Cinética Química. Velocidad de reacción Factores que afectan la velocidad de reacción. Basado en el material preparado por: Licda.
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- María Carmen Escobar Herrera
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1 Cinética Química Velocidad de reacción Factores que afectan la velocidad de reacción Basado en el material preparado por: Licda. Victoria Chan
2 Cinética de reacción Cinética química, es el área de la química que estudia la velocidad de las reacciones químicas. Velocidad de reacción: Es la variación de concentración de reactantes o productos por unidad de tiempo. Se expresa en términos del aumento en la concentración de productos ó la disminución en la concentración de reactantes por unidad de tiempo.
3 Cinética de reacción VELOCIDAD DE REACCIÓN Para la reacción : A B velocidad= [B] / t ó [A] / t el signo indica que la [A] disminuye con el tiempo La velocidad de una reacción se mide como la variación de la concentración de reactantes o productos conforme pasa el tiempo.
4 Cinética de reacción La determinación de la velocidad de una reacción se puede hacer por medición de color, medición de presión de gases, cambios de temperatura o directamente cambios de concentración, entre otros.
5 Cinética de reacción VELOCIDAD DE REACCIÓN A B Fig 14.3 tomado de Brown, T.L; LeMay, H.E; Bursten, B.E; Burdge, J.R. (2007). Química La Ciencia Central (9a ed.).
6 Número de moléculas Tema 3: Cinética de reacción Cinética de reacción moléculas A moléculas B velocidad = - D[A] Dt velocidad = D[B] Dt Tomado del Chang,R.Química. 9a ed. Cap.13
7 Absorci ón 393 nm Tema 3: Cinética de reacción Cinética de reacción Br 2 (ac) + HCOOH (ac) 2Br - (ac) + 2H + (ac) + CO 2 (g) tiempo Br 2 (ac) 393 nm luz Detector [Br 2 ] a Absorción Longitud de onda (nm)
![Cinética de reacción Br 2 (ac) + HCOOH (ac) 2Br - (ac) + 2H + (ac) + CO 2 (g) velocidad promedio -D[Br 2 ] Dt = - [Br 2]](/docs-images/70/63569243/images/8-0.jpg "final [Br 2 ] inicial t final - t inicial pendiente de la tangente velocidad instantánea velocidad para un momento")
8 Cinética de reacción Br 2 (ac) + HCOOH (ac) 2Br - (ac) + 2H + (ac) + CO 2 (g) velocidad promedio -D[Br 2 ] Dt = - [Br 2] final [Br 2 ] inicial t final - t inicial pendiente de la tangente velocidad instantánea velocidad para un momento específico
9 Velocidad molaridad /s Tema 3: Cinética de reacción Cinética de reacción velocidad a [Br 2 ] velocidad = k [Br 2 ] k = velocidad = constante [Br 2 ] de velocidad = 3,50 x 10-3 /s
10 Ley de Velocidad LEY DE LA VELOCIDAD Expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la concentración de los reactantes elevadas a alguna potencia. Para la reacción a A + b B c C + d D La Ley de la Velocidad sería: V a [A]x [ B ]y V = k [A]x [ B ]y La ley de la velocidad se determina en forma experimental.
11 Ley de Velocidad V = k [A] x [ B ] y k: constante de velocidad [A], [B] : concentraciones de los reactantes x, y: órdenes de reacción
12 Ley de Velocidad Las reacciones pueden ocurrir en una o en una serie de etapas (sólo se pueden determinar en el laboratorio). Si la reacción tiene más de un paso, la ley de velocidad está dada por el paso determinante de la velocidad (el más lento de la secuencia de pasos). Pasos elementales: serie de reacciones sencillas que representan el avance de la reacción global a nivel molecular. Mecanismo de reacción: secuencia de pasos elementales que conducen a la formación del producto.
