Rama de la ciencia que estudia la velocidad de las reacciones químicas.

Transcripción

1 Cinétia Químia

2 Cinétia Químia Rama de la ienia que estudia la veloidad de las reaiones químias. Prinipales Fatores que afetanla veloidad de una reaión: Conentraión de reativos (y produtos) Temperatura Área Superfiial Catalizador

3 Veloidadmedia de reaión La veloidad de una reaiónse mide a través de la veloidad de desapariión de los reativos o de formaión de los produtos. Para una reaión: A fi B Molaridad Tiempo (min)

4 Veloidadmedia de reaión Molarid ad A fi B Tiempo (min) Veloidad media Δ[B] t [ A] t Δ[B] t (0,26 (0 0) M 0) min 0,026 M min

5 Veloidadmedia de reaión 2 HI (g) fi H 2(g) + I 2(g) Δ[IH] t [ H t 2 ] 2 Δ[IH] t [ H t 2 ] [ I 2 t ]

6 Veloidadmedia de reaión aa + bb fi C + dd V a [ A] t b [ B] t [ C] t d [ D] t

7 La veloidad media, en general, no esonstante C 4 H 9 Cl(aq) + H 2 O(l) fi C 4 H 9 OH(aq) + HCl(aq) Tiempo (s) [C 4 H 9 Cl] (M) Veloidad media (M s - )

8 Veloidadinstantáneade reaión La veloidad instantánea es la pendiente de la reta tangentea la urva del gráfio C vs t, a un tiempo dado V instantánea a t 0 A fi B V instantánea a t 600 s v v [ A] t [ B] t Tiempo (s)

9 En general: aa + bb fi C + dd [ ] [ ] [ ] [ ] t D t C t B t A V d d d d d d d b d d a Veloidadinstantáneade reaión

10 EuaiónGeneral de Veloidad aa + bb fi C + dd v k [ A] x [ B] y k: onstante de veloidad (reativos, T, atalizador) x, y: órdenes de reaión para ada reativo (0,, 2, ½, et.) Deben determinarse experimentalmente x + y: orden de reaión total

11 Determinaiónexperimental de órdenes de reaión NH 4+ (aq) + NO 2- (aq) fi N 2 (g) + 2H 2 O(l) Experimento [NH 4+ ] (M) [NO 2- ] (M) V ini. (M s - ) v k V k [NH 4+ ]. [NO 2- ]

12 Veloidadiniialy onentraión 2 NH 3 (g) 2 N 2(g) + 3 H 2 (g) V k [NH 3 ] 0 k 2 N 2 O 5 (g) 4 NO 2(g) + O 2 (g) V k [N 2 O 5 ] 2 NO 2 (g) 2 NO (g) + O 2 (g) V k [NO 2 ] 2 Orden ero Orden uno Orden dos

13 Conentraión en funióndel tiempo: orden ero Orden Cero A fi P v v v d dt d kdt o 0 0 d k kt kt k 0 k t 0 dt m

14 Conentraiónen funióndel tiempo: ordenero Tiempoo vida media: tiempo neesariopara que se reduza la onentraióniniial de reativoa la mitad. v k [A] 0 kt 0 [ A] t 0 medio 0 0 2k kt medio t medio

15 Conentraiónen funióndel tiempo: ordenuno v k [A] v d dt k ln ln 0 k t o d d kdt k t 0 dt ln P CH 3 NC ln ln 0 kt Tiempo (s)

16 Conentraiónen funióndel tiempo: ordenuno ln ln 0 k t ln 0 ln 0 2 kt medio P CH 3 NC (torr) t medio ln 2 k Tiempo (s)

17 Conentraiónen funióndel tiempo: ordendos v d dt d 2 kdt k kt o d 2 k t 0 dt 0 kt Tiempo (s)

18 Reaiones de Segundo Orden 0 + kt Se desvía de la linealidad

19 Conentraiónen funióndel tiempo: ordendos t 2 0 medio kt kt k 0 medio

20 Meanismosde reaión La euaión químia balaneada da informaión global uali-uantitativa de los reativos y produtos que intervienenen la reaión. 2 A + B C El meanismode reaión propone uáles son los pasos a través de los uales ourre la reaión. ) A + B D 2) A + D C 2 A + B C

