Área de Ciencias
Química
Profesor: Leonardo Loyola A.
CINETICA QUÍMICA 2

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Medición de la velocida...
Analiza los siguientes ejemplos y realiza la actividad planteada

Actividad 1
Escribe las expresiones de la velocidad para...
Si la reacción se realiza en varias etapas, la semireacción más lenta es la que limita la velocidad de
reacción. En este c...
Cuando observamos una reacción química, solo percibimos el cambio químico neto que tiene lugar, es
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  1. 1. Área de Ciencias Química Profesor: Leonardo Loyola A. CINETICA QUÍMICA 2 Nombre: Curso: Fecha: Medición de la velocidad reacción Durante una reacción química la concentración de reactantes disminuye mientras que la concentración de productos aumenta, esta conversión se desarrolla a una cierta velocidad que es diferente en cada proceso y durante las etapas del mismo. La velocidad con que ocurre una reacción, se conoce como velocidad de reacción, y corresponde a la concentración de reactante consumido, o de producto formado, en un determinado tiempo. Para una reacción cualquiera del tipo A B, la velocidad de reacción (v) se determina en relación a la variación (disminución) de la concentración del reactante A (∆A) o la variación (aumento) de la concentración del producto B (DB), en un intervalo de tiempo determinado (∆t), según las siguientes expresiones: v = -∆[A]/ ∆t v = ∆[B]/ ∆ t Experimentalmente se ha comprobado que la velocidad de una reacción es directamente proporcional a la concentración de los reactantes. Para la reacción A B, la velocidad se expresa como v α [A]. La proporcionalidad se representa como una igualdad, incorporando una constante, llamada constante de velocidad (k), así la expresión de velocidad queda: v = k [A] Para reacciones más complejas 2A B, donde dos moles de A desaparecen por cada mol de B que se forma, la velocidad de desaparición de A es dos veces mayor que la velocidad de formación de B, DESARROLLO DE CONTENIDOS v = - 1/2∆[A]/ ∆t Ejemplos: v = ∆[B]/ ∆ t El signo negativo indica que la sustancia desaparece o se consume en el tiempo. El número 2 representa el número de mol de A según la
  2. 2. Analiza los siguientes ejemplos y realiza la actividad planteada Actividad 1 Escribe las expresiones de la velocidad para las siguientes reacciones, en función de la transformación de reactantes y en productos. a. 302(g) 203(g) b. 4NH3(g) + 5O2(g) c. CH4(g) + 2O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) CO2(g) + 2H2O(g) Ley de velocidad La velocidad de reacción dependerá de la concentración, el grado de división de los reactantes, la temperatura y de la presencia de catalizadores. Para una reacción hipotética: aA + bB cC + dD La velocidad disminuye a medida que avanza el tiempo, ya que la concentración de reactantes va desapareciendo. Por lo tanto, la velocidad de reacción es proporcional a las concentraciones de los reactantes A y B: v= k [A]α [B]β “La velocidad de una reacción es directamente proporcional al producto de las concentraciones molares de los reactantes, elevadas a potencias que son iguales a los respectivos coeficientes de la ecuación química”. Este enunciado es válido en reacciones elementales, es decir, aquellas que se realizan en una sola etapa.
  3. 3. Si la reacción se realiza en varias etapas, la semireacción más lenta es la que limita la velocidad de reacción. En este caso, las potencias no son iguales a los coeficientes de la ecuación, por lo tanto deben determinarse experimentalmente. Para una reacción general: aA + bB cC + dD Tenemos v = k [ A ]α· [ B ]β Ejemplos: 1) 2 H2 + O2 2) N2 + 3 H2 3) H2 + I2 2 H2O v = k · [ H2]2 · [O2] 2 NH3 v = k · [ N2] · [H2]3 2 HI v = k · [ H2]· [I2] EL ORDEN DE UNA REACCION QUIMICA Para entender y controlar la velocidad de una determinada reacción química es importante conocer el camino o mecanismo de dicha reacción, recordando que éste sólo se puede determinar experimentalmente. El Mecanismo de una reacción es una secuencia de reacciones elementales o parciales (etapas) que se llevan a cabo en una reacción. La velocidad de una reacción múltiple (muchos intermediarios) siempre estará determinada por aquella “semietapa” más lenta. • • • • • En cinética química se utiliza el término “orden de reacción” para indicar los exponentes en la ley de velocidad. Es de orden cero en relación a un reactante, si la velocidad es independiente a la concentración de dicho reactante (exponente cero). Es de primer orden en relación a un reactante, si al duplicar la concentración del reactante, también se duplica la velocidad, es decir, la alteración que experimenta el reactante es de la misma magnitud que experimenta la velocidad (exponente 1). Es de segundo orden en relación a un reactante, si la modificación que experimenta la velocidad de reacción es el cuadrado de la modificación que experimenta la concentración del reactante (exponente 2). Se suele decir que el orden de la reacción, en general, es la suma de los exponentes de sus reactantes. EN RESUMEN: • • • Las leyes de la velocidad siempre se determinan en forma experimental. Con las concentraciones de reactivo y la velocidad inicial es posible determinar el orden de una reacción y consecuentemente la constante de velocidad para ésta. El orden para una reacción se define en todos los casos respecto a las concentraciones de los reactivos, no de los productos. El orden de un reactivo no se relaciona con el coeficiente estequiométrico de éste en la reacción global (salvo que sea una reacción elemental). Mecanismos de reacción
