Este documento describe la cinética química y contiene información sobre la velocidad de reacción, la ecuación de velocidad, el orden de reacción, la constante de velocidad y la energía de activación. Explica cómo medir la velocidad de reacción y establecer la ecuación cinética de una reacción química mediante el seguimiento de cambios en la concentración de los reactivos y productos a lo largo del tiempo. También proporciona ejemplos de reacciones de diferentes órdenes y cómo
Tabla Conductancias Equivalentes a Dilución Infinitaadriandsierraf
Documento con experimentos de laboratorio y trabajos prácticos conductimétricos, donde se reportan tablas con conductividades equivalentes de diversos electrolitos en soluciones diluidas y a dilución infinita. Universidad Tecnológica Nacional, Neuquen, Argentina.
Cuaderno de problemas de cinética química y catálisisayabo
El cuaderno contiene, un conjunto de fundamentos al inicio de cada tema, en los que se presentan las bases teóricas que dan sustento a la solución matemática presentada en los problemas resueltos. Los fundamentos teóricos no incluyen un análisis profundo de la deducción matemática usada para llegar a las ecuaciones presentadas, pues estas son debidamente presentadas en clase, y el uso del cuaderno pretende ser un apoyo a la clase impartida por el profesor, no sustituirla por completo.
Finalmente, se presenta un conjunto de problemas propuestos para que el alumno desarrolle la habilidad adquirida durante la clase y de la lectura y análisis de los problemas aquí resueltos. Además, para que el alumno pueda comparar con sus resultados de acuerdo a su procedimiento, se anexa también el resultado correcto de los problemas propuestos.
Tabla Conductancias Equivalentes a Dilución Infinitaadriandsierraf
Documento con experimentos de laboratorio y trabajos prácticos conductimétricos, donde se reportan tablas con conductividades equivalentes de diversos electrolitos en soluciones diluidas y a dilución infinita. Universidad Tecnológica Nacional, Neuquen, Argentina.
Cuaderno de problemas de cinética química y catálisisayabo
El cuaderno contiene, un conjunto de fundamentos al inicio de cada tema, en los que se presentan las bases teóricas que dan sustento a la solución matemática presentada en los problemas resueltos. Los fundamentos teóricos no incluyen un análisis profundo de la deducción matemática usada para llegar a las ecuaciones presentadas, pues estas son debidamente presentadas en clase, y el uso del cuaderno pretende ser un apoyo a la clase impartida por el profesor, no sustituirla por completo.
Finalmente, se presenta un conjunto de problemas propuestos para que el alumno desarrolle la habilidad adquirida durante la clase y de la lectura y análisis de los problemas aquí resueltos. Además, para que el alumno pueda comparar con sus resultados de acuerdo a su procedimiento, se anexa también el resultado correcto de los problemas propuestos.
Índice del libro "Big Data: Tecnologías para arquitecturas Data-Centric" de 0...Telefónica
Índice del libro "Big Data: Tecnologías para arquitecturas Data-Centric" de 0xWord escrito por Ibón Reinoso ( https://mypublicinbox.com/IBhone ) con Prólogo de Chema Alonso ( https://mypublicinbox.com/ChemaAlonso ). Puedes comprarlo aquí: https://0xword.com/es/libros/233-big-data-tecnologias-para-arquitecturas-data-centric.html
(PROYECTO) Límites entre el Arte, los Medios de Comunicación y la Informáticavazquezgarciajesusma
En este proyecto de investigación nos adentraremos en el fascinante mundo de la intersección entre el arte y los medios de comunicación en el campo de la informática.
La rápida evolución de la tecnología ha llevado a una fusión cada vez más estrecha entre el arte y los medios digitales, generando nuevas formas de expresión y comunicación.
Continuando con el desarrollo de nuestro proyecto haremos uso del método inductivo porque organizamos nuestra investigación a la particular a lo general. El diseño metodológico del trabajo es no experimental y transversal ya que no existe manipulación deliberada de las variables ni de la situación, si no que se observa los fundamental y como se dan en su contestó natural para después analizarlos.
El diseño es transversal porque los datos se recolectan en un solo momento y su propósito es describir variables y analizar su interrelación, solo se desea saber la incidencia y el valor de uno o más variables, el diseño será descriptivo porque se requiere establecer relación entre dos o más de estás.
Mediante una encuesta recopilamos la información de este proyecto los alumnos tengan conocimiento de la evolución del arte y los medios de comunicación en la información y su importancia para la institución.
Actualmente, y debido al desarrollo tecnológico de campos como la informática y la electrónica, la mayoría de las bases de datos están en formato digital, siendo este un componente electrónico, por tanto se ha desarrollado y se ofrece un amplio rango de soluciones al problema del almacenamiento de datos.
2. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 2
ContenidosContenidos
• Velocidad de reacciónVelocidad de reacción
– Concepto y medidaConcepto y medida
• Ecuación de velocidadEcuación de velocidad (o ecuación cinética)(o ecuación cinética) de una reacciónde una reacción
– Orden de reacción; constante de velocidad; determinaciónOrden de reacción; constante de velocidad; determinación
experimentalexperimental
– Relaciones concentración-tiempo: ecuaciones de velocidadRelaciones concentración-tiempo: ecuaciones de velocidad
integradasintegradas
• Cinéticas de orden cero, de primer orden y de segundo ordenCinéticas de orden cero, de primer orden y de segundo orden
– Vida mediaVida media
• Energía de activaciónEnergía de activación
– Variación de la constante de velocidad con la temperaturaVariación de la constante de velocidad con la temperatura
• Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
– Procesos elementalesProcesos elementales
– MolecularidadMolecularidad
• CatálisisCatálisis
3. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 3
Bibliografía recomendadaBibliografía recomendada
• Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S.
Harwood, F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003).
– Secciones 15.0, 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.8, 15.9, 15.10, 15.11
4. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química
Velocidad deVelocidad de
reacciónreacción
5. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 5
Velocidad de reacción: conceptoVelocidad de reacción: concepto
• Magnitud que indica la rapidez con que se produce unaMagnitud que indica la rapidez con que se produce una
reacciónreacción
• Depende delDepende del mecanismo de la reacciónmecanismo de la reacción ((serie de pasosserie de pasos
individuales que dan lugar a la reacción globalindividuales que dan lugar a la reacción global))
– La medida de velocidades de reacción permite establecerLa medida de velocidades de reacción permite establecer
mecanismos de reacciónmecanismos de reacción
– El conocimiento de los mecanismos permite intervenir paraEl conocimiento de los mecanismos permite intervenir para
cambiar la velocidad de reacción según convengacambiar la velocidad de reacción según convenga
P.ej.: ¿Cómo disminuir la velocidad de descomposición del ozonoP.ej.: ¿Cómo disminuir la velocidad de descomposición del ozono
en la alta atmósfera?en la alta atmósfera?
[Lectura: Petrucci 15.0]
6. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 6
Velocidad de reacción: conceptoVelocidad de reacción: concepto
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
tiempo (s) [H2O2] (M) [H2O] (M) [O2] (M)
0
400
2,32
1,72
0
0,60
0
0,30
velocidad de desaparición de H2O2:
( )1,72 2,32 M
400 s
−
= − 0,0015 M/s=
(cada segundo que pasa, su concentración disminuye 0,0015 mol/L)
[ ]2 2Δ H O
t
−
∆
velocidad de formación de H2O:
( )0,60 0 M
400 s
−
= 0,0015 M/s=
(cada segundo que pasa, su concentración aumenta 0,0015 mol/L)
[ ]2Δ H O
t∆
velocidad de formación de O2:
( )0,30 0 M
400 s
−
= 0,00075 M/s=
(cada segundo que pasa, su concentración aumenta 0,00075 mol/L)
[ ]2Δ O
t∆
En ese intervalo de tiempo:
¿Una velocidad de reacción cuyo valor no dependa del compuesto de referencia?
[Lectura: Petrucci 15.1]
7. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 7
Velocidad de reacción: conceptoVelocidad de reacción: concepto
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
tiempo (s) [H2O2] (M) [H2O] (M) [O2] (M)
0
400
2,32
1,72
0
0,60
0
0,30
velocidad de reacción:
0,0015 M/s
[ ]2 2Δ H O
t∆
0,0015 M/s=
[ ]2Δ H O
Δ t
cada segundo que pasa:
[ ]2Δ O
t∆
En ese intervalo de tiempo:
( )1,72 2,32 M
400 s
−
−
( )0,60 0 M
400 s
−
=
( )0,30 0 M1
1/ 2 400 s
−
=
0,0015 M/s=
la concentración de H2O2 disminuye 1 x 0,0015 mol/l
la concentración de H2O aumenta 1 x 0,0015 mol/l
la concentración de O2 aumenta 1/2 x 0,0015 mol/l
− = =
1
1/ 2
8. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 8
Velocidad de reacción: conceptoVelocidad de reacción: concepto
A B G Ha b g h+ → +
[ ]Δ A1
a t
= −
∆
v
[ ]Δ1 B
b t
= −
∆
[ ]Δ G1
g t
=
∆
[ ]Δ H1
h t
=
∆
En un intervalo de tiempo:
Instantánea: 0t∆ →
[ ]A1
t
d
a d
= −v
[ ]1 d B
b d t
= −
[ ]G1 d
g d t
=
[ ]H1 d
h d t
=
[Lectura: Petrucci 15.1]
9. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 9
Velocidad de reacción: medidaVelocidad de reacción: medida
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
tiempo (s) [H2O2] (M)
0
400
2,32
1,72
800 1,30
1200 0,98
1600 0,73
2000 0,54
2400 0,39
2800 0,28
Δt (s) Δ[H2O2] (M)
400
400
400
400
400
400
400
-0,60
-0,42
-0,32
-0,25
-0,19
-0,15
-0,11
v (M/s)
0,0015
