COMISION Nº 5 QUIMICA ORGANICA. Seminario 4. Lic. Gisela Guerberoff

Transcripción

1 QUIMICA ORGANICA COMISION Nº 5 Seminario 4 Lic. Gisela Guerberoff

2 REACCIÓN QUÍMICA Ejercicios en guía: pág. 23 a 26. Capítulo 4 de Wade. Punto 4.1, 4.4,4.5, 4.6, 4.8, 4.9,4.10.

3 Por qué ocurren las reacciones químicas? Las reacciones químicas ocurren como una tendencia general a alcanzar un estado de menor energía (menos reactiva y mas estable) Y a la vez como una tendencia a un mayor desorden. Reactantes Productos

4 MECANISMO DE LAS REACCIONES QUIMICAS Analizado desde: 1) La TERMODINAMICA que se refiere a los cambios de energía que acompañan una reacción (entre el inicio y el final) y busca determinar la viabilidad o espontaneidad de una transformación dada (pasar de reactivos a productos). Para esto estudia tres funciones: Entalpía (H) del griego enthálpō = agregar calor; cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema (en forma de calor), es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno. Puede ser Endotérmica o Exotérmica. Entropía (S) del griego ἐντροπία y significa evolución o transformación mide el grado de organización (o desorganizacion) del sistema, en forma de energia. Energía libre de Gibbs (G) mide cuan lejos esta la reacción del equilibrio, entendiendo al equilibrio como el momento en que las concentraciones de reactivos y productos no cambian. Representa la diferencia entre la entalpia y la entropía, considerando la temperatura absoluta.δg=δ H T.Δ S 2) La CINETICA QUIMICA que se refiere a los cambios en la velocidad de la reacción. La cual depende principalmente de la temperatura y de la energía de activación. V (velocidad)= k. [reactivo1].[reactivo 2]. (k= relación entre la tº y la energía de activación).

5 TERMODINAMICA Entalpía (H) Para una reacción exotérmica a presión constante, la variación de entalpía del sistema es igual a la energía liberada en la reacción, el valor es negativo. CORRESPONDE A LA ENERGIA DE RUPTURA DE ENLACES. Ejemplo: encender la cocina: (el fosforo es la energía de activacion ): + ENERGÍA Gas metano (hornalla) Oxigeno del ambiente Dióxido de carbono agua para una reacción endotérmica, la variación de entalpía del sistema es igual a la energía absorbida durante la reacción, el valor es positivo (porque gana calor). CORRESPONDE A LA ENERGIA PARA FORMAR ENLACES. Ejemplo: la Fotosíntesis: + ENERGÍA

6 Entalpía (H) Estado de transición Estado de transición Entrega energía como calor ΔH: negativo MAS ESTABLE debido a la E. Gana energía como calor ΔH: positivo

7 ENERGIA DE DISOCIACION O RUPTURA DE ENLACES Se puede predecir si una reacción será exotérmica o endotérmica sin medir la reacción de calor, sino restando las energías implicadas en la ruptura y formación de enlaces. Para hacer estos cálculos se necesita saber las energías de disociación de los enlaces afectados (tablas). Dicha ruptura puede ser: HOMOLITICA: Cuando cada átomo enlazado retiene uno de los dos electrones del enlace. Se forman radicales libres. HETEROLITICA: Cuando uno de los átomos del enlace se queda con los dos electrones. Se forman iones.

8 Entropía (S) Mide el grado de desorden microscópico de un sistema. todos los sistemas naturales tienden a un máximo de entropía, y éste es el motivo de que cuando se lleva a cabo una reacción química en un sistema aislado (sin intercambio de materia ni de energía) se produzca espontáneamente aquel proceso en el que aumente la entropía del sistema. Aumenta la entropía Disminuye la entropía Aumento de desorden disminucion de desorden

9 Energía libre de Gibbs (G) Es la relación matemática entre la entalpía y la entropía, dependiente de la temperatura, sirve para predecir la espontaneidad o no espontaneidad de una reacción química en la que pasamos de unos reactivos a unos productos y se expresa como : ΔG =ΔH TΔS Así, en función del signo de la variación de energía libre de Gibbs, tenemos tres posibilidades: 1- ΔG > 0, positivo: Reacción no espontánea 2-ΔG = 0, Sistema en equilibrio 3- ΔG < 0, negativo: Reacción espontánea Las reacciones espontaneas son aquellas en las que los niveles de energía de los Productos son mas bajos que los niveles de energía de los Reactivos (reacción exotérmica), la reacción esta favorecida energéticamente (descenso de energía) y le corresponde un valor negativo de ΔG.

