guía de aprendizaje cinética química

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Deutsche Schule Arica
Profesora:Karla Salfate M.
Depto. De Ciencias
3° medio A y B
MÓDULO DE APRENDIZAJE: CINÉTICA QUÍMICA
VELOCIDAD DE REACCIÓN
OBJETIVO DE APRENDIZAJE: Conocer, describir y aplicar el concepto de velocidad de
reacción.
Nombre:_________________________________________________ Curso:___________
Es el área de estudio que se ocupa de la velocidad de reacción y de los factores que determinan
esavelocidad,recibe el nombrede cinéticaquímica.Lapalabra"cinética"nossugiere movimiento
la ideade que laspartículas de reactantesse muevenychocan entre sí,siendo capaces de romper
enlaces y así dar curso a la reacción química.
Las reacciones necesitan de una cantidad mínima de energía para iniciarse, llamada
energía de activación. Por ejemplo, un fósforo no se enciende hasta frotarlo y el carbón no arde
hasta que le aplicamos un fósforo encendido. El calor liberado por el fósforo inicia la reacción
entre el oxígenodel aire y el carbón. Como resultado de la reacción se desprende energía que se
usa para continuar el proceso de combustión del carbón.
TEORÍA DE LAS COLISIONES
Para que ocurra una reacción química , los átomos que conforman las moléculas , deben
chocar entre si con la orientación correcta y la energía suficiente para romper enlaces
Aplicando lateoría de las colisiones,lavelocidadde reaccióndependede la frecuencia de
los choques entre las partículas de los reactantes. Por lo tanto, cuando la concentración se
incrementa, y al haber más choques, una mayor cantidad de ellos serán efectivos, es decir,
aumentará la velocidad de reacción y, por lo tanto, el proceso ocurrirá en menos tiempo.
Aún cuando los choques sean efectivos, no todas las reacciones se producen con la misma
velocidad. Algunas ocurren en forma inmediata y otras demoran mucho tiempo en producirse
ENERGÍA DE ACTIVACIÓN:
Es la mínima cantidad de energía para que
una reacción ocurra, sólosi estase alcanza, la
reacción procede.
Todo cambio (factor) que provocamos sobre
la reacción y que favorece el que los
reactantes alcancen la energía de activación,
afectará la velocidad de dicha reacción.
Si la colisión entre las partículas de
reactante,conla orientaciónadecuada,posee
una energíamayorque la energíade activaciónla reacción puede llevarse a cabo. Si su energía es
menor que la de activación, las partículas chocarán pero no sufrirán ningún cambio.
Los factoresque afectanla velocidad de reacción son: la concentración de los reactantes,
la temperatura a la que ocurre la reacción, el estado de división de los reactantes, la presión en
sistemas gaseosos y la presencia de catalizadores. Alterando uno o varios de estos factores es
posible o, conseguir que la reacción se detenga, o por el contrario que se desarrolle con una
mayor rapidez.
1.- Factor concentración.Es fácil comprenderque mientrasmayor sea el número de partículas de
reactantes (concentración), mayor será el número de colisiones y, por e lo tanto, mayor será la
velocidad de reacción. Es decir, el proceso ocurrirá en menos tiempo.
Por ejemplo:Al abanicarel fuegoestamosaumentandolaconcentraciónde oxígenoenel lugar de
la combustión y, por lo tanto, aumenta la velocidad de reacción (de combustión) y el fuego se
aviva más.