0,0011
0,00080
0,00063
0,00048
0,00038
0,00028
[ ]2 2v k H O=
Ecuación cinéticaEcuación cinética
[Lectura: Petrucci 15.2]
|pendientes|
10. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 10
concentración - tiempo
Elaboración:Elaboración:
velocidad - tiempo
velocidad - concentración
[H[H22OO22] (M)] (M)
[H[H22OO22](M)](M)
--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)
t (s)t (s)
t (s)t (s)
Medida directa:Medida directa:
Descomposición del HDescomposición del H22OO22
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
en intervalos finitos
11. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 11
concentración - tiempo
Elaboración:Elaboración:
Medida directa:Medida directa:
velocidad - tiempo
velocidad - concentración
[H[H22OO22] (M)] (M)
[H[H22OO22](M)](M)
--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)
t (s)t (s)
t (s)t (s)
Descomposición del HDescomposición del H22OO22
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
en intervalos finitos
12. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 12
concentración - tiempo
Elaboración:Elaboración:
Medida directa:Medida directa:
velocidad - tiempo
velocidad - concentración
[H[H22OO22] (M)] (M)
[H[H22OO22](M)](M)
--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)
t (s)t (s)
t (s)t (s)
Descomposición del HDescomposición del H22OO22
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
en intervalos infinitesimales
13. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 13
velocidad - concentración
[H[H22OO22] (M)] (M)
--ΔΔ[H[H22OO22]/]/ΔΔt(M/s)t(M/s)
Descomposición del HDescomposición del H22OO22
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ +
[ ]2 2v k H O=
Ecuación cinéticaEcuación cinética
o ec. de velocidado ec. de velocidad
14. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química
Ecuación deEcuación de
velocidadvelocidad
15. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 15
Ecuación de velocidadEcuación de velocidad
• Ecuación de velocidad o ecuación cinéticaEcuación de velocidad o ecuación cinética
– ecuación empírica que relaciona la velocidad de reacción con lasecuación empírica que relaciona la velocidad de reacción con las
concentraciones molares de los compuestos que participan en la reacciónconcentraciones molares de los compuestos que participan en la reacción
A B G Ha b g h+ + → + +L L [ ] [ ]v A
m n
k B= L
• Orden de reacciónOrden de reacción
– m, n, ...m, n, ... : orden de reacción con respecto a A, B, ...: orden de reacción con respecto a A, B, ...
• generalmente, son números enteros positivos pequeños: 0, 1, 2generalmente, son números enteros positivos pequeños: 0, 1, 2
– p.ej.: una reacción de orden cero con respecto a B; una reacción de segundo ordenp.ej.: una reacción de orden cero con respecto a B; una reacción de segundo orden
con respecto a A y de primer orden con respecto a B; etc...con respecto a A y de primer orden con respecto a B; etc...
• ocasionalmente, pueden ser números fraccionarios y/o negativosocasionalmente, pueden ser números fraccionarios y/o negativos
• NO están relacionados con los coeficientes estequiométricos de la reacción globalNO están relacionados con los coeficientes estequiométricos de la reacción global
– mm yy aa NO tienen por qué coincidir;NO tienen por qué coincidir; nn yy bb tampoco; etc.tampoco; etc.
• coinciden en reacciones que transcurren en un solo paso (r. elementales)coinciden en reacciones que transcurren en un solo paso (r. elementales)
– mm++nn+...+... : orden de reacción total, u orden global de reacción: orden de reacción total, u orden global de reacción
[Lectura: Petrucci 15.3]
16. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 16
Ecuación de velocidadEcuación de velocidad
• Ecuación de velocidad o ecuación cinéticaEcuación de velocidad o ecuación cinética
– ecuación empírica que relaciona la velocidad de reacción con lasecuación empírica que relaciona la velocidad de reacción con las
concentraciones molares de los compuestos que participan en la reacciónconcentraciones molares de los compuestos que participan en la reacción
A B G Ha b g h+ + → + +L L [ ] [ ]v A
m n
k B= L
• Constante de velocidad o constante cinética:Constante de velocidad o constante cinética: kk
– depende de la reacción, de los catalizadores (cuando se usan), y de ladepende de la reacción, de los catalizadores (cuando se usan), y de la
temperaturatemperatura
– su valor indica si la reacción es rápida o lentasu valor indica si la reacción es rápida o lenta
– tiene unidades, que dependen del orden de la reaccióntiene unidades, que dependen del orden de la reacción
• kk [=][=] MM 1-(m+n+...)1-(m+n+...)
