quimica general e inorganica facultad de farmacia y bioquimica (uba)

1. Cinética química Química General e Inorgánica Clase del 9 de mayo de 2005 Dr. Pablo Evelson

3. La velocidad de reacción depende de : 1- La concentración de reactivo. 2- La temperatura. 3- Catalizadores. 4- Área superficial (si los reactivos o los catalizadores son sólidos o líquidos).

4. La velocidad de reacción es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo.

5. Velocidad de una reacción A  B Reactivos  Productos velocidad = - =  [A]  t  [B]  t

6. Concentración molar de producto Tiempo Tangente  concentración

7. Velocidad de una reacción y su relación con la estequiometría 2HI (g)  H 2 (g) + I 2 (g) velocidad = - = =  [HI]  t  [H 2 ]  t 1 2  [I 2 ]  t

8. Ecuación de velocidad  +  = orden de reacción velocidad = k . [A]  [B]  k = constante de velocidad específica

9. Estudio de la ecuación de velocidad: Resumen  Las ecuaciones de velocidad siempre se determinan experimentalmente.  El orden de una reacción siempre se determina en función de las concentraciones de los reactivos (y no de los productos).  El orden de un reactivo no está relacionado con el coeficiente estequiométrico del reactivo en la ecuación global balanceada.

10. Ecuación de velocidad: ¿Que información me brinda?  Determinar la concentración de reactivos en cualquier tiempo de reacción.  El tiempo para que reaccione una fracción de muestra.  El tiempo necesario para que la concentración de reactivos alcance un nivel esperado.

11. Cinética de primer orden 2 N 2 O 5  4 NO 2 + O 2 Ecuación de velocidad: v = k [N 2 O 5 ]   = 1 (A  producto)

12. Velocidad Tiempo a b c d e Velocidad c

13. Reacción de primer orden v = k [N 2 O 5 ] 1 Velocidad Concentración a b c d e a b c d e Velocidad c

14. Concentración molar de reactivo, [A] k pequeña k grande Tiempo

15. ln [N 2 O 5 ] t = ln [N 2 O 5 ] 0 - k . t k = tiempo -1 (s -1 ) Reacción de primer orden 2 N 2 O 5  4 NO 2 + O 2

16. A B 5 10 15 0 0,0 0,1 0,2 Tiempo (s) ln [A] Reacción de primer orden m = -k

17. Vida media La vida media de una reacción es el tiempo necesario para que la concentración de un reactivo descienda a la mitad del valor inicial. [N 2 O 5 ]t 1/2 = 1 [N 2 O 5 ] 0 [ A] 0 ½[ A] 0 = k .t ½ ln t ½ = ln 2 k 2

18. Concentración molar de reactivo, [A] k pequeña k grande Tiempo [A] 0 t ½ corto t ½ largo

19. Concentración molar de reactivo, [A] Tiempo

20. Cinética de segundo orden Ecuación de velocidad: v = k [A]  A  producto Unidades = M -1 x s -1 A + B  producto Ecuación de velocidad: v = k [A]  [B] 

21. 1 = 1 + k . t [A  [A  o Tiempo, t Pendiente = k

22. Reacciones de orden cero 2NH 3 (g)  N 2 (g) + 3 H 2 (g) v= k [reactivo] 0 = k

23. Velocidad Concentración Concentración Tiempo Reacciones de orden cero

24. t 1/2 = [NH 3 ] 0 / k 2NH 3 (g)  N 2 (g) + 3 H 2 (g) [ NH 3 ] t = [NH 3 ] 0 - k . t k = M s -1 Reacciones de orden cero

25. Resumen

27. Dependencia de la velocidad de reacción con la temperatura E a = energía de activación A B 3,1 3,2 3,3 3,0 - 9 - 8 - 7 1/T (1/K) ln k Ecuación empírica de Arrhenius k= A . e -Ea/RT ln k = ln A - E a 1 R T A= factor preexponencial

28. Caliente Frío ln k 1 / Temperatura Energía de activación baja Energía de activación alta

29. Dependencia de la velocidad de reacción con la temperatura E a > 60 kJ/ mol  la reacción depende fuertemente de la temperatura. E a  10 kJ/ mol  la reacción depende ligeramente de la temperatura.

30. Efecto de la temperatura Progreso de la reacción Progreso de la reacción Energía potencial Energía potencial Endotérmica Exotérmica Responde más a la temperatura Responde más a la temperatura E a (directa) E a (inversa) E a (inversa) E a (directa)

31. Catalizadores Un catalizador aumenta la velocidad directa e inversa de una reacción Progreso de la reacción Energía potencial Reactivos Productos Camino original E a del camino catalizado Camino catalizado

32. Catalizadores: clasificación 2 H 2 O 2  H 2 O + O 2 Fe 2+ Homogéneo: se encuentra en la misma fase que los reactivos. Heterogéneo: se encuentra en una fase diferente a los reactivos. Por ejemplo, sólidos en contacto con gases. C 2 H 4 + H 2  C 2 H 6 Pt

33. Mecanismos de reacción El proceso por el cual se lleva a cabo una reacción se denomina mecanismo de reacción. Cada paso del mecanismo de reacción  reacción elemental NO + O 3  NO 2 + O 2 Molecularidad : número de moléculas que participan como reactivo en la reacción elemental.

34. v = k 2 [NO 2 ] 2 [CO] 1 En el caso en que ocurra en más de una etapa, debemos considerar la velocidad de la reacción de la etapa más lenta. NO 2 + CO  NO + CO 2 NO 2 + NO 2  NO 3 + NO NO 3 + CO  NO 2 + CO 2 (rápida) (lenta) Para la reacción global: Procede en dos etapas: Entonces: k 1 k 2

35. Reactivos Intermediarios Productos Rápida Lenta Perfil de la reacción Paso determinante de la velocidad

36. Preguntas tipo 44. a) Describa una reacción química en fase gaseosa. Use como ejemplo la reacción de formación de HCl a partir de H 2 y Cl 2 . Mencione los conceptos de choque molecular y formación de uniones químicas. b) ¿Qué es una reacción elemental? 46. Escriba las ecuaciones de velocidad de reacción en función de la concentración de cada reactivo para cada una de las siguientes reacciones en fase gaseosa y en el sentido indicado por las flechas: a) H 2 + Cl 2  2 HCl b) 2 SO 2 + O 2  2 SO 3 c) N 2 + 3 H 2  2 NH 3 47. Dibuje el diagrama de energía en función del grado de avance de la siguiente reacción e indique en el mismo la energía de activación. Marque cómo se modificaría el diagrama en presencia de un catalizador y cómo se afecta la velocidad de la reacción Fe N 2 (g) + 3H 2 (g) 2 NH 3 (g)