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Cinéticaquímica
CINÉTICA
QUÍMICA
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Cinéticaquímica Cinética
• La cinética estudia la velocidad a la que suceden los procesos químicos.
• Además de la información acerca de la velocidad a la que suceden las reacciones, la cinética también puede dar idea del mecanismo de reacción (cómo sucede exactamente la reacción).
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Cinéticaquímica
• Se debe introducir el factor tiempo y medir la velocidad con que transcurren las reacciones químicas.
• Entenderemos por velocidad: “La velocidad: “La cantidad de sustancia que se cantidad de sustancia que se transforma por unidad de tiempo”.transforma por unidad de tiempo”.
• Dos aspectos importan industrialmente: Acelerar o retardar reacciones. Reacciones que constituyen equilibrio químico.
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Cinéticaquímica Modelo de colisiones
Las moléculas deben colisionar con la orientación correcta y con la energía suficiente para ocasionar la ruptura y formación de enlaces.
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Cinéticaquímica ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
• Es la Emin para que los choques sean efectivos, se rompan y formen enlaces.
• Es la responsable de que las moléculas reaccionantes rompan sus enlaces y se reordenen para formar los productos.
• Se forma un estado de transición de alto contenido energético, pero menos estable que reactantes y productos, llamado complejo activado.complejo activado.
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DisolucionesCinéticaquímica
Diagramas coordinadosde la reacción
• El diagrama muestra la energía de los reactivos y productos (y, por lo tanto, E).
• El punto alto en el diagrama es el estado de transición.
• A la especie presente en el estado de transición se le llama complejo activado.
• El espacio de energía entre los reactivos y el complejo activado es la barrera de la energía de activación.
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Disoluciones• La energía de activación corresponde a la diferencia de la Ereactivos y la Ecomplejo act. en una reacción directa.
• El cambio de energía de la reacción ∆E, corresponde a la diferencia de energía entre reactantes y productos.
• Si definimos como ENTALPIA (H) a la función de estado que nos permite medir los cambios de E en forma de calor(Q) en una reacción química, a presión constante, tendremos que ∆E = ∆H. Es decir ∆H corresponde al Q absorbido o cedido en una reacción, a P=cte.
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DisolucionesReacción Endotérmica:
Reacción Exotérmica:
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DisolucionesCinéticaquímica
Distribuciones deMaxwell–Boltzmann
Esta fracción(f) de moléculas puede determinarse a través de la expresión:
donde R = 8.314 J/mol°K y es la cte. de los gases.T es la temperatura en grados Kelvin.
f = e-Ea
RT
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Cinéticaquímica La ecuación de Arrhenius
Svante Arrhenius desarrolló una relación matemática entre k (constante de velocidad) y Ea:
k = A e
donde A es el factor de frecuencia; un número que representa la probabilidad de que las colisiones sucedan con la orientación apropiada para la reacción.
-Ea
RT
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Cinéticaquímica
FACTORES QUE AFECTAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN.
Son condiciones que favorecen el desarrollo de una reacción química, aumentando o disminuyendo su velocidad de reacción, son:
• Temperatura• Concentración• Estado físico de los reactantes• Catalizadores• Presión• Volumen
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Cinéticaquímica
• Para la reacción simple:
A B
La velocidad de la reacción se puede medir en términos de la variación de los reactantes o de los productos en un intervalo de tiempo, es decir:
v = -Δ[A] → disminución del reactante A
Δt
v = Δ[B] → formación del producto B
Δt
Velocidades de reacción
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Cinéticaquímica
La velocidad de una reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactantes ( [A] ), luego:
v α [A]v = k [A]
Expresión de la velocidad reacción para A → B donde k es la constante de proporcionalidad y
recibe el nombre de “constante de velocidad”. La unidad de veloc. es (moles/lt)/seg. → M/seg.
Velocidades de reacción
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Cinéticaquímica Constante de velocidad.
• La constante de velocidad o constante especifica de velocidad (k), es función de la naturaleza de los reactivos, la presión y fuertemente de la T°.
• Su valor es característico de cada reacción, no depende de la concentración de los reactivos y se determina experimentalmente.
• Sus unidades dependen del orden de la reacción.
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Cinéticaquímica Ley de velocidad
• Para una reacción del tipo:
aA + bB cC + dD
La expresión de la velocidad de reacción o Ley de velocidad, queda dada por:
v = k [A]α[B]β
α → orden parcial de la reacción c/r react. A
β → orden parcial de la reacción c/r react. B
α+β → orden total de la reacción
Los valores de α,β se det. experimentalmente y no coinciden con los coef. esteq. de la reacc.
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DisolucionesCinéticaquímica
Velocidades de reacción y estequiometría
• Para la reacción:
• Las velocidades de reacción (v) se relacionan con los coeficientes estequiometricos, así:
• Solo en reacciones elementales los ordenes de reacción coinciden con los coef. esteq.
aA + bB cC + dD
v = −1a
[A]t = −
1b
[B]t =
1c
[C]t
1d
[D]t=
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Cinéticaquímica Reacción de orden cero
• Su grafica de vreacc. vs [React.], es una recta paralela al eje de las “x”.
• Luego, la veloc. es cte → v = k → v = -Δ[A]/Δt = k[A]0 = k Ej: disociación del agua: 2H2O → 2H2 + O2
Si una
Si una reacción es de orden cero (0),con respecto a un reactivo, los cambios de su concent. no afectan su velocidad.
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Cinéticaquímica
Reacción de orden uno
Existe una relación directamente proporcional entre la veloc. y la concent. de los reactivos.
Expresión ley de velocidad → v = k[A] = -Δ[A]/Δt Relación lineal del tipo → y = mx + n , donde la pendiente de la recta corresponde a la constante de velocidad y n = v0 (generalmente 0)
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Cinéticaquímica Reacción de orden dos
La veloc. crece exponencialmente con la concent.→ curva exponencial, al duplicar la concent. la veloc. aumenta en un factor al cuadrado.
Ley de veloc.→ v = k[A]2 = -Δ[A]/t
Para la reacción: A+B → Productos: v = k[A][B]
Ej: Descomposición NO2 → NO + O2 ,a 300°C
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Cinéticaquímica Mecanismos de reacción
• Las reacciones pueden suceder a través de una o de varias etapas.
• A cada uno de estos procesos se le llama reacción elemental o proceso elemental.
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Cinéticaquímica Mecanismo de reacción
• Normalmente las etapas de una reacción química no ocurren a la misma velocidad.
• La velocidad de reacción y Ea que nos interesa es la etapa mas lenta, ya que es la determinante de la cinética.
• La velocidad de una reacción esta determinada por la etapa mas lenta del mecanismo, llamada etapa determinante de la velocidad.
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Cinéticaquímica Molecularidad
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