/ t/ t [=][=] MM 1-(orden total)1-(orden total)
/ t/ t
[Lectura: Petrucci 15.3]
17. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 17
Ecuación de velocidadEcuación de velocidad
EjemplosEjemplos
– el orden con respecto a H2O2 es 1; el orden global es 1
– reacción de primer orden respecto a H2O2 y de primer orden global
2 2 2 2
1
2
H O H O O→ + [ ]2 2v k H O=
– el orden con respecto a NH3 es 0; el orden global es 0
– reacción de orden cero global y con respecto a NH3
3 2 22 3NH N H→ + v k=
– el orden con respecto a NO2 es 1 y con respecto a F2 es 1; el
orden global es 2
– reacción total de segundo orden y de primer orden con respecto a
NO2 y a F2
2 2 22 2NO F NO F+ → [ ][ ]2 2v k NO F=
18. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 18
Ecuación de velocidadEcuación de velocidad
Ejemplo: A 600 K, la descomposición del NO2
es de segundo orden,
con una velocidad de 2,0×10-3
mol L-1
s-1
cuando la concentración de
NO2
es 0,080 M.
a) Escribe la ecuación de velocidad.
b) Calcula la constante de velocidad. ¿Cuáles son sus unidades?
c) ¿Cuál será la velocidad cuando la concentración de NO2
sea 0,020 M?
2 2 2
1
2
NO N O→ +
[ ]
2
2v k NO=
[ ]
2
2
v
k
NO
=
3 1
2 2
2,0 10
0,080
M s
M
− −
×
= 1 1 1 1
0,31 0,31M s mol L s− − − −
= =
[ ]
2
2v k NO= ( )
21 1
0,31 0,020M s M− −
= 4 1
1,2 10 M s− −
= ×
19. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 19
Determinación de la ecuación de velocidad:Determinación de la ecuación de velocidad:
método de las velocidades inicialesmétodo de las velocidades iniciales
• Paso 1: Determinar losPaso 1: Determinar los órdenes de reacciónórdenes de reacción en el instante inicial,en el instante inicial,
eligiendo convenientemente las concentraciones de reactivoseligiendo convenientemente las concentraciones de reactivos
– los órdenes de reacción son independientes del tiempo y de laslos órdenes de reacción son independientes del tiempo y de las
concentracionesconcentraciones
– de la ratio entre las velocidades iniciales de dos mezclas de reacción quede la ratio entre las velocidades iniciales de dos mezclas de reacción que
difieren en la concentración de un solo reactivo se extrae el orden dedifieren en la concentración de un solo reactivo se extrae el orden de
reacción con respecto a ese reactivoreacción con respecto a ese reactivo
• preparar pares de mezclas variando el reactivo del que se cambia lapreparar pares de mezclas variando el reactivo del que se cambia la
concentraciónconcentración
• Paso 2: Determinar laPaso 2: Determinar la constante de velocidadconstante de velocidad a partir de los datos dea partir de los datos de
concentración y velocidad inicial de cualquiera de los experimentosconcentración y velocidad inicial de cualquiera de los experimentos
anterioresanteriores
– la constante de velocidad es independiente del tiempo y de lasla constante de velocidad es independiente del tiempo y de las
concentracionesconcentraciones
[Lectura: Petrucci 15.3]
20. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 20
Determinación de la ecuación de velocidad:Determinación de la ecuación de velocidad:
método de las velocidades inicialesmétodo de las velocidades iniciales
2
2 2 4 2 2 2( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 2 2ac ac ac g sHgCl C O Cl CO Hg Cl− −
+ → + +Ejemplo:
[ ] 2
2 2 4v
nm
k HgCl C O −
=
[ ]2 /HgCl M 2
2 4 /C O M−
1
inicialv / minM −
Expto.