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2.- Factor temperatura: Al aumentar la temperatura de una sustancia, aumenta su agitación
térmica;estoes,se incrementa la energía cinética media de sus partículas. Por lo tanto, será
mayor ,el númerode partículasque chocan y que tienenlaenergía su-ficiente como para que
la colisiónseaefectiva.Enconsecuencia,al aumentarlatemperatura,aumentalavelocidadde
reacción, ya que las colisiones entre las partículas serán más frecuentes y más eficaces.
Se ha observadoexperimentalmente que lavelocidadenlasreaccionesquímicas aumenta
con la temperatura:porcada 10°C de aumentode temperatura,se duplicalavelocidad.Esdecir,la
medida en que la temperatura es mayor ,las reacciones se aceleran.
3.- Factor estado de división. La velocidad de reacción será tanto mayor cuanto más divididos se
encuentren los reactantes, en el caso de reactivos sólidos. Según la teoría de las colisiones, una
mayor superficiede contacto,comolaque tiene unsólidofinamente dividido, posibilita que haya
más partículas que puedan colisionar y por lo tanto la reacción ocurre en menor intervalo de
tiempo.
Agitación
La agitación es una variante del punto anterior, lo que se logra agitando las sustancias
reaccionantes, es mezclar íntimamente los reactivo aumentando la superficie de contacto entre
ellos.
Factor presión.En el caso de que los reactantes sean gases, si se disminuye el volumen o
se aumenta la presión del recipiente que contiene las sustancias reaccionantes, las partículas
"están obligadas" a estar más cerca unas de otras, por lo que chocarán más, aumentando la
velocidad de reacción.
En la figura anterior se observa, que aumentando la presión las moléculas de las sustancias
reaccionantesse aproximanentre sí,acrecentandolaposibilidadde choque entre susmoléculas,y
por consiguiente se acelera la reacción.
Factor catalizador. Algunas reacciones ocurren muy lentamente. La velocidad de tales
reaccionespuede incrementarse graciasala adiciónde catalizadores,unas sustancias que no son,
ni los reactantes, ni los productos.
Un catalizadoresuna sustanciaque,aunen cantidadesmuypequeñas,tiene la propiedad
de acelerar una reacción, actuando activamente en el proceso pero, sin consumirse en ella.
La acción de un catalizador se limita a bajar la barrera de la energía de activación de las
partículas reaccionantes. Al necesitar menor energía de activación, por la presencia de un
catalizador,unmayor númerode partículasalcanza la energía suficiente para chocar eficazmente
romper sus enlaces y así formar productos.
Las enzimas son un ejemplo de catalizadores biológicos. Producidas por los organismos
vivos, aceleran las reacciones que serían muy lentas a la temperatura del cuerpo.

3. 3
El concepto de velocidad de reacción
Se define la velocidad v de una reacción, como la cantidad de reactivo que se consume, o la de
producto que se forma, por unidad de volumen en la unidad de tiempo.
Dado que la cantidad de sustancia por unidad de volumen en una disolución, se denomina
concentración,yteniendoen cuentaque,porlogeneral,tantolosreactivoscomolosproductosse
hallan en disolución, ya sea líquida, sólida o gaseosa, la velocidad de reacción representa la
variaciónde concentraciónde unacualquierade lassustanciasque intervienen en la reacción por
unidad de tiempo.
Para una reaccióndel tipo:
donde A y B representanlosreactivosyCy D losproductos,lavelocidadse puede expresar,
recurriendoala notaciónde incrementos,enlaforma:
y se mide enmol/l ·s.
que varía algo, la anterior expresión indica que v es, en efecto, la rapidez con la que varía
(aumenta) la concentración ([ ]) del producto C con el tiempo. Junto con la anterior, son
expresiones equivalentes de la velocidad:
dado que,si lamasa se mantiene constante,lavelocidad con la que aparecen los productos tiene
que ser igual a la velocidad con la que desaparecen los reactivos. El signo negativo se introduce
para compensarel que corresponde ala disminuciónde laconcentraciónde los reactivos; de este
modo, el valor de la velocidad resulta igual y positivo cualquiera que sea la sustancia A, B, C o D
elegida.
Para una reaccióncomo lade síntesisdel yodurode hidrógeno:
H2 + I2
por cada mol de hidrógeno molecular H2 que se consume, se producen dos moles de yoduro de
hidrógeno Hl; como ambos procesos se dan al mismo tiempo, la velocidad de aparición del
producto es, en este caso, el doble de la de desaparición de uno cualquiera de los reactivos. La
velocidad de reacción ha de ser única y viene dada por cualquiera de las ecuaciones siguientes:
Para una reacciónmás general,del tipo:
aA + b cC + dD
el resultadoanteriorpuede expresarse enlaforma:
Experimentalmentese haobservado que hayunarelaciónproporcional entre lavelocidadyla
concentraciónde losreactivos.Parala reacción
aA bB, la velocidad se expresa:
La proporcionalidadse representa comounaigualdad,incorporandounaconstante llamada
constante de velocidadK
V = K (A)a
La determinación de la velocidad de reacción
En general,lavelocidadde unareacciónvaría con el tiempo,puesal principiolaconcentraciónde
losreactivoseselevada,peroamedidaque lareacciónprogresa,dichaconcentracióndisminuyey
con ellalavelocidaddel proceso.
La determinaciónexperimental de lavelocidadde reacciónenunmomentodado,puede hacersea
partir de la gráficaque representalavariaciónconel tiempode laconcentraciónde una
cualquierade lassustanciasque intervienen.El cálculode lapendiente permite estimarla
velocidad.Latablaadjuntamuestralosresultadosobtenidosparalareacciónde descomposición:

