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UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA CICLO BÁSICO DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CÁTEDRA QUIMICA II MARACAIBO, FEBRERO DE 2015 Profesora: Ing. Neida Núñez CINETICA
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UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CICLO BÁSICO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CÁTEDRA QUIMICA II
MARACAIBO, FEBRERO DE 2015
Profesora: Ing. Neida Núñez
CINETICA
CINÉTICA
Es una parte de la química que se
encarga de estudiar la velocidad o
rapidez con la que ocurren las
reacciones químicas, el mecanismo de
cómo se consumen los reactantes y los
factores que alteran la velocidad de una
reacción química.
CINÉTICA
Las reacciones
ocurren a
diferentes
velocidades
Algunas reacciones
termodinámicamente
espontáneas no
parecen ocurrir en
absoluto, mientras que
otras reacciones
alcanzan el equilibrio
con mucha rapidez.
Reacciones
Lentas Reacciones
Rápidas
Se define como el cambio en la
concentración de uno de los reactivos o
productos dividido por el intervalo de tiempo
en el cual tiene lugar el cambio, se expresa
en mol/L..s
∆[R] = [R]t=2 - [R]t=1
∆t = t2 - t1
La velocidad de reacción es
la velocidad a la que se
forman los productos o se
consumen los reactantes.
Varía muchísimo
de una reacción a
otra.
Puede alterarse
modificando
ciertos factores.
El signo menos
en la ecuación
asegura que la
velocidad sea
positiva.
El conocimiento de los
factores que alteran la
velocidad de reacción
es de extraordinaria
importancia práctica,
pues puede
enseñarnos como
acelerar las reacciones
deseables y cómo
retardar las
indeseables.
VELOCIDAD DE
REACCIÓN
Velocidad promedio de desaparición de R = -
Velocidad promedio de formación P = t
P
t
R
VELOCIDAD DE
REACCIÓN
Velocidad
instantánea.
Velocidad
inicial.
La velocidad de reacción no es
constante. Al principio de una reacción,
cuando la concentración de reactivos
es mayor, la velocidad es mayor, a
medida que la reacción avanza, al ir
disminuyendo la concentración de los
reactivos también disminuye la
velocidad de la reacción.
Es la pendiente de
una tangente
dibujada en el gráfico
de concentración en
función del tiempo.
Es la velocidad de
reacción instantánea
al comenzar la
reacción, es decir, en
el tiempo igual cero
(t = 0).
VELOCIDAD DE
REACCIÓN
Las diferentes
maneras de
informar la
velocidad de
una reacción,
está relacionada
con la
estequiometria.
Al dar la velocidad
de una reacción hay
que tener el cuidado
de especificar la
especie a la que se
refiere la velocidad
aA + bB → cC + dD Velocidad única promedio Velocidad única promedio
t
D
dt
C
ctbt
A
a
11B11
DdeVelocidadd
CdeVelocidadc
BdeVelocidadb
AdeVelocidada
1111
Es la velocidad
promedio
dividida por el
coeficiente
estequiométrico
de la especie
monitorizada
LEY DE VELOCIDAD
m y n = orden de reacción
k = constante de velocidad
aA + bB → cC + dD
Velocidad de reacción = k[A]m [B]n
Las unidades de
k dependen del
orden global de
la reacción.
Orden de
reacción
Es la potencia a la
cual la concentración
de los reactivos se
eleva en la ley de
velocidad; el orden
global de la reacción,
es la suma de los
ordenes individuales
La ley de velocidad
resume la dependencia
entre la velocidad y la
concentración. Es una
característica de la
reacción que se
determina
experimentalmente.
A = factor de frecuencia
Ea = Energía de activación
R = Constante de los gases
T = Temperatura absoluta
k = Ae- Ea/RT
ln k = - + lnA RT
Ea
Los órdenes de reacción no
tienen relación con los
coeficientes estequiométricos.
MÉTODO DE LAS
VELOCIDADES INICIALES
Se hacen una serie de
experimentos donde la
concentración inicial del
reactivo se varía y se
observa como varía la
velocidad inicial de la
reacción.
Si la reacción es de orden cero respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción no cambia.
Si la reacción es de primer orden respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción se duplica.
Si la reacción es de segundo orden respecto a ese reactivo la velocidad inicial de reacción se
multiplica por cuatro.
