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INTRODUCCIÓN A LA CINÉTICA QUÍMICA
1.1 Velocidad de reacción
Definición
Magnitud que indica la rapidez con que se produce una reacción
Está relacionada con la medida del cambio de la concentración de las especies (reactivos o productos) por unidad de tiempo
Tipos
Si tenemos la reacción A+B→C
Velocidad media
∆[A], ∆[B] y ∆[C]son los cambios en la concentración (molaridad) en determinado periodo ∆t
Fórmula
v=-∆[A]/∆t=-∆[B]/∆t=+∆[C]/∆t
Velocidad Instantánea
Fórmula
v=-d[A]/dt=-d[B]/dt=+d[C]/dt=k[A]^m [B]^n
Es la derivada de la concentración de un reactivo o producto con respecto al tiempo tomada siempre como valor positivo.
Ley de la Velocidad
Definición
Es una ecuación que expresa la velocidad en función de las concentraciones de las sustancias que toman parte en la reacción
Fórmula
Para la reacción general: a A + b B→ c C + d D
V=k[A]^m [B]^n
Donde: k es la constante de velocidad, [A] y [B] son las concentraciones de los reactantes y m, n son los órdenes de reacción
Factores que afectan
Naturaleza de los reactivos
Se ha observado que según los reactivos que intervengan, las reacciones tienen distinta velocidad, pero no se ha podido establecer aún unas reglas generales
Concentración de los reactivos
La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los reactivos
Temperatura
La velocidad de una reacción química aumenta conforme se eleva la temperatura.
Presencia de catalizadores
Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto varían la velocidad de reacción
1.3 Orden de reacción
Definición
El orden en que las partículas de los diferentes reactivos colisionan para producir un producto
Orden global
Es la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la velocidad de la reacción
Orden parcial
Exponente al que se halla elevada la concentración de
ese componente en particular (m para A y n para B) en
la ecuación de velocidad.
Características
Se define en términos de las concentraciones de los reactivos
En general no coinciden con los coeficientes estequiométricos
Son valores experimentales
Fórmula
V=k[A]^m [B]^n
k es la constante de velocidad
[A] y [B] son las concentraciones de los reactantes m,n son los órdenes de reacción respecto a cada reactivo (A, B, respectivamente).
1.2 Ley de acción de masas
Establece que para una reacción química reversible, en equilibrio a una temperatura constante, debe existir una relación constante entre concentraciones de reactivos y productos.
Constante de equilibrio Kc
El producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevadas a sus coeficientes estequiométricos
Fórmula
Kc=([C]^c [D]^d)/([A]^a [B]^b )
Donde [A],[B],[C], y [D], son las concentraciones molares del A,B,C y D en el equilibrio
Comportamiento
Kc>1: la mayoría de los reactivos, se han convertido en productos
Kc⟶∞: en el equilibrio prácticamente solo existen los productos
Kc<1:La mayoría de los reactivos quedan sin reaccionar, formando solo pequeñas cantidades de productos
1. Introducción a la cinética química
Definición
La cinética química es el estudio de las velocidades de las reacciones químicas y de los mecanismos mediante los que tienen lugar.
Objetivo
Obtención de una ecuación de velocidad satisfactoria que permita interpretar y predecir la velocidad a la cual tiene lugar una transformación química en condiciones dadas
Características
Es un estudio puramente empírico y experimental
Área de la fisicoquímica que se encarga del estudio de la rapidez de reacción
Estudia cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables.