21 Paso o Etapa Elemental: esualquier proeso que ourre en una sola etapa. Moleularidad: es el número de moléulas que intervienenen una etapa elemental (unimoleular, bimoleular, termoleular, et.). Veloidadde una etapaelemental: dado que ourre en una sola etapa, los oefiientes en la euaión de veloidad son diretamente los oefiientes estequiométrios. Úniamente válido para etapas elementales. A + B D Meanismosde reaión v k [A] [B]

22 La veloidad de una reaión que ourre en varios pasos está determinada por la veloidad de la reaión más lenta. 2NO 2(g) + F 2(g) 2NO 2 F (g) v k[no 2 ][F 2 ] Etapas: Euaiónde veloidady meanismosde reaión ) NO 2 + F 2 NO 2 F + F v k [NO 2 ][F 2 ](lenta) 2) NO 2 + F NO 2 F v 2 k 2 [NO 2 ][F] (rápida) v v k [NO 2 ][F 2 ]

23 Meanismos de reaionon unaprimera etapa rápida 2NO(g) + Br 2 (g) fi 2NOBr(g) v k[no] 2 [Br 2 ] Meanismopropuesto: NO(g) + Br 2 (g) k k - NOBr 2 (g) rápido NOBr 2 (g) + NO(g) k 2 v v 2 k 2 [NOBr 2 ][NO] 2NOBr(g) lento Si la primera etapa rápida alanza el equilibrio: k NOBr 2 [NO][Br2 k k [ ] ] - v k [NO] [Br 2 2 k 2 ]

24 Veloidadde reaióny Temperatura El aumento de la temperatura aelera la mayoría de las reaiones químias. La T afeta el valor de k Temperatura (ºC)

25 k Veloidadde reaióny Temperatura: Euaiónde Arrhenius -Ea Ea Ae RT ln k - + ln A A y E a : onstantes espeífias para ada reaión A: Fator preexponenial E a : Energía de Ativaión RT m ln k E 2 a k R T T 2

26 Euaiónde Arrhenius Mínima Energía que deben tener los reativos para generar produtos. k Ae - Ea RT Tiene en uenta la freuenia de las olisiones entre reativos y un fator que onsidera su orientaión.

27 Energía de ativaión (Complejo ativado) Energía de Ativaión: mínima energía neesaria para que ourra la reaión. Energía Coordenada de reaión Complejo ativado: ompuesto intermedio inestable, de alta energía.

28 Veloidad y Temperatura: teoría de olisionespara reaionesen fase gaseosa Las moléulas de reativos reaionan al hoar entre sí, on la energía y la orientaión apropiadas. a) Colisión efetiva b) Colisión no-efetiva A > onentraión de reativos hay > nº de olisiones y > formaión de produto: > veloidad de reaión. A > T, las moléulas tienen mayor E in, hay más olisiones de alta energía y se aelera la reaión.

29 Veloidad y Temperatura: teoría de las olisiones Fraión de moléulas Moléulas on E sufiiente para reaionar k Ae -Ea RT Energía

30 Catálisis Un atalizador es una sustania que aelera una reaión químia. Interviene en la misma, pero no se onsume en forma neta. Hay dos tipos de atálisis: homogénea y heterogénea.

31 Catálisis Homogénea El atalizador y los reativos y produtos de la reaión están en la misma fase. 2H 2 O 2 (aq) fi 2H 2 O(l) + O 2 (g) 2Br - (aq) + H 2 O 2 (aq) + 2H + (aq) fi Br 2 (aq) + 2H 2 O(l) Br 2 (aq) + H 2 O 2 (aq) fi 2Br - (aq) + 2H + (aq) + O 2 (g).

32 Catálisis Heterogénea El atalizador se enuentra en una fase diferente a la de los reativos y produtos. Ejemplo: onvertidor atalítiopara los gases de esape de autos (sólido: gas). La mayoría de los atalizadores industriales son heterogéneos.

33 Un atalizadordisminuyela energíade ativaión 2H 2 O 2(aq) fi 2H 2 O (l) + O 2(g) Con atalizador Sin atalizador Energía k Ae -Ea RT Coordenada de reaión E a k

34 Catalizadoresbiológios: Enzimas Sustrato Produtos Enzima Complejo Enzima-sustrato Enzima