13 Orden de Reacción ORDEN DE REACCION Potencia a la cual está elevada la concentración de un reactivo en la ley de velocidad. (puede ser 0) Valores experimentales no relacionados con la estequiometría de la reacción. El orden de una reacción se define en términos de las concentraciones de los reactivos, no de los productos. Si x es el orden de reacción respecto del reactante A y y es el orden con respecto del reactante B; el orden global de la reacción es: x + y
14 Ley de Velocidad F 2(g) + 2 ClO 2(g) 2 FClO 2(g) V = k [F 2 ] [ClO 2 ] orden 1 respecto de F 2 orden 1 respecto de ClO 2 orden de reacción global = 2 H 2 O 2 (l) + 3 I 1- (ac)+ 2 H 1+ (ac) I 1-3 (ac)+2 H 2 O (l) V = k [H 2 O 2 ] [ I 1- ] orden de reacción igual a 2 CH 3 CHO (g) CH 4(g) + CO (g) V = k[ch 3 CHO]3/2 orden de reacción global= 3/2
15 Factores que afectan la velocidad VELOCIDAD DE REACCIÓN AUMENTO DE LA TEMPERATURA Energía cinética de las partículas Aumento en # de partículas con Ecin > Eactivación CONCENTRACIÓN DE REACTANTES FACTORES ESPACIALES ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Concentración Área de contacto inhibidor Presión Geometría molecular acelerador
16 Factores que afectan la velocidad La velocidad de una reacción se puede expresar como el producto de tres factores: Frecuencia de colisiones X Factor energía X Orientación apropiada
17 Factores que afectan la velocidad Velocidad de reacción Factor = frecuencia x Factor x de energético colisiones Factor orientación # colisiones efectivas por ml por segundo # total colisiones por ml por segundo fracción de colisiones con suficiente energía fracción de colisiones con orientación adecuada
18 Factores que afectan la velocidad FACTOR FRECUENCIA DE COLISIONES FACTOR DE DIRECCION U ORIENTACION FACTOR ENERGETICO
19 Factores que afectan la velocidad Frecuencia de colisiones Número de colisiones por unidad de tiempo. Depende de: Aglomeración de las moléculas (concentración o presión). Velocidad de movimiento de las moléculas. Tamaño de moléculas (moléculas más grandes, también son más pesadas y se mueven más lento). Cantidad de partículas que pueden interactuar.
20 Factores que afectan la velocidad Energético Fracción de colisiones suficientemente energéticas. El factor energético es el más importante en determinar la velocidad de reacción. Depende de: La energía de activación La temperatura (se puede controlar)
21 Factores que afectan la velocidad Energía de activación Energía mínima que se le debe dar a una colisión para que se produzca una reacción química. Característica de cada reacción. Una forma de alcanzar la energía de activación proviene de la energía cinética de las partículas en movimiento. La energía cinética de las moléculas debe ser igual o mayor que la energía de activación. A mayor E act menor es la fracción de colisiones que tienen esa energía.
22 Factores que afectan la velocidad Energía de activación Si los productos son más estables que los reactivos, la reacción es exotérmica. Si los productos son menos estables que los reactantes, la reacción es endotérmica. Para una reacción: A + B C + D, se representan los casos mencionados.
23 Energía potencial Energía potencial Tema 3: Cinética de reacción Factores que afectan la velocidad Energía de activación Complejo activado Complejo activado E act E act C+D A+ B Avance de reacción C+D A+ B Avance de reacción Reacción exotérmica Reacción endotérmica
24 Factores que afectan la velocidad Orientación o probabilidad Probabilidad de que una colisión tenga la orientación adecuada. Depende de: la geometría de las moléculas la dirección del choque y del tipo de reacción que se está realizando
25 Factores que afectan la velocidad Orientación o probabilidad
26 Variables que afectan la velocidad Variables que afectan la velocidad de reacción 1. Naturaleza de reactantes 2. Concentración 3. Presión 4. Grado de subdivisión o área de contacto 5. Temperatura 6. Catalizadores e inhibidores Para explicar estas variables, se hace uso de alguno de los tres factores anteriormente mencionados.
27 Variables que afectan la velocidad 1- Naturaleza de los reactantes No todas las reacciones se llevan a cabo a la misma velocidad. Esta diferencia puede atribuirse a las características estructurales de los átomos y moléculas que reaccionan.