1 0,105 0,15 5
1,78 10−
×
2 0,105 0,30 5
7,12 10−
×
3 0,0525 0,30 5
3,56 10−
×
2
1
v
v
[ ]
[ ]
2
2 42 2 2
2
2 2 41 1
nm
C OHgCl
HgCl C O
−
−
÷= ÷ ÷ ÷
2
2 4 2
2
2 4 1
n
C O
C O
−
−
÷=
÷
7,12 0,30
1,78 0,15
n
= ÷
4,00 2,0n
= 2n =
2
3
v
v
[ ]
[ ]
2
2 42 2 2
2
2 2 43 3
nm
C OHgCl
HgCl C O
−
−
÷= ÷ ÷ ÷
[ ]
[ ]
2 2
2 3
n
HgCl
HgCl
= ÷ ÷
7,12 0,105
3,56 0,0525
n
= ÷
2,00 2,00m
= 1m =
n
m
[ ]
1
22
2 2 41 1
v
k
HgCl C O −
=
( )
5 1
2
1,78 10 min
0,105 0,15
M
M M
− −
×
= 3 2 1
7,5 10 mink M− − −
= ×
22. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 22
Ecuaciones concentración - tiempoEcuaciones concentración - tiempo
• A partir de la ecuación de velocidad es posible establecer cómoA partir de la ecuación de velocidad es posible establecer cómo
cambian con el tiempo las concentraciones de los reactivoscambian con el tiempo las concentraciones de los reactivos
– Las ecuaciones concentración-tiempo se llamanLas ecuaciones concentración-tiempo se llaman ecuaciones de velocidadecuaciones de velocidad
integradasintegradas
• porque resultan de la integración de la ecuación de velocidad, que es unaporque resultan de la integración de la ecuación de velocidad, que es una
ecuación diferencialecuación diferencial
• P.ej.:P.ej.:
[ ]v A
m
k=
[ ]
[ ]
A
A
md
k
d t
− = [ ] ( )A f t=
23. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 23
Ecuaciones concentración – tiempo.Ecuaciones concentración – tiempo.
Reacciones de orden ceroReacciones de orden cero
• El gráfico concentración - tiempo es
una recta de pendiente negativa
– el valor absoluto de la pendiente es la
constante de velocidad
A productos→ v k=
[ ]A
;
d
k
d t
− =
[ ] [ ]0
A A k t= −
[ ]A ;d k dt= −
[ ]
[ ]
[ ]
0
A
A 0
A ;
t t t
t
d k d t
=
=
= −∫ ∫
Caso: descomposición de un solo reactivo
[ ]A
t
[ ]0
A tan kα = −
[Lectura: Petrucci 15.4]
[ ] [ ] ( )0
A A 0t
k t− = − −
24. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 24
Ecuaciones concentración – tiempo.Ecuaciones concentración – tiempo.
Reacciones de primer ordenReacciones de primer orden
• El gráfico logaritmo natural de
concentración - tiempo es una recta
de pendiente negativa
– el valor absoluto de la pendiente es la
constante de velocidad
A productos→ [ ]v Ak=
[ ]
[ ]
A
A ;
d
k
d t
− =
[ ] [ ]0
ln A ln A k t= −
[ ]
[ ]
1
A ;
A
d k dt= −
[ ][ ]
[ ]
[ ]
0
A
A 0
1
A ;
A
t t t
t
d k d t
=
=
= −∫ ∫
[ ] [ ] ( )0
ln A ln A 0 ;t
k t− = − −
Caso: descomposición de un solo reactivo
[ ]ln A
t
[ ]0
ln A tan kα = −
[Lectura: Petrucci 15.5]
[ ] [ ]0
A A k t
e−
=
25. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 25
Ecuaciones concentración – tiempo.Ecuaciones concentración – tiempo.
Reacciones de segundo ordenReacciones de segundo orden
• El gráfico inverso de concentración -
tiempo es una recta de pendiente
positiva
– la pendiente es la constante de
velocidad
A productos→ [ ]
2
v Ak=
[ ]
[ ]
2A
A ;
d
k
d t
− =
[ ] [ ]0
1 1
A A
k t= +
[ ]
[ ]2
1
A ;
A
d k dt= −
[ ][ ]
[ ]
[ ]
0
A
2
A 0
1
A ;
A
t t t
t
d k d t
=
=
= −∫ ∫
[ ] [ ]
( )
0
1 1
0 ;
A At
k t− + = − −
Caso: descomposición de un solo reactivo
[ ]
1
A
t
tan kα =
[Lectura: Petrucci 15.6]
[ ]0
1
A
26. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 26
Concentración – tiempoConcentración – tiempo
[ ]A
[ ]0
A
t
27. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 27
Vida mediaVida media
• Vida media (de un reactivo): El tiempo que debe transcurrir para
que la concentración de un reactivo se reduzca a la mitad
[Lectura: Petrucci 15.5, 15.6]
[ ] [ ]1/2 0
A A 2t
=1/2 ;t
Reacciones de orden cero:
[ ]
[ ]0
1/20
A
A ;
2
k t= −
[ ]0
1/2
A
2
t
k
=
Reacciones de primer orden:
[ ]
[ ]0
1/20
A
ln ln A ;
2
k t= − 1/2
ln 2
t
k
=1/2 ln 2 ;k t =
Reacciones de segundo orden:
[ ] [ ] 1/2
0 0
2 1
;
A A
k t= +
[ ]1/2
0
1
A
t
k
=
[ ]1/2
0
1
;
A
k t =
0,693
k
=
[ ]0
1/2
A
;
2
k t =
28. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 28
Concentración - tiempoConcentración - tiempo
Ejemplo: La descomposición del compuesto A sigue una cinética de orden
cero con k=1,0x10-5
M/s. Si se parte de una concentración inicial de A
1,000M, calcula: a) la concentración molar de A al cabo de 12 h de
descomposición, b) el tiempo necesario para que la concentración sea 0,200M,
c) la vida media
[ ] 5 1
A 1,000 1,0 10 12 3600M M s s− −