Si el orden de reacción respecto a ese reactivo es tres la velocidad de inicial de reacción se
multiplica por ocho.
Teniendo los datos
experimentales de
concentración y
velocidad, se relacionan
de tal manera que
permitan determinar el
orden de reacción para
uno de los reactivos.
Al tener los órdenes de
reacción, se puede
determinar la constante
de velocidad k, con los
datos experimentales de
concentración y
velocidad inicial para
cualquiera de los
experimentos.
Al duplicarse la concentración
inicial de ese reactivo,
TEORÍAS QUE EXPLICAN LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Teoría de las colisiones.
Para que se produzca una
reacción química, los
átomos, iones o
moléculas involucrados
deben experimentar
choques o colisiones.
Disponer de la energía cinética suficiente para que
tengan lugar el reordenamiento de los enlaces y la
formación de una nueva sustancia.
Colisionar con la debida orientación.
Para que el choque de
dos partículas garantice
la reacción entre ellas,
las partículas deben
cumplir las dos
condiciones siguientes:
Energía insuficiente
TEORÍAS QUE EXPLICAN LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Teoría del estado de transición
Los reactivos pasan
por un estado
intermedio transitorio
de alta energía y corta
duración: estado de
transición, en donde
existe el complejo
activado.
El complejo activado tiene una estructura que se halla
entre la de los reactivos y la de los productos. Los
enlaces antiguos están debilitados y se están
formando los nuevos. La energía de activación, Ea, es
la energía necesaria para llegar al complejo activado
desde los reactivos.
FACTORES QUE AFECTAN LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una
determinada reacción tendrá una Energía de Activación. Naturaleza de los
Reactivos
Mientras mas pequeñas sean las partículas de los reactivos, mas se facilita
el contacto entre ellas y por tanto, las colisiones efectivas. Grado de división
de los Reactivos
Al haber más partículas en el mismo espacio,
aumentará el número de colisiones. Concentración de
los Reactivos
Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se
mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones Temperatura de
Reacción
Los catalizadores modifican el mecanismo de reacción, empleando pasos
elementales con mayor o menor energía de activación. Catalizador si lo
hubiera
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Ecuación Diferencial
mAkVelocidad
dt
AdVelocidad ;
mAk
dt
Ad
Ecuación Integrada m
t [A]
[A]0 kdt
[A] d
0 [A]
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacciones de orden cero
PA
[A] = [A]0 - kt
kdt
Ad
Ecuación Diferencial
t
[A] 0
kdt d 0
[A]
Ecuación Integrada
[A]
-k
t
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacciones de primer orden
PA
Ecuación Diferencial
Akdt
Ad
Ecuación Integrada
t [A]
[A]0 kdt
[A] d 0 [A]
ln[A] = - kt + ln[A]0
ln[A]
-k
t
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacciones de segundo orden
PA
Ecuación Diferencial
dt
Ad k [A]2
Ecuación Integrada
t [A]
[A]0 kdt
[A]
[A] d 0
2
0
11
Akt
A
A
1
k
t
CONCENTRACIÓN Y TIEMPO
Reacción de orden cero
k
At
2
02/1
Reacción de primer orden
kt
693.02/1
Reacción de segundo orden
0
2/1
1
Akt
Tiempo de vida media (t1/2)
Tiempo necesario para que
[A]o se reduzca a la mitad
VARIACIÓN DE LA CONSTANTE DE
VELOCIDAD CON LA TEMPERATURA
k = Ae- Ea/RT
ln k = - + lnA RT
Ea
Se utiliza para
predecir como
cambia la velocidad
de reacción a
distintas
temperaturas
Ecuación de
Arrhenius
ln k
1/T
m = -Ea/R
122
1 11ln
TTR
Ea
k
k
Mecanismo de reacción
Secuencia particular de etapas elementales que describen los cambios que se considera que tienen lugar a medida que los reactivos se transforman en productos
Permite determinar la
ley de velocidad
Los mecanismos en varias etapas presentan intermediarios
En un proceso elemental, el orden respecto a cada reactivo
es igual a su coeficiente estequiometrico en dicha reacción
Una de la etapas es la mas lenta de todas las que conforman el mecanismo.
Etapa determinante de la velocidad de la reacción global