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2 + H2 al medirlaconcentraciónde Hl a intervalossucesivosde tiempode 10minutoscada
uno,mediante latomade muestrasde la mezclagaseosaysu posterioranálisisquímico.
La representacióngráficade losparesde valorestiempo-concentraciónindicaque lacurva es
decreciente,loque significaque laconcentraciónde reactivodisminuye conel tiempo.La
velocidadde reacciónenel últimointervalode tiempo,porejemplo,vendrádadapor:
esdecir,
v = 0,83 · 10-5
mol/l · min
EJERCICIOS:
1.- Escribe la expresiónde la velocidad (v) para las siguientes reacciones en función de la
desaparición de los reactivos y de la aparición de los productos.
a) I-
(AC) + OCl-
(AC) Cl-
b) 3 O 2(G) 2 O 3(G)
c) 4NH3(G) + 5 O2(G) 4NO(G) + 6H2O(G)
d) CH4(G) + 2 O2(G) CO2(G) + H2O(G)
2.-El gráfico muestra la producción de hidrógeno respecto al tiempo para la reacción:
Mg + 2HCl MgCl2 + H2
Analiza el gráfico y responde
¿Cuál es lareacciónmás rápida:con ácido clorhídrico1M o 0,5 M?. Explicatu respuestaaplicando
la teoría de las colisiones.
3.- Calculala velocidadde formación del gashidrógeno,durante los10 y 20 segundos(se utilizará
el volumen de hidrógeno producido, expresado en cc, en el tiempo , a cambio de la unidad de
concentración.
Tiempo (s) 10 20 30 40 50 60
Volumen(cc) 15 30 45 50 60 68
R: v= 1,5cc/s
4.- Calcula la velocidad de formación de H2 durante los siguientes intervalos:
a.- 30 a 40 seg
b.- 50 a 60 seg
R:a) 0,5cc/s
b) 1,25cc/s
5.- Plantea la expresión de velocidad para la reacción
A + B AB
6.- Calcula la velocidad de disminución de AB en
AB A + B

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En los intervalos
a) 0 a 1 hora
b) 2 a 3 horas
c) 4 a 5 horas
Tiempo
(horas
0 1 2 3 4 5
(AB)
moles/litro
0,8 0,6 0,45 0,35 0,25 0,20
R:a) 0,2 moles/litro
b) 0,1 moles/litro
c) 0,05 moles/litro
LEY DE VELOCIDAD
Expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la
concentración de los reactantes elevados alguna potencia.
aA + bB cC + dD
La ley de velocidad tiene la forma:
V= K (A)x
(B)y
Ley de velocidad
x e y no son los coeficientes estequiométricos; x e y son las relaciones entre las
concentraciones de los reactantes A y B y la velocidad de la reacción.
Al sumarlos se obtiene el orden total de la reacción, que se define como la suma de los
exponentes alosque se elevan todaslasconcentraciones de reactivosque aparecen enlaleyde
velocidad .
K es la constante de proporcionalidad
X es el orden parcial de la reacción respecto al reactante A
Y es el orden parcial de la reacción respecto al reactante B
Los órdenes parciales x e y se determinan experimentalmente y no tienen que ser
necesariamente los coeficientes estequiométricos de A y B y tampoco tienen que ser números
enteros ; pueden ser fraccionarios e incluso 0.
Una reacción es de orden 0 cuando la velocidad no depende de la concentración de los
reactantes
Sóloenlas reaccioneselementales losórdenesde reaccióncoinciden conloscoeficientes
estequiométricos
Por ejemplo:
I2(G) + H2(G) 2HI(G)
La ley de velocidad es: v=K (I2)(H2)
Esta reacción es de segundo orden, ya que es de primer orden respecto del I2 (x=1) y de
primer orden respecto de H2(y=1), x+y=2
Determinación del orden de reacción a partir de datos experimentales
1.-A partir de la tabla de datos experimentales determina el orden de reacción para :
F2(g) + 2ClO2(g) 2FClO2(g)
(F2) (M) (ClO2) (M) velocidad inicial (M/s)
1.- 0,1
2.- 0,1
3.- 0,2
0,01
0,04
0,01
1,3x10-3
4,8x10-3
2,4x10-3
La ley de velocidad estaría dada por la siguiente expresión:
V= K (F2)x
(ClO2)y
A partirde latabla podemosdecir que si la (F2) se duplica (datos 1 y 3), mientras (ClO2)se
mantiene constante, vemos que la velocidad aproximadamente se duplica.