= − × × × ( )1,000 0,43 0,57M M= − =
[ ] [ ]0
A A
t
k
−
=
( )
5 1
1,000 0,200
1,0 10
M
M s− −
−
=
×
4
8,0 10 22s h= × =
[ ]0
1/2
A
t
2k
= 5 1
1,000
2 1,0 10
M
M s− −
=
× ×
4
5,0 10 14s h= × =
[ ] [ ]0
A A k t= −
29. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 29
Concentración - tiempoConcentración - tiempo
Ejemplo: La descomposición del compuesto A sigue una cinética de primer
orden con k=1,0x10-5
s-1
. Si se parte de una concentración inicial de A 1,000M,
calcula: a) la concentración molar de A al cabo de 12 h de descomposición, b)
el tiempo necesario para que la concentración sea 0,200M, c) la vida media
[ ] 5 1
ln A ln1,000 1,0 10 12 3600s s− −
= − × × × 0,432 ;= −
[ ] [ ]0
ln A ln A
t
k
−
= 5 1
ln1,000 ln 0,200
1,0 10 s− −
−
=
×
5
1,6 10 45s h= × =
1/2
ln 2
t
k
= 5 1
ln 2
1,0 10 s− −
=
×
4
6,9 10 19s h= × =
[ ] [ ]0
ln A ln A k t= −
[ ] 0,432
A 0,65e M M−
= =
30. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 30
Concentración - tiempoConcentración - tiempo
Ejemplo: La descomposición del compuesto A sigue una cinética de segundo
orden con k=1,0x10-5
M-1
s-1
. Si se parte de una concentración inicial de A
1,000M, calcula: a) la concentración molar de A al cabo de 12 h de
descomposición, b) el tiempo necesario para que la concentración sea 0,200M,
c) la vida media
[ ]
5 1 11 1
1,0 10 12 3600
A 1,000
M s s
M
− − −
= + × × × 1
1,43 ;M −
=
[ ] [ ]0
1/ A 1/ A
t
k
−
=
( ) 1
5 1 1
1/ 0,200 1/1,000
1,0 10
M
M s
−
− − −
−
=
×
5
4,0 10 110s h= × =
[ ]1/2
0
1
t
Ak
= 5 1 1
1
1,0 10 1,000M s M− − −
=
× ×
5
1,0 10 28s h= × =
[ ]A 0,70M=
[ ] [ ]0
1 1
A A
k t= +
31. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química
Energía deEnergía de
activaciónactivación
32. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 32
Modelos teóricos de la cinética químicaModelos teóricos de la cinética química
• Teoría de colisiones
– Las moléculas chocan
• en gases, la frecuencia de colisiones es del orden de 1030
colisiones/seg
• si todas las colisiones produjesen reacción, las velocidades de reacción serían
altísimas, del orden de 106
M/s; en la realidad son mucho menores
– Energía de activación: Sólo los choques entre moléculas que
traen una energía cinética mayor que una dada producen reacción
química
– Sólo los choques entre moléculas bien orientadas son efectivos
• Teoría del estado de transición
– En los choques efectivos se forma una especie hipotética, el
complejo activado, que está en un estado transitorio llamado
estado de transición, que se descompone, dando lugar o bien a
los reactivos o bien a los productos
– La diferencia de energía entre el estado de transición y los
reactivos es la energía de activación
[Lectura: Petrucci 15.8]
33. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 33
Colisiones reactivas y no reactivasColisiones reactivas y no reactivas
Colisión no reactiva: insuficiente energía cinética
Colisión reactiva: suficiente energía cinética y orientación adecuada
Colisión no reactiva: suficiente energía cinética pero orientación
inadecuada
34. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 34
Energía de activaciónEnergía de activación
2N O NO+
2 2N NO+
reactivos
productos
coordenada de reacción
Energía(kJ)
estado de transición
ΔE≈ΔH
2N O NOL L
+209 kJ
+348 kJ
-139 kJ
Ea (directa)
Ea (inversa)
(directa) (inversa)r a aH E E∆ = −
35. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 35
Dependencia de la constante de velocidad con laDependencia de la constante de velocidad con la
temperaturatemperatura
• Observación: La velocidad de una reacción aumenta con T
• Ley de Arrhenius (1889): con bastante aproximación, la constante
de velocidad de la mayoría de las reacciones aumenta con T según:
aE RT
k A e−
=
2
2
ln ln aE
k A
RT
= −
1
1
ln ln aE
k A
RT
= −
2 1
2 1
1 1
ln ln aE
k k
R T T
− = − − ÷
2
1 2 1
1 1
ln aEk
k R T T
= − − ÷
ln ln aE
k A
RT
= −
1 T
ln k
2
1
ln
k
k
2 1
1 1
T T
−
aE
R
−pendiente:
[Lectura: Petrucci 15.9]
2
1
36. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 36
Dependencia de la constante de velocidad con laDependencia de la constante de velocidad con la
temperaturatemperatura
Ejemplo: Calcula la energía de activación de una reacción cuya constante de
velocidad vale k=3,46x10-5
s-1
a 298 K y k=9,63x10-5
s-1
a 305 K.
