO 2 (g) -> 2 NO(g) + O 2 (g) v k [NO 2 ] 2 Coincie con el coeficiene esequiomérico 9 0 Igualano las efiniciones e velocia e reacción, enemos A proucos k n Cinéica e primer oren v ( ) k 0 0 /2 ln A P k e 0 Pe -k No se puee operar con erivaas, así que hemos e inegrar la ecuación e la velocia para ver cómo varía con el iempo Tiempo e via meio: /2 /K ln 2 Recoraorio: Tema 3: Descomposición raiaciva Prácicas y 2 2 2

3 Cinéica e seguno oren A P v ( ) k A [ ] 2 / [ A ] / + k 0 Deerminación e los órenes e reacción por el méoo e las velociaes iniciales 0 0 /2 Tiempo e via meio: /2 /(K 0 ) / Pe k En ese caso el iempo e via meio epene e la concenración inicial 3 v v v 2 v 3 a a 2 a 3 [B] b b 2 b 3 os ecuaciones con os incógnias v k n [B] m v v 2 v v 3 a a 2 a a 3 n b b 2 n b b 3 m m Energía e acivación Muchas reacciones químicas, esponáneas o no, llevan aparejaa la necesia e un ciero apore e energía para iniciarse: la energía e acivación Energía Reacivos H Proucos Energía e acivación La exisencia e esa energía e acivación es la causa e la epenencia e k con la emperaura. Ecuación e Arrhenius, enconró experimenalmene que la consane e velocia e muchas reacciones varía con la emperaura. k A exp (-E a /RT) ln k -E a / RT + ln A (A consane) 5 6 Deerminación e la energía e acivación ln k ln A - E a /RT ln k Peniene -E a /R T La peniene e la reca e ln k vs. T a la energía e acivación MECANISMOS DE REACCIÓN Al esuiar la nube e conaminación fooquímica, hay que ener en cuena el gas NO 2. No es probable que ese gas se forme en caniaes granes en la amósfera por la reacción ireca: 2 NO (g) + O 2 2 NO 2(g) Para que esa reacción enga lugar en una sola eapa, enrían que chocar simuláneamene res moléculas. Una colisión e ese ipo es un suceso poco probable. Uno e los objeivos e la eerminación e ecuaciones e velocia e las reacciones químicas es esablecer su relación con los mecanismos e la reacción

4 Un mecanismo e reacción es una escripción eallaa e una reacción química presenaa como una serie e cambios e una sola eapa enominaos procesos elemenales. Ejemplo: H 2(g) + 2 ICl I 2(g) + 2 HCl 20.3 Caálisis Un caalizaor es una susancia que: - Rebaja la energía libre e acivación y acelera la reacción 2- No moifica las caracerísicas el equilibrio 3- Iealmene, no se alera en la reacción Mecanismo en 2 eapas: Lena: H 2 + ICl HI + HCl Rápia: HI + ICl I 2 + HCl v k [H 2 ] [ICl] v 2 K 2 [HI] [Icl] Energía Reacivos E a (energía e acivación sin caalizaor) E a (energía e acivación con caalizaor) H 2(g) + 2 ICl I 2(g) + 2 HCl v k [H 2 ] [ICl] Proucos 9 20 Caálisis Homogéneos En la misma fase que los reacivos Heerogéneos En una fase iferene a la e los reacivos Ejemplo (caálisis homogénea): 2 H 2 O 2 (aq) -> 2 H 2 O(l) + O 2 (g) reacción muy lena Añaieno pequeñas caniaes e bromo: Br 2 (aq) + H 2 O 2 (aq) -> 2 Br - (aq) + 2 H + (aq) + O 2 (g) 2 Br - (aq) + H 2 O 2 (aq) + 2 H + (aq) -> Br 2 (aq) + 2 H 2 O(l) Enzimáica Enzimas Br 2 2 H 2 O 2 (aq) ----> 2 H 2 O(l) + O 2 (g) reacción rápia 2 22 Ejemplo (caálisis heerogénea): CH 2 CH 2 (g)+ H 2 (g)-> CH 3 -CH 3 (g) Meal H muy lena Enzimas Son moléculas orgánicas encargaas e caalizar una reacción específica o un conjuno e reacciones el mismo ipo. El meal absorbe las moléculas en la posición aecuaa para que la reacción se prouzca Son proeínas con una forma aecuaa al subsrao e la reacción. Las enzimas solo realizan la función caalíica en una pequeña pare e la molécula

5 Subsrao ( llave ) Enzima ( cerraura ) Siio acivo 25 5