6. 6
Si la (ClO2)se cuadruplica mientras (F2)se mantiene constante (datos 1 y 2), vemos que la
velocidad también se cuadruplica.
Esto significa que la velocidad de la reacción es directamente proporcional a las
concentraciones de (ClO2) y de (F2); o sea la reacción es de primer orden respeccto del F y de
primer orden respecto del ClO2. x=y=1. x + y = 2
2.-Escribe laecuaciónequilibrada,determinalaleyde velocidadycalculalaK de velocidad
(NO) (M) (H2) (M) velocidad inicial (M/s)
1.- 5X10-3
2.- 10X10-3
3.- 10X10-3
2X10-3
2X10-3
4X10-3
1,3x10-5
5,0x10-5
10x10-5
3.- Para la reacción
S2O8
-2
(AC) + 3I-
(AC) 2SO4
-2
(AC) + I3
-
(AC)
4.- La reacción de oxidación del ion Fe+2
con el oxígeno gaseoso, está representada según :
Fe+2
+ O2(G) PRODUCTOS
Su expresión de laleyde velocidades:
V= K(Fe+2
)2
(O2)
Indica:
a) el ordenparcial para Fe+2
y O2
b) el ordentotal de la reacción
5.- Calculala velocidad de la reacción A + B C , si sabes que a 25ºC K=5, las concentraciones de
A, B y C son respectivamente 0,1M; 0,2M y 0,01 M y los órdenes parciales respecto a las
concentraciones de A y B son 2 y 1 , respectivamente.¿Cuál es el orden total de la reacción?
Respuestas
2.- 2NO + 2H2 N2 + 2H2O
V= K (NO)2
(H2)
K= 2,5X102
3.- V= k( S2O8
-2
) ( I)
K= 8,1X10-2
4.- orden parcia Fe+2
= 2; O2= 1
b) orden 3
5.- V= 0,01M/s
Orden 3
( S2O8
-2
) (M) ( I) (M) velocidad inicial (M/s)
1.- 0,080
2.- 0,080
3.- 0,16
0,034
0,017
0,017
2,2x10-4
1,1x10-4
2,2x10-4

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REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL ORDEN DE REACCIÓN
Laboratorio 1: Factores que afectan la velocidad de las reacciones
1.- Velocidad de reacción y superficie de contacto
Materiales:
- 3 vasos precipitados pequeños
- cronómetro
- mortero
Reactivos:
- 3 tabletas antiácidas efervescentes ( yasta)
- agua
Procedimiento:
- Deja una tableta entera, otra pártela en cuartos y una tercera pulverízala
- Agrega 50 ml de agua a cada vaso
- Vacía simultáneamentelastabletasenlostresvasosyregistralostiemposde reacción
- Toma nota
ORDEN CERO
ORDEN 1
ORDEN 2
1.- ORDEN 0 : la velocidad no depende de la
concentración de los reactantes, la velocidad de
reacción es constante
2.- ORDEN1: Cuando el orden de reacción es 1 ,
la velocidad aumenta linealmente con la
concentración del reactante. La velocidad es
directamente proporcional a la concentración del
reactante.
3.- ORDEN 2: La velocidad crece
exponencialmente

