Estudia la velocidad a la que ocurren las reacciones químicas

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1 Cinética Química Estudia la velocidad a la que ocurren las reacciones químicas Termodinámica Es espontánea? Cinética A qué velocidad ocurre la reacción? Velocidad de una Reacción Es la variación de la concentración de un reactivo (o producto) en la unidad de tiempo: Mol L s Depende de Estado físico de los reactivos Concentración de los reactivos Temperatura Catalizadores La velocidad instantánea es la velocidad en un momento concreto de la reacción La velocidad inicial es la velocidad instantánea a tiempo 0 pte = v N + 3 H NH 3 v i = - d N = - 3 d H =+ d NH 3 v m = - N = - 3 H = + NH 3 Ley de la Velocidad Ecuación que expresa la relación entre la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la concentración de los reactivos elevados a alguna potencia. Se determina experimentalmente a A + b B v = k A α B β Órdenes Parciales: no tienen que coincidir con los coeficientes estequiométricos : respecto al reactivo A : respecto al reactivo B Orden Total: se define en función de las [c] 0 de los reactivos + Constante de velocidad: cuanto K : velocidad Depende: Del tipo de reacción De la temperatura De la presencia de catalizadores No depende De las concentraciones k pequeña k grande

2 á á Química _ º Bachillerato Orden Cero Primer Orden Segundo Orden v F = v 0 v F = v 0 v F = 4 v 0 = k A 0 = k k = v M = M = k A = k A k = v M A = = k A k = v M A = M = 0 - k t = 0 e k t A = 0 + k t t = 0 k Ln A t = Ln k A t = k 0 pte = - k pte = - k pte = k Vida media o tiempo de semirreacción Es el tiempo necesario para que la [reactivo] a la mitad Teoría de las Colisiones Para que una reacción tenga lugar, las moléculas de los reactivos tienen que chocar entre sí. Para que un choque sea efectivo es necesario que se cumplan condiciones:. Que las moléculas tengan suficiente energía cinética para que se rompan enlaces. Estas moléculas son moléculas activadas y la energía mínima requerida se llama energía de activación. Que el choque tenga una orientación adecuada Teoría del Estado de Transición En esta teoría no se hace un estudio del movimiento de las partículas, sino de los cambios energéticos del sistema donde se realiza la reacción Implica la existencia de una especie llamada complejo activado o de transición que posee una estructura química entre los reactivos y los productos, en la cual se han debilitado los antiguos enlaces y se han empezado a formar los nuevos. Este complejo es inestable por su elevada energía (posee toda la E C de las moléculas de los reactivos) y se descompone de forma casi instantánea en los productos de la reacción Complejo Activado Estado de Transición La región próxima al máximo de energía se llama estado de transición y la diferencia de energía entre el complejo activado y los reactivos es la energía de activación H < 0

3 Nº de Moléculas 3 Diagrama Energético Si la energía de activación es pequeña, significa que habrá muchos choques eficaces, por lo que muchas moléculas alcanzarán el estado de transición y la reacción será rápida. Por el contrario, si la es grande significa que habrá pocos choques eficaces, es decir, pocas moléculas alcanzarán el estado de transición y la reacción será lenta. Por otro lado, si el estado energético de los reactivos es mayor que el de los productos, la reacción será exotérmica y, por el contrario, si el estado energético de los reactivos es menor que el de los productos, la reacción será endotérmica. Exotérmica Endotérmica H < 0 H > 0 Si aumentamos la temperatura, aumentamos la energía de los reactivos y por lo tanto, más moléculas podrán alcanzar la energía del complejo activado y por lo tanto, mayor será la velocidad de la reacción. Factores que Influyen en la Velocidad. Nº de Choques Totales.- depende de las concentraciones de los reactivos y de su estado físico. Eficacia de los Choques.- depende del número de moléculas con Ec suficiente. Aumenta mucho con la Tª 3. Energía de Activación.- marca el nivel energético mínimo para que los choques sean eficaces. Depende de la naturaleza de los reactivos y de los catalizadores Naturaleza de los Las reacciones que no implican un reajuste de enlace suelen ser muy rápidas Cuanto mayor sea la concentración de los reactivos, mayor será la velocidad de reacción La velocidad es máxima cuando se da entre gases o en disolución, ya que es cuando los reactivos están en fase molecular o iónica Temperatura La velocidad de cualquier reacción química aumenta mucho con la Tª, debido a que aumenta la energía de los reactivos y por lo tanto, más moléculas podrán alcanzar la energía del complejo activado y por lo tanto, mayor será la velocidad de la reacción: Ec > T > T La fracción de moléculas que poseen una Ec : T T F = e -/RT Ec

4 á á 4 Química _ º Bachillerato Arrhenius Explicó teóricamente la relación entre la velocidad de reacción y la Tª k = A e -/RT Ln k = - R T + Ln A Donde k es una cte cinética y A un factor de frecuencia, es una cte que engloba el factor estérico que está relacionado, a su vez, con la geometría del choque, representa la frecuencia de las colisiones Debido al signo (-) asociado con el exponente - R T, la cte de velocidad: cuando la E a cuando la Tª La ecuación Ln k = - + Ln A se puede tratar como una recta: R T Ln k = - R T + Ln A y = m x + n Ln k t Cuanto E a, más sensible es la constante de velocidad a los cambios de Tª La energía de activación es la mínima necesaria para iniciar la reacción química: Ln K K = - R T - T H R = directa - inversa No varía con la temperatura Mecanismos de Reacción Secuencia de reacciones elementales que conducen a la formación del producto. Describe con detalle: El orden de ruptura y formación de enlaces Cambios en las posiciones relativas de los átomos en la reacción Reacciones elementales Se caracterizan porque sólo hace falta un choque entre moléculas para generar la energía suficiente y en la orientación adecuada. Representan el avance de la reacción desde el punto de vista molecular. La suma de todas ellas da como resultado la reacción global. Deben cumplir: La suma de los pasos elementales debe dar la ecuación global balanceada El paso limitante (el más lento) debe predecir la misma ley de velocidad que la determinada experimentalmente Intermediario No aparece en la reacción global pero sí en alguna elemental

5 Energía 5 Molecularidad Nº de moléculas que reaccionan (que chocan) en una reacción elemental Reacción Unimolecular Reacción Bimolecular Reacción elemental que implica molécula Reacción elemental que implica moléculas, A P A + B P A + A P V = K V = K [B] V = K En las reacciones elementales : Molecularidad = orden Catalizadores Es una sustancia que, incluso en pequeñas cantidades, modifica mucho la velocidad de una reacción, sin experimentar en ella ninguna alteración química permanente. CATÁLISIS Toman parte activa en la reacción, formando compuestos intermedios lábiles Activan también las reacciones reversibles, pero no alteran las funciones termodinámicas de la reacción ( H y G) Un catalizador es incapaz de desplazar el equilibrio hacia un lado u otro Único Efecto.- alcanzar en menor tiempo el estado de transición Catalizador Homogéneo En la misma fase (líquida, gaseosa, sólida) que los reactivos Catálisis Homogénea Catalizador Heterogéneo En una fase diferente de la de los reactivos Catálisis Heterogénea sin catalizador con catalizador R P