CINÉTICA QUÍMICA

CINÉTICA de las reacciones químicas

By Montserrat Jiménez Ruiz

7. Factores que influyen en la velocidad de reacción. Catalizadores

6. Constante de velocidad y energía de activación

5. Teorías sobre reacciones químicas

4. Mecanismo de reacción

3. Molecularidad

2. Cinética química: velocidad de reacción

1. Termodinámica: conceptos fundamentales

Índice

1. Termodinámica: conceptos fundamentales

Parte de la física que estudia los intercambios de calor y trabajo en los procesos físico-químicos.

termodinámica:

Si los intercambios de trabajo y calor ocurren en una reacción química....

Termoquímica

Suma de las energías de todas las partículas que forman un sistema.

Energía interna: U (Julios)

Característica que define al sistema termodinámico

Variable termodinámica

AU = Q + W

CUANDO UN SISTEMA EVOLUCIONA DE UN ESTADO INICIAL A UNO FINAL, LA VARIACIÓN DE SU ENERGÍA INTERNA COINCIDE CON LA SUMA DEK CALOR Y DEL TRABAJO INTERCAMBIADOS CON EL ENTORNO.

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

Se puede calcular a partir de las entalpías de formación estándar de reacttivos y productos:

Variación entalpía en una reacción química;

Calor inttercambiado en un proceso a presión constante.Función de estado: H = U +p· V

Entalpía: H(Julios)

Mide el grado dedesorden de un sistema.

Entropía: S (Julios/kelvin)

Es una función de estado

UN SISTEMA EVOLUCIONA DE FORMA ESPONTÁNEA SI LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO AUMENTA CON ESA TRANSFORMACIÓN.

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

ESPONTANEIDAD SE DETERMINA CON LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS

Espontáneo en el sentido que está escrito

Sistema en equilibrio

Paso 3

No espontáneo en el sentido que está escrito

Paso 2

2. cinética química: velocidad de las reacciones químicas

cinética química: velocidad de las reacciones químicas

A pesar de ser termodinámica favorables,pueden ser rápidas o lentas.

Las reacciones se producen de manera espontánea si (Gf-Gi ) < 0

La velocidad de una racción química e mide a partir de la disminución o aumento de la concentración de cada sustancia que interviene en la reacción química

La cinética química estudia la rapidez con la que tiene lugar el proceso de transformación de los reactivos en productos

Unidades de velocidad:mol·L-1·s-1

Se puede medir la velocidad de reacción con cualquiera de estas sustancias

cinética química: velocidad de las reacciones químicas

La velocidad instantánea de reacción puede expresarse en función de la disminución de las concentraciones de los reactivos A y B, o del aumento de las concentraciones de los productos C y D en un intervalo de tiempo, teniendo en cuenta la relación de moles que aparece en la reacción ajustada

Sin embargo, la velocidad de cada sustancia puede ser diferente al quedar afectada por el coeficiente estequiométrico.

Supongamos la reacción irreversible: aA + bB cC + dD

La constante k es la constante de velocidad, coeficiente de velocidad o factor de velocidad. No tiene unidades determinadas, pues depende de los órdenes de la reacción. En determinados casos, por análisis dimensional podremos determinar ordenes de reacción

Los exponentes α y β indican el orden de la reacción y no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos α es el orden parcial de la sustancia A en la reacción y puede ser entero o fraccionario β es el orden parcial de la sustancia B en la reacción y puede ser entero o fraccionarioα + β es el orden global de la reacción

Ecuación velocidad:

aA + bB cC + dD

ecuación de velocidad

relaciona la velocidad de la reacción con la concentración de los reactivos

Cuando una rección transcurre en varias etapas elementales, la más lenta es la que determmina la velocidad de la reacción global.

A mayor molecularidad mayor improbabilidad de avance de la reacción

molecularidad

es el número de especies químicas que intervienen en ella como reactivos.Se determina experimentalmente

3. teorías acerca de las reacciones químicas

Teoría de las colisiones

Basada en la teoría cinético-molecular

Según la teoría cinético-molecular, en una reacción entre gases se producen del orden de 1030 colisiones por segundo. Si de todas estas colisiones se formara una molécula, las reacciones transcurrirían en una fracción de segundo. La experiencia nos dice que esto no es así, y no es así porque no todos los choques son eficaces.

Condiciones para que un choque sea eficaz

Teoría de las colisiones

1. Las moléculas de los reactivos han de tener la energía cinética adecuada, para que en el choque se produzca la ruptura de los enlaces en las moléculas de los reactivos y la posterior formación de enlaces nuevos en las moléculas de los productos. La energía necesaria para que un choque sea efectivo y rompa los enlaces necesarios para que se produzca la reacción se conoce como energía de activación. 2. Las moléculas de los reactivos deben colisionar con la orientación adecuada para que la reacción se produzca.

Las moléculas de los reactivos se acercan dando lugar a un estado intermedio transitorio, denominado estado de transición, de alta energía y corta duración, donde se forma una especie, hipotética, llamada complejo activado, en la que se están rompiendo y formando enlaces.

Teoría del complejo activado

4. energía de activación.diagramas de entalpía

Mínima energía que se ha de intercambiar en un choque para que este sea eficaz o energía mínima pàra qe se forme el complejo activado.

Energía de activación

A es el factor frecuencia que indica eo valor de choques eficaces. A mayor A, más choques eficaces y mayor velocidadad.Si representamos lnK frente al invero de la temperatura, la pendiente es -Ea/R

Arrhenius dedujo la relación entre la constante de velocidad K , la energía de activación y la temperatura

Ecuación de Arrhenius

constante de velocidad y Energía de activación

5. factores que afectan a la velocida de una reacción

La velocidad de reacción aumenta al aumentar la concentración de los reactivos. En el caso de gases, al elevarse la presión, aumenta la concentración, y la velocidad aumenta también.

Al elevarse, la velocidad de reacción aumenta. A mayor temperatura, mayor energía cinética media de las moléculas que interviene en la reacción, y mayor es la proporción de éstas que pueden superar en los choques la energía mínima de activación. De la ecuación de Arrhenius se deduce que la constante k aumenta con esta magnitud física.

Temperatura

La reacción tiene lugar en la superficie de contacto entre un sólido, líquido o gas. Por ello, la velocidad de reacción crece si aumenta la superficie de contacto. Esto se consigue pulverizando los reactivos (tanto sólidos como líquidos o gases) o realizando (en el caso de los sólidos) la reacción en disolución. La naturaleza de los reactivos determina el tipo de enlaces que se deben romper para se alcance el estado de transición o se produzca la colisión eficaz.

Naturaleza reactivos

Concentración

Catalizadores: especies químicas (átomos, iones, moléculas) que tiene la propiedad de alterar la velocidad de una reacción sin formar parte de los reactivos ni de los productos.

Incrementan la energía de activación, con lo cual disminuye la velocidad de reacción.

Catalizadores negativos

Reducen la energía de activación, con lo cual aumenta la velocidad de reacción.

Catalizadores positivos