28 Variables que afectan la velocidad 2- Concentración (frecuencia de colisiones)
29 Variables que afectan la velocidad 3- Concentración y presión-volumen (factor frecuencia de colisiones Aumento en concentración PRESIÓN Aumento de presión con cambio de volumen
30 Variables que afectan la velocidad 4- Variables que afectan la velocidad de reacción grado de subdivisión, área de contacto (factor frecuencia de colisiones)
31 Variables que afectan la velocidad 5- Temperatura (factor energético y factor frecuencia de colisiones) A una temperatura dada, la fracción de choques con suficiente energía depende de su E act (factor energético). A mayor valor de E act, menor es la fracción de colisiones que tienen esa energía.. 31
32 Variables que afectan la velocidad 5- Temperatura (factor energético y factor frecuencia de colisiones) Un aumento de temperatura incrementa: La energía cinética de las moléculas (factor frecuencia de colisiones) y la velocidad promedio. El número de moléculas con la energía suficiente para alcanzar E act (factor energético) y la velocidad de formación del producto. 32
33 Variables que afectan la velocidad 6-Catalizadores e inhibidores (factor energético y ocasionalmente factor orientación) Catalizadores: Sustancias que incrementan la velocidad de una reacción, sin ser consumidas dentro de la misma. Inhibidores: disminuyen la velocidad de reacción. Tienen dos formas de acción: Ruta alterna Orientar efectivamente las partículas 33
34 Energía potencial Tema 3: Cinética de reacción Variables que afectan la velocidad 6-Catalizadores e inhibidores (factor energético y ocasionalmente factor orientación) SIN CATALITICO CON CATALITICO E Avance de reacción Avance de reacción
35 Energía Energíal Tema 3: Cinética de reacción Variables que afectan la velocidad 6-Catalizadores e inhibidores (factor energético y ocasionalmente factor orientación) sin catalitico con catalitico A + B AC AB Avance de reacción A + B AB Avance de reacción A + C AC AC + B AB + C A + B AB
36 Variables que afectan la velocidad Catálisis homógenea : la destrucción de la capa de ozono El Freon-12 puede descomponerse según CCl 2 F 2(g) CClF 2(g) + Cl (g) Los átomos de cloro, pueden catalizar la reacción de descomposición del ozono Cl (g) + O 3(g) ClO (g) + O 2(g) O (g) + ClO (g) Cl (g) + O 2(g) O (g) + O 3(g) 2 O 2(g)
37 Variables que afectan la velocidad Catálisis heterógenea: convertidores catalíticos N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g) 2 NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) NO 2(g) NO (g) + O (g) El NO (g) se convierte en un catalítico para descomponer el Ozono según: NO (g) + O 3(g) NO 2(g) + O 2(g) NO 2(g) + O (g) NO (g) + O 2(g) O (g) + O 3(g) O 2(g)
38 Variables que afectan la velocidad Catálisis heterógenea: hidrogenación a) H H H H H H H H b) H-C=C-H H H c) H-C=C-H H H
39 Bibliografía: 1. Brown, T.L; LeMay, H.E; Bursten, B.E; Murphy, C. (2009). Química La Ciencia Central (11a ed.). México: Pearson Educación. Capítulo Chang, R. (2007). Química. (9a ed.). México: Mc Graw Hill. Capítulo Morrison, R; Boyd R. (1987). Organic Chemistry (5a ed.). US: Allyn and Bacon. pp
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Las dos reacciones indicadas previamente pueden describirse de la manera siguiente:
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2.- Enuncie los principios o reglas que controlan el llenado de los niveles de energía atómicos permitidos.
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1) Dada la siguiente reacción química: 2 AgNO3 + Cl2 N2O5 + 2 AgCl + ½ O2. a) Calcule los moles de N2O5 que se obtienen a partir de 20 g de AgNO3. b) Calcule el volumen de O2 obtenido, medido a 20 ºC y
La velocidad de una reacción describe qué tan rápido se consumen los reactivos y se forman los productos. CH 4. (g) + 2 O 2.
Cinética Química 1. Velocidad de reacción. 2. Factores que afectan la velocidad de reacción. 3. Expresión de la ley de velocidad. 4. Teoría de las colisiones moleculares 5. Estado de transición. 6. Catalizadores.
Modelo Pregunta 2B.- El yoduro de bismuto (III) es una sal muy poco soluble en agua.
Modelo 2014. Pregunta 5A.- Considere la reacción en equilibrio A (g) + 3B (g) 2C (g). Cuando se introduce 1 mol de A y 3 mol de B en un recipiente de 5 L y se alcanza el equilibrio a 350 K, se observa