5 1
5 1
9,63 10 1 1
ln
3,46 10 305 298
aEs
s R K K
− −
− −
×
= − − ÷
×
( )5 1
1,023615 7,7016 10aE
K
R
− −
= − − ×
1 1
5
1,023615
8,3145 111 /
7,7016 10
aE K JK mol kJ mol− −
−
= × =
×
Ejemplo: Calcula la constante de velocidad de una reacción a 305 K, si su valor
a 298K es k=3,46x10-5
s-1
y su energía de activación es de 111 kJ/mol.
3 1
2
5 1 1 1
111 10 1 1
ln
3,46 10 8,3145 305 298
k J mol
s JK mol K K
−
− − − −
×
= − − ÷
×
1,028241=
1,0282412
5 1
3,46 10
k
e
s− −
=
× 5 1
2 9,67 10k s− −
= ×
37. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química
Mecanismos deMecanismos de
reacciónreacción
38. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 38
Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
• Mecanismo de reacción: serie de procesos elementales que da
lugar a una reacción global
– debe ser consistente con la estequiometría de la reacción global o neta
– debe ser consistente con la ecuación de velocidad experimental
• Procesos elementales: transformaciones químicas por las que, en
una sola etapa, se reagrupan los átomos de una o varias moléculas
– (Molecularidad: número de moléculas involucradas en la formación del
estado de transición en un proceso elemental)
– Los PE suelen ser unimoleculares o bimoleculares (un choque efectivo de
tres o más moléculas es altamente improbable)
– A diferencia de lo que ocurre con la reacción global, en la ecuación de
velocidad de los PE, los exponentes de las concentraciones son los
mismos que los coeficientes estequiométricos
– Existen especies químicas intermedias, que no son reactivos ni
productos, que se producen en un proceso elemental y se consumen en
otro. Éstas no pueden aparecer en la ecuación de velocidad global.
– Si un PE transcurre mucho más lento que los demás, él constituye la
etapa determinante de la velocidad de la reacción global
[Lectura: Petrucci 15.10]
39. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 39
Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
Coordenada de reacción
Reactivos ProductosIntermedios
Paso
rápido
Paso
lento
perfil de reacción
40. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 40
Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
Caso: Mecanismo con un paso lento seguido de otro rápido
2 22 2H ICl I HCl+ → + [ ][ ]2v k H ICl=experimentalmente:
2H ICl HI HCl+ → +
2HI ICl I HCl+ → +
2 22 2H ICl I HCl+ → +
Paso 1, lento:
Paso 2, rápido:
estequiometría OK
[ ][ ]1 1 2v k H ICl=
[ ][ ]2 2v k HI ICl=
[ ][ ]1 1 2v v k H ICl= =
Paso determinante
ec. de velocidad experimental OK
Para que se dé el paso 2 hace falta que se produzca HI en el paso 1. Siendo el
PE2 más rápido, en cuanto se produce HI en el PE1 se consume
inmediatamente en el 2. Por tanto el PE1, es decir el paso lento, determina la
velocidad de la reacción global. Eso explica que ésta sea de primer orden
respecto a H2 y a ICl y de segundo orden global.
[Lectura: Petrucci 15.10]
41. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 41
Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
Caso: Mecanismo con un paso lento seguido de otro rápido
2 22 2H ICl I HCl+ → + [ ][ ]2v k H ICl=experimentalmente:
Ea
coordenada de reacción
Energía(kJ)
2 2H ICl+
reactivos
2 2I HCl+
productos
2PE1: H ICl HI HCl+ → +
estado de
transición
del PE1
estado de
transición
del PE2
HI HCl ICl+ +
intermedio
2PE2: HI ICl I HCl+ → +
42. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 42
Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
Caso: Mecanismo con un paso rápido y reversible seguido de otro lento
2 22 2NO O NO+ → [ ] [ ]
2
2v k NO O=experimentalmente:
2 22 NO N Oƒ
2 2 2 22N O O NO+ →
Paso 1, rápido:
Paso 2, lento:
estequiometría OK
[ ] [ ]
2
1 1 2 2k NO k N O−=
[ ][ ]2 2 2 2 2v k N O O=
[ ][ ]2 2 2 2 2v v k N O O= =
Paso determinante
Si el paso 2 es el determinante, v=v2. N2O2 es un intermedio de reacción y no
puede aparecer en la ecuación de velocidad global. Si el PE2 es lento, permite
que el PE1 directo y el PE1 inverso alcancen el equilibrio, lo que permite
calcular [N2O2] en función de un reactivo.