8. 8
Responde:
1.- Explicaque modificacionesse producenen la tableta al partirla en cuartos y al molerla
2.- Elabora una tabla de datos donde se registre área de contacto y tiempos de reacción
3.- Elaboraun gráficode dependenciade la velocidadde reacción ysuperficie de contacto
4.- Concluye cual es la influencia de la superficie de contacto en la velocidad de una
reacción química
2.- Temperatura y velocidad de reacción:
Materiales:
- 3 vasos precipitados pequeños
- termómetro
Reactivos:
- agua fría
- agua a temperatura ambiente
- agua caliente ( 90°C)
- 2 tabletas de antiácido efervescentes
Procedimiento:
- agrega a cada vaso 50 ml de agua fría, agua a temperatura ambiente y agua caliente
- mide la temperatura de cada vaso
- agrega una mitad de tableta a cada vaso en forma simultánea
- toma el tiempo
Responde:
- Elabora un gráfico de temperatura de reacción en función del tiempo
- ¿Qué influenciatienelatemperaturaenel movimientode las moléculas? Explícalo en
base a la teoría de las colisiones
EJERCICIOS:
1.- De acuerdo a la siguiente tabla de datos
Tiempo (s) 10 20 30 40 50 60
Volumen(cc) 15 30 45 50 60 68
Utilizando el volumen de hidrógeno desprendido en cc, en el tiempo , a cambio de la
concentración; calcula la velocidad de formación del gas durante los 10 y 20 segundos
V = 2) = volumen final- volumen inicial
– tiempo inicial
R: 1,5 cc/s
2.- Calcula la velocidad de formación de hidrógeno durante los siguientes intervalos:
a.- 30 a 40 s R: 0,5 cc/s
b.- 50 a 60 s R: 1,25 cc/s
3.- Plantea la expresión de velocidad para la reacción A + B AB
4.- Calcula la velocidad de disminución de AB
AB A + B en los intervalos
a.- 0 a 1 hora R: 0,2 mol/l/h
b.- 2 a 3 horas R: 0,1 mol/l/h
c.- 4 a 5 horas R: 0,05 mol/l/h
según la siguiente tabla
Tiempo
(horas)
0 1 2 3 4 5
(AB) moles/l 0,8 0,6 0,45 0,35 0,25 0,2
Matraz
erlenmeyer
Volumen de
tiosulfato
Na2S2O3 (ml)
Volumende
agua
H2O(ml)
1 40 0
2 30 10
3 20 20
4 10 30

9. 9
LOS CATALIZADORES EN LA VIDA DIARIA
1.-¿Cómofunciona el convertidor catalítico de los automóviles?
Dentro del motor de un automóvil enmarcha, a altas temperaturas, el oxígenoyel
nitrógenogaseoso,reaccionanparaformaróxidonítrico
N2(g) + O2(g) 2 NO
Cuandose liberaa la atmósfera,el NOse combinarápidamente conel O2 para formarNO2,
dióxidode nitrógeno,que juntoconotrosgasesde combustióncomomonóxidode carbono,COy
varioshidrocarburos,hacenque lasemisionesdel automóvilseanunafuente muyimportante de
contaminacióndel aire.
2NO(g) + O2 2 NO2(g)
La mayoríade losautomóvilesnuevosestánequipadoscon convertidorescatalíticos.Un
convertidorcatalíticoeficiente,tienedospropósitos:
- oxidarel COy los hidrocarburosque nose quemaronenCO2 y H2O
- reducirel NOy el NO2 enN2 yO2.
Esto se logra ya que losgasescalientesde emisión,alosque se le inyectaaire,pasana través
de una primeracámara del convertidor,paraacelerarlacombustióncompletade los
hidrocarburosydisminuirasíla emisiónde CO.Sinembargoydebidoaque a altas temperaturas
aumentalaproducciónde NO,se requiere de unasegundacámaraque contiene uncatalizador(
CuO o Cr2O3),que trabajandoa menortemperatura,disocia el NOenN2 y O2 antesde que los
gasesseanexpulsadosporel tubode escape.
Tubode escape convertidorescatalíticos final del tubode escape
2.- ¿Cómose produce la catálisisenzimática?
De todos los complicados procesos que se desarrollan en los sistemas vivos , el más
complicado y al mismo tiempo esencial, es la catálisis enzimática. Las enzimas son catalizadores
biológicos.Lomásasombrosode lasenzimasesque no sólo pueden aumentar la velocidad de las
reacciones bioquímicas por factores que van de 106
a 1012
, sino que también son altamente
específicas. Una enzima actúa sólo en determinadas moléculas, denominadas sustrato ( es decir
reactivo) mientrasque dejan el resto del sistema sin afectar. Se ha calculado que una célula viva
promedio pude contener alrededor de 3000 enzimas diferentes , cada una de las cuales puede
catalizar una reacción específica en la que el sustrato se convierte en los productos adecuados.
Una enzima es , básicamente , una molécula grande de una proteína que contiene uno o
más sitiosactivos,donde se llevanacabolas interaccionesconlossustratos.Estossitios,en forma
estructural,son complementarios de las moléculas de un sustrato específico, de la misma forma
que una llave embona en una cerradura en particular y no en otra. En la actualidad se sabe que
una misma enzima se puede unir con sustratos de diferentes tamaños y formas , lo que significa
que cada enzima tiene un alto grado de flexibilidad estructural y puede modificar su forma
original para acomodarse con más de un tipo de sustrato.
aire CuO