  4. 4. Cuando observamos una reacción química, solo percibimos el cambio químico neto que tiene lugar, es decir, los reactantes que desaparecen y los productos que se forman, pero no reconocemos las etapas intermedias que permiten esta transformación. Esta secuencia de etapas elementales que permiten la formación de los productos es lo que se denomina mecanismo de reacción. El mecanismo de reacción es comparable a la ruta o el camino seguido durante un viaje, la ecuación global (que es la que frecuentemente se presenta) sería la indicación del origen y el destino. Para describir el número de moléculas que reaccionan en una etapa determinada, se utiliza el término molecularidad. Así, dependiendo del número de moléculas involucradas podemos encontrar reacciones elementales de tipo: • Unimoleculares: implican la descomposición de una sola molécula para la generación de los productos. • Bimoleculares: antes de reaccionar existe un choque efectivo entre dos moléculas y posteriormente aparecen los productos. • Trimoleculares: este tipo de mecanismo es poco probable ya que se requiere el choque simultáneo y efectivo de tres partículas, previamente a la formación de los productos. Cuando un mecanismo implica más de una etapa, el producto de la primera etapa, corresponde al reactivo de la segunda etapa. Este tipo de sustancia se denomina intermediario. Molecularidad Paso elemental Expresión Unimolecular A productos A+A A+ productos Velocidad k [A] Bimolecular Bimolecular productos Velocidad k [A]2 B Velocidad k [A] [B] Aplicaciones de los mecanismos de reacción Existen dos tipos de mecanismo de reacción, dependiendo del número de etapas que posea el proceso en estudio. • Mecanismos elementales: son aquellos que tienen solo una etapa. • Mecanismos complejos: son aquellos que tienen más de una etapa y se caracterizan por la formación de intermediarios. La velocidad de una reacción que presenta un mecanismo de al menos dos etapas elementales, va a depender de la etapa más lenta entre ellas, que suele ser la primera, la cual se conoce como etapa determinante de la velocidad. Para poder comprender este proceso analizaremos la formación de ácido yodhídrico a partir de hidrógeno y yodo molecular: H2(g) + I2(g) 2HI(g) Se sabe experimentalmente que la ecuación de velocidad para esta reacción que se desarrolla en dos etapas es: v = [H2] [I2] I2 2I- primera etapa (lenta) H2 + 2I2HI segunda etapa (rápida) H2 + I2 2HI ecuación global La primera etapa requiere que se rompan los enlaces entre los dos átomos de yodo que conforman al yodo molecular, y en la segunda etapa se debe producir el choque de tres moléculas una de hidrógeno molecular y dos de yodo atómico. La suma de las dos etapas resulta en la ecuación global en la cual no aparece la
  5. 5. sustancia intermediaria, que en este caso corresponde al átomo de yodo. Cada una de las etapas ocurre a una determinada velocidad, tiene su propio complejo activado y su correspondiente energía de activación. La primera etapa (la rápida) ocurre a tal velocidad que no afecta la cinética de la reacción, quedando ésta determinada por la segunda etapa (lenta). Ejercicios: 1.- Escribe las expresiones de la velocidad para las siguientes reacciones, en función de la transformación de reactantes y en productos. a. 302(g) 203(g) b. 4NH3(g) + 5O2(g) c. CH4(g) + 2O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) CO2(g) + 2H2O(g) 2.- A una temperatura de 30 ºC la constante de velocidad k de la reacción química A¦B es igual 5 s-1. Esta reacción es de segundo orden respecto de A y de primer orden respecto de B. Si la concentración de A es 0,1 M y la de B 0,3 M. a.¿Cuál es la velocidad y el orden total de la reacción? 3.- Una reacción de un reactivo A con un reactivo B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de A y de B: [A] (M) 0,1 0,2 0,5 0,5 [B] (M) 0,1 0,1 0,1 0,5 Velocidad inicial (mol/l.s) 4 x10-4 1,6x10-3 1x10-2 1x10-2 Hallar a) Orden de reacción b) Su ecuación de velocidad si su c) La velocidad cuando [A]= [B]=0,3 4.- Una reacción de un reactivo A con un reactivo B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de A y de B: [A] (M) 0,2 0,4 1 1 [B] (M) 0,2 0,2 0,2 1 Velocidad inicial (mol/l.s) 8 x10-4 3,2x10-3 2x102 2x102 Hallar a) Orden de reacción b) Su ecuación de velocidad c) La velocidad cuando [A]= [B]=0,5 5) Una reacción de un reactivo A con un reactivo B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de A y de B: [A] (M) [B] (M) Velocidad inicial (mol/l.s)
  6. 6. 0,02 0,02 0,04 0,04 0,01 0,02 0,02 0,04 4,4x10-4 17,6x10-4 35,2x10-4 140,8x10-4 Hallar su ecuación velocidad si su 6) Una reacción de un reactivo A con un reactivo B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de A y de B: [A] (M) 0,25 0,50 0,25 0,50 [B] (M) 0,25 0,25 0,50 0,50 Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas: a) La reacción es de primer orden respecto a A b) La reacción es de primer orden respecto a B c) El orden total de la reacción es 3 d) El valor de la constante de velocidad es 0,96. Velocidad inicial (mol/l.s) 0,015 0,030 0,060 0,120
  7. 7. 0,02 0,02 0,04 0,04 0,01 0,02 0,02 0,04 4,4x10-4 17,6x10-4 35,2x10-4 140,8x10-4 Hallar su ecuación velocidad si su 6) Una reacción de un reactivo A con un reactivo B muestra los siguientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de A y de B: [A] (M) 0,25 0,50 0,25 0,50 [B] (M) 0,25 0,25 0,50 0,50 Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas: a) La reacción es de primer orden respecto a A b) La reacción es de primer orden respecto a B c) El orden total de la reacción es 3 d) El valor de la constante de velocidad es 0,96. Velocidad inicial (mol/l.s) 0,015 0,030 0,060 0,120

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