2 22 2NO O NO+ →
1
2
1
k
k k
k−
=
ec. de velocidad experimental OK
[Lectura: Petrucci 15.10]
[ ] [ ] [ ] [ ]
2 21
2 2 2
1
k
k NO O k NO O
k−
= =
43. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 43
Mecanismos de reacciónMecanismos de reacción
Caso: Mecanismo con un paso rápido y reversible seguido de otro lento
2 22 2NO O NO+ → [ ] [ ]
2
2v k NO O=experimentalmente:
coordenada de reacción
Energía(kJ)
reactivos
productos
estado de
transición
del PE1
estado de
transición
del PE2
intermedio
22 NO
22 NO O+
2 22 NO N Oƒ
2 2 2N O O+
2 2 2 22N O O NO+ →Ea
45. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 45
coordenada de reacción
Energía(kJ)
CatálisisCatálisis
• Catalizador: sustancia ajena a reactivos y productos, que participa
en la reacción sin alterarse permanentemente, aumentando su
velocidad
– altera el mecanismo de reacción
– disminuye la energía de activación
• da lugar a un estado de transición distinto, más lábil y menos energético
– no altera la entalpía de reacción ni la entropía de reacción
• no altera la espontaneidad de la reacción
[Lectura: Petrucci 15.11]
46. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 46
CatálisisCatálisis
• Catalisis homogénea: el catalizador está presente en la misma
fase que reactivos y productos, normalmente líquida
– Ejemplo: descomposición del H2O2 catalizada con I-
[Lectura: Petrucci 15.11]
2 2 2H O I OI H O− −
+ → +
2 2 2 2H O OI H O O I− −
+ → + +
2 2 2 22 2H O H O O→ +
Paso 1, lento:
Paso 2, rápido:
[ ]1 1 2 2v k H O I−
=
1k I k−
=
Paso determinante
Al ser el PE2 más rápido, en cuanto desaparece I-
en el PE1, aparece
inmediatamente por el PE2, por lo que la concentración de I-
es constante, con
lo que
[ ]1 2 2v v k H O= =
En este caso, la reacción catalizada con I-
es de primer orden, como la no
catalizada, pero la constante de velocidad es mucho mayor. Además, la de la
catalizada aumenta con la concentración de catalizador, en este caso.
47. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 47
CatálisisCatálisis
• Catalisis heterogéna: el catalizador está en una fase diferente;
normalmente el catalizador es un soporte sólido sobre el que ocurre
la reacción
– Ejemplo: oxidación de CO a CO2 y reducción de NO a N2 sobre Rh
2 22 2 2Rh
CO NO CO N+ → +
48. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 49
CatálisisCatálisis
• Catalisis enzimática: reacciones catalizadas por enzimas,
proteínas de masa molar grande
– catálisis muy específica (modelo llave y cerradura)
– es una catálisis homogénea, pero tiene mucho parecido con la
catálisis en superficie
– ejemplo: descomposición de lactosa en glucosa y galactosa
catalizada por lactasa
enzima
S P→
[ ] [ ]
[ ]
0
v
M
k E S
K S
=
+
Exp.:
[ ]S
v orden cero
primer
orden
[Lectura: Petrucci 15.11]
[ ] [ ]0
v
M
k E S
K
≈
[ ] [ ]
[ ]
[ ]0
0
v
k E S
k E
S
≈ =
49. Química (1S, Grado Biología) UAM 4. Cinética química 50
CatálisisCatálisis
• Catalisis enzimática: reacciones catalizadas por enzimas,
proteínas de masa molar grande
– mecanismo de Michaelis y Menten
E S ES+ ƒ
ES E P→ +
Paso 1 R:
Paso 2 L:
[ ][ ] ( ) [ ]1 1 2k E S k k ES−= +
[ ]2 2v v k ES= =
S P→Global:
[ ] [ ]( )[ ] ( ) [ ]1 1 20
k E ES S k k ES−− = +
[ ]
[ ] [ ]
( ) [ ]
1 0
1 2 1
k E S
ES
k k k S−
=
+ +
[ ] [ ] [ ][ ] ( ) [ ]1 1 1 20
k E S k ES S k k ES−= + +
[ ] [ ]
( ) [ ]
2 1 0
1 2 1
v
k k E S
k k k S−
=
+ +
[ ] [ ]
[ ]
2 0
v
M
k E S
K S
=
+
1 2
1
M
k k
K
k
− +
=
[ES] constante:
(por 2L y 1R)
PE2 determinante:
[E]0=[E]+[ES]:
[Lectura: Petrucci 15.11]