Estudia qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general
Clasificación de Reacciones
Reacción Homogénea
ocurre en una fase
Reacción Heterogénea
ocurre en una más de una fase
1.6 Constante de Arrhenius
y Principio de Le Chatelier
Constante de Arrhenius
La dependencia de la constante de rapidez de una reacción con respecto de la temperatura se expresa mediante la siguiente ecuación
k=Ae^(- Ea/RT)
A y Ea son conocidos como los parámetros de Arrhenius de la reacción
Esta ecuación se expresa de una forma más útil aplicando el logaritmo natural en ambos lado
Ln k=Ln A- Ea/RT
Principio de Le Chatelier
Si en un sistema en equilibrio se modifica alguno de los factores que influyen en el mismo (temperatura, presión, volumen o concentración), el sistema evoluciona de forma que se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dicha variación, llegando a un nuevo estado de equilibrio
Comportamiento del sistema según la variación de factores
Decremento en la cantidad de alguno de los reactivos
El equilibrio se desplaza hacia la izquierda
Decremento en la cantidad de alguno de los productos
El equilibrio se desplaza hacia la derecha
Incremento en la cantidad de alguno de los productos
El equilibrio se desplaza hacia la izquierda
Incremento de la presión del sistema
El equilibrio se desplaza hacia donde la suma de los coeficientes estequiométricos sea menor
Incremento en la cantidad de alguno de los reactivos
El equilibrio se desplaza hacia la derecha
Decremento de la presión del sistema
El equilibrio se desplaza hacia donde la suma de los coeficientes estequiométricos sea mayor
Incremento de la temperatura de una reacción exotérmica
El equilibrio se desplaza hacia la izquierda
Incremento de la temperatura de una reacción endotérmica
El equilibrio se desplaza hacia la derecha
Decremento de la temperatura de una reacción exotérmica
El equilibrio se desplaza hacia la derecha
Decremento de la temperatura de una reacción endotérmica
El equilibrio se desplaza hacia la izquierda
1.4 Avance de reacción
Grado de avance de la reacción
Dada una reacción química cualquiera es posible definir un único parámetro ξ, valido para todas las substancias involucradas en la reacción, y que sirva para expresar cómo va evolucionando la reacción química a lo largo del tiempo.
Tiene unidad de cantidad de sustancia, mol.
Es la cantidad de sustancia que está siendo producida en una reacción de equilibrio
Fórmula
El avance de una reacción es nulo en el inicio de una reacción. Por ello, la variación de ξ es el avance en sí es:
ξ=∆ni/vi =(nequilibrio-ninicial)/vi
1.5 Calor de reacción
Definición
Energía que se libera o absorbe cuando las sustancias químicas se transforman en una reacción química
Cambio de energía que se presenta del rompimiento o formación de enlaces químicos
Tipo de reacciones
Exotérmica
Libera calor
La energía de las moléculas de los productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER).
Endotérmica
Absorbe Calor
La energía de las moléculas de los productos (EP) es mayor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER).
Nombres alternos
calor de formación
calor de combustión
calor de neutralización
Expresión
Suele expresarse como entalpía molar en kJ/mol o como entalpía específica en kJ/kg o kJ/l
Fórmula
∆Hr=∑〖np∙∆Hf,p〗-∑〖nR∙∆Hf,R〗
np= coeficiente estequiométrico de los productos es la reacción ajustada, nR= coeficiente estequiométrico de los reactivos en la reacción ajustada, ∆Hf,p= entalpías de formación de los productos, ∆Hf,R= entalpías de formación de los reactivos.
Calor
Transferencia de energía entre dos sistemas a diferentes temperaturas
Capacidad calorífica
Es la cantidad de calor que se requiere para elevar a 1ºC la temperatura de 1 mol de sustancia.
C=Q/T=c∙m
C= Capacidad calorífica del cuerpo o sistema Q=Calor absorbido por el sistema T=Variación de temperatura c=Calor específico (Capacidad calorífica específica) m=Masa de sustancia considerada
Calor específico (Ce)
Es la cantidad de calor necesaria para aumentar en 1ºC la temperatura de 1 gr de sustancia
1.7 Velocidad de reacción
en sistemas biológicos
La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo
Las velocidades de reacción son fundamentales en el funcionamiento de los organismos vivos.
Los catalizadores biológicos (enzimas) controlan el funcionamiento de un organismo acelerando selectivamente ciertas reacciones
Las enzimas no cambian la constante de equilibrio de una reacción
La temperatura puede tener un efecto importante sobre la actividad de las enzimas y las velocidades de reacción
Los catalizadores aceleran la velocidad de las reacciones rebajando la barrera de la energía de activación entre los reactivos y los productos.
FISICOQUÍMICA II
MELINA MONTALVO ESQUIVEL
No. Control: 19690286
