Tema 6: Cinética química. Contenidos

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1 Química General Tema 6: Cinética química Diapositiva 1 of 55 Contenidos 6-1 Velocidad de reacción 6-2 Teoría de Colisones 6-3 Energía de activación 6-4 Teoría del estado de transición 6-5 Molecularidad y orden de reacción 6-6 Mecanismos de reacción 6-7 Catálsis Diapositiva 2 de 30 1

2 Velocidad de reacción Velocidad del cambio de concentración con el tiempo. 2 Fe 3+ (aq) + Sn 2+ 2 Fe 2+ (aq) + Sn 4+ (aq) t = 38.5 s Δt = 38.5 s [Fe 2+ ] = M Δ[Fe 2+ ] = ( ) M Δ[Fe 2+ ] M Velocidad de formación Fe 2+ = = = M s -1 Δt 38.5 s Diapositiva 3 de 30 Velocidades de reacción a A + b B. g G + h H. Velocidad d de reacción = k [A] m [B] n. Constante de velocidad = k Orden de reacción = m + n +. Diapositiva 4 de 30 2

3 Teoría de colisiones Para que haya reacción, las moléculas deben chocar entre sí No todos los choques dan producto de reacción Diapositiva 5 de 30 Energía de activación Los choques deben superar una barrera de energía mínima para ser efectivos: energía de activación Diapositiva 6 de 30 3

4 Teoría del estado de transición El estado de transición se encuentra en el máximo de energía de la coordenada de reacción y corresponde a una agrupación hipotética de átomos entre los reactivos y los productos de reacción Diapositiva 7 de 30 Factores que influyen en la v de reacción Concentración de reactivos Temperatura (ecuación de Arrhenius) k = Ae -E a/rt ln k = -Ea 1 R T + ln A Diapositiva 8 de 30 4

5 Molecularidad y orden de reacción Moleclaridad: Número de moléculas que forman el ET Orden de reacción Suma de exponentes en la expresión de la velocidad de reacción Diapositiva 9 de 30 Reaccciones de orden 0 A productos R rxn = k [A] 0 R rxn = k [k] = mol L -1 s -1 Diapositiva 10 de 30 5

6 Reacciones de primer orden H 2 O 2 (aq) H 2 O(l) + ½ O 2 (g) d[h 2 O 2 ] = -k [H2 O 2 ] [A] t [A] 0 d[h 2 O 2 ] [H 2 O 2 ] = - k 0 t [k] = s -1 ln [A] t = -kt ln[a] t = -kt + ln[a] 0 [A] 0 Diapositiva 11 de 30 Ecuación de Arrhenius N 2 O 5 (CCl 4 ) N 2 O 4 (CCl 4 )+ ½ O 2 (g) -E a R = K -E a = kj mol -1 Diapositiva 12 de 30 6

7 Reacciones de primer orden Diapositiva 13 de 30 Vida media t ½ Teimpo en el que se consume la mitad del reactivo. ln [A] t [A] 0 = -kt ln ½[A] 0 [A] 0 = -kt ½ - ln 2 = -kt ½ t ½ = ln 2 k = k Diapositiva 14 de 30 7

8 Vida media Bu t OOBu t (g) 2 CH 3 CO(g) + C 2 H 4 (g) Diapositiva 15 de 30 Some Typical First-Order Processes Diapositiva 16 de 30 8

9 m + n + = 2. Reacciones de orden 2 A productos d[a] = -k[a] 2 [A] t d[a] [A] 2 [A] 0 [k] = M -1 s -1 = L mol -1 s -1 t 0 = - k 1 1 = kt + [A] t [A] 0 Diapositiva 17 de 30 Reacciones de orden 2 Diapositiva 18 de 30 9

10 Mecanismos de reacción Descripción secuencial de cada uno de las etapas elementales de una reacción Consistente con los datos cinéticos y la estereoquímica Monomoleculares y bimoleculares Existencia de intermedios Reversibilidad de los procesos elementales Paso determinante Diapositiva 19 de 30 Velocidad del paso determinante Diapositiva 20 de 30 10

11 Ejemplo H 2 (g) + 2 ICl(g) I 2 (g) + 2 HCl(g) Mecanismo propuesto: = k[h 2 ][ICl] H 2 (g) + ICl(g) lento HI(g) + HCl(g) d[hi] = k[h 2 ][ICl] HI(g) + ICl(g) rápido I 2 (g) + HCl(g) d[i 2 ] = k[hi][icl] H 2 (g) + 2 ICl(g) I 2 (g) + 2 HCl(g) = k[h 2 ][ICl] Diapositiva 21 de 30 Ejemplo Diapositiva 22 de 30 11

12 Catalisis Alternativa de menor energía de activación Catálsis homogénea Todos los reactivos están el misms fase Catálsis heterogenea Catalizador y reactivos en distinta fase Slide 23 of 55 Slide 24 of 55 12

13 Ejemplos Diapositiva 25 de 30 Catalisis Slide 26 of 55 13

14 Catalisis en superficie sólida Slide 27 of 55 Catálisis enzimática k 1 E + S ES k -1 k 2 ES E + P Diapositiva 28 de 30 14

15 Cinética de saturación k 1 E + S ES k -1 k 2 E + P = k 2 [ES] = k 1 [E][S] k -1 [ES] k 2 [ES]= 0 k 1 [E][S] = (k -1 +k 2 )[ES] [E] = [E] 0 [ES] k 1 [S]([E] 0 [ES]) = (k -1 +k 2 )[ES] [ES] = k 1 [E] 0 [S] (k -1 +k 2 ) + k 1 [S] Slide 29 of 55 Michaelis-Menten = k 1k 2 2[ [E] 0 [S] (k -1 +k 2 ) + k 1 [S] = k 2 [E] 0 = k 2 [E] 0 [S] (k -1 +k 2 ) + [S] = k 2 [E] 0 [S] K M = k 1 k 2 [E] 0 [S] K M + [S] Diapositiva 30 de 30 15