Este documento trata sobre cinética química y factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas. Explica que la velocidad de una reacción depende de la concentración de los reactivos y la temperatura. También introduce conceptos como la energía de activación, mecanismos de reacción, órdenes de reacción, catalizadores y su efecto en disminuir la energía de activación. Finalmente, presenta algunos problemas de aplicación sobre órdenes de reacción y relación entre velocidades de des

1. Prof. Quím. Jenny M. Fernández Vivanco CICLO 2011-I Módulo: Unidad: IV Semana: 7 FISICO QUIMICA DE PROCESOS AMBIENTALES

2. Cinética Química Quim. Jenny M. Fernández Vivanco

5. Rapidez de una reacción (r) Indica la rapidez con la que se forman los productos o aquella con la que se consumen los reactantes. Indica como cambia la concentración de los reactantes o de los productos en la unidad de tiempo.

9. Un ejemplo - Δ [N 2 O 5 ] Δ t Δ [NO 2 ] Δ t = 1 2 Δ [O 2 ] Δ t = 1 1/2 rapidez =

10. ¿Por qué ocurren las reacciones? Las reacciones químicas se producen por los choques eficaces entre las moléculas de reactivos Veamos la reacción de formación del HI a partir de I 2 e H 2 Además del choque en la dirección adecuada las moléculas tienen que tener una energía suficiente; esta energía mínima se denomina energía de activación . Teoría de las colisiones I I H H Choque eficaz No eficaz I I I I H H H H I I H H I I H H I 2 + H 2 HI + HI I 2 H 2

11. CH 3 Br + Cl -  CH 3 Cl + Br - Esta reacción se sustitución simple ocurrirá sólo si el Cl - ataca al sustrato por detrás del enlace C-Br, es decir se presenta en la posición adecuada.

14. Perfil de una reacción R  P + calor R + calor  P

15. Reacciones exotérmicas endotérmicas Fe 2 O 3 + 2 Al  2Fe + Al 2 O 3 + energía 2NH 4 SCN + Ba(OH) 2 + calor  NH 3 + 2H 2 O + Ba(SCN) 2

16. Diagrama de energía En el diagrama se aprecian: E a = energía de activación  H = entalpía de reacción H = entalpía = contenido de energía almacenada en las sustancias (energía potencial)  H = H productos – H reactantes En una reacción exotérmica   H < 0 En una reacción endotérmica   H > 0

17. Ley de acción de masas Dada por Guldberg y Waage: “ La velocidad de una reacción es proporcional a las concentraciones de los reactantes elevadas a ciertos exponentes” Sea la rxn: 3A + 2B  C + D r A r B r rxn = = = r C = r D = k [A]  [B]  3 2 k = cont. Específica de velocidad  = entero o fracción, obtenido experimentalmente  = orden global de la reacción A mayor número de moléculas de reactantes, mayor será el número de choques, y mayor la rapidez de la reacción !!

19. Ejemplo de reacción elemental Estado de transición Complejos activados N 2 O + NO  N 2 + NO 2 + 139 kJ

23. Factores que afectan la r rxn 1.- Estado físico de los reactivos 2.- Concentración de los reactivos Las reacciones son más rápidas si los reactivos son gaseosos o están en solución. En las reacciones heterogéneas la velocidad dependerá de la superficie de contacto entre ambas fases, siendo mayor cuanto mayor es el estado de división. A mayor número de moléculas, mayor número de choques efectivos, y por tanto mayor rapidez de la reacción. Son aquellos que modifican el número de choques efectivos

24. Factores que afectan la r rxn 3.- Temperatura Un incremento de la temperatura provoca un incremento en la energía cinética de las moléculas, lo que hace que sea mayor el número de moléculas que alcanza la energía de activación, aumentando también la probabilidad de choques efectivos. 4.- Catalizadores Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción sin consumirse. El catalizador actúa cambiando la trayectoria (el mecanismo) de la reacción, disminuyendo la energía de activación necesaria y aumentando la velocidad de reacción.

25. Energía de activación Energía potencial Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  H<0 Energía de activación Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  H>0 Energía potencial Reacción exotérmica Reacción endotérmica Productos Productos E.A Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de reacción Reacción no catalizada Reacción catalizada

26. Energía de activación Energía Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  H<0 Energía de activación Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos  H>0 Energía Reacción exotérmica Reacción endotérmica Productos Productos E.A E.A Los catalizadores negativos aumentan la energía de activación Los catalizadores positivos disminuyen la energía de activación E.A sin catalizador E.A con catalizador negativo E.A con catalizador positivo

27. Descomposición catalítica del H 2 O 2 H 2 O 2 (ac)  O 2 (g) + 2 H 2 O(l)

28. Un catalizador cambia el perfil de una reacción

29. A B TIPOS DE REACCIONES

31. Problemas de aplicación

44. Soluciones Solución 1.

45. Solución 2.

46. Solución 3.

48. Solución 4.

49. Solución 5.

50. Solución 7.

51. Solución 8.

54. GRACIAS