10 VALORES DE ΔG SEGÚN VALORESΔH, ΔS y Tº. según sean cada uno positivo o negativo Alta Tº

11 Equilibrio químico Es la condición en la cual la concentración de los reactivos y los productos de una reacción química dejan de cambiar en el tiempo. Reactivos Productos Keq < 1 tiende a productos. Keq > 1 tiende a reactivos.

12 Equilibrio químico También se define a partir de la velocidad en que ocurre la reacción directa y la reacción inversa: En el equilibrio estas se igualan. kv 1 (constate de velocidad directa) = kv -1 (constante de velocidad inversa) kv 1 [C] c [D] d = kv -1 [A] a [B] b kv 1 [C] c [D] d ---- = = Ke Kv -1 [A] a [B] b No confundir Ke (k grande) con k de constante de velocidad (k chica).

13 Relación entre la constante de equilibrio y la energía libre El valor de la Keq al igual que elδg indica si son mas estables los productos o los reactivos, es decir si están favorecidos energéticamente. Keq > 1 tiende a productos / el ΔG será a su vez negativo Keq < 1 tiende reactivos / el ΔG será positivo Un G <0 significa que para llegar al equilibrio una parte de los reactivos tendrá que convertirse en productos (Keq > 1). Una G >0 significa que para llegar al equilibrio una parte de los productos tendrá que convertirse en reactivos (Keq <1 ). Si Gº < 0 Keq > 1 la condición es espontanea Si Gº = 0 Keq = 1 la condición es de equilibrio Si Gº > 0 Keq < 1 el proceso no es espontaneo

14 Factores que modifican el equilibrio Efecto de la temperatura Es la única variable que, además de influir en el equilibrio, modifica el valor de su constante. Si una vez alcanzado el equilibrio se aumenta la temperatura, el sistema se opone a ese aumento de energía calorífica desplazándose en el sentido que absorba calor (r.endotérmica) es decir hacia reactivos. Al contrario si se enfría. Efecto de la Presión: importa si hay gases (amoniaco) el volumen de un gas aumenta con la temperatura. La Tº aumenta la presión de los gases. Si el sistema es abierto, el gas se perderá mas fácil al calentarlo. Efecto de los catalizadores: solo aceleran la reacción tanto directa como inversa, por lo tanto no modifican la Ke. Efecto de las concentraciones Un aumento en la concentración de uno de los reactivos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya.

15 CINÉTICA QUÍMICA Se refiera a cómo cambia la rapidez de una reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan. Elementos de estudio: Teoría de las colisiones. Choque eficaz Energía de Activación Velocidad de reacción v = k [R] Efecto de las concentraciones Efecto de la temperatura (k se duplica por cada aumento de 10 C en la temperatura) Catalizadores

16 Para que tenga lugar una reacción química debe producirse el choque o colisión de las partículas de los reactivos, sean éstas átomos, moléculas ó iones. Para que el choque sea eficaz, las partículas deben: - Disponer de la energía cinética suficiente. - Colisionar con la debida orientación

17 CINÉTICA QUÍMICA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN (Ea) A medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones se repelen, para superar esto se requiere energía de activación Ea: es la barrera de energía que han de salvar las moléculas para que se produzca la reacción química. Si la energía cinética de la molécula no es como mínimo igual a la Ea no se producirá reacción y las moléculas no se verán químicamente alteradas.

18 Teoría del complejo activado o del estado de transición Cuando las moléculas de los reactivos se aproximan, experimentan una deformación que, en el choque, da lugar a un estado intermedio de alta energía y corta duración: estado de transición o complejo activado.

19 VELOCIDAD DE REACCION K= implica una relación entre Tº y Ea. Factores que afectan la Velocidad (v) de Reacción: 1- El estado físico de los reactivos (gases > liquido > solido) 2- la concentración de los reactivos (< [R] = < colisiones de moléculas) 3- los catalizadores (permiten alcanzar el equilibrio mas rápido) 4- la Temperatura Solo la Temperatura modifica la k (constante de velocidad) En general, un aumento de temperatura de 10ºC se traduce en un aumento de la velocidad cercana al doble de su valor original.

20 Los catalizadores intervienen además en la energía de activación: