11 ppt11cinetica
-
Upload
luis-ezequiel-morinigo -
Category
Documents
-
view
219 -
download
1
description
Transcript of 11 ppt11cinetica
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Reacciones qumicas que ocurren a velocidades muy diferentes
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Cintica
La cintica estudia la velocidad a la que
suceden los procesos qumicos.
Adems de la informacin acerca de la
velocidad a la que suceden las reacciones,
la cintica tambin puede dar idea del
mecanismo de reaccin (cmo sucede
exactamente la reaccin).
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Factores que afectan las velocidades de reaccin
Estado fsico de los reactivos
Para reaccionar, las molculas deben
entrar en contacto entre s.
Mientras ms homognea la mezcla de
los reactivos, ms rpido pueden
reaccionar las molculas.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Concentracin de los reactivos
A medida que aumenta la concentracin de
los reactivos, tambin lo hace la
probabilidad de que colisionen las
molculas de los reactivos.
Factores que afectan las velocidades de reaccin
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Temperatura
A temperaturas ms altas, las molculas
de los reactivos tienen mayor energa
cintica, se mueven ms rpido y
colisionan con ms frecuencia y con
mayor energa.
Factores que afectan las velocidades de reaccin
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Presencia de un catalizador
Los catalizadores aceleran las reacciones
modificando el mecanismo de la reaccin.
Los catalizadores no se consumen
durante el curso de la reaccin.
Factores que afectan las velocidades de reaccin
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Las velocidades de las reacciones pueden
determinarse monitoreando el cambio en la
concentracin de los reactivos o de los
productos como una funcin del tiempo.
Velocidades de reaccin
A B
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Velocidades de reaccin
La grfica de [C4H9Cl] en funcin del tiempo para esta reaccin da un curva como la de la derecha.
La pendiente de una lnea tangente a la curva en cualquier punto es la velocidad instantnea en ese tiempo.
C4H9Cl(ac) + H2O(l) C4H9OH(ac) + HCl(ac)
-
Ctedra de Qumica General
Cintica QumicaVelocidades media e instantVelocidades media e instantneanea
[A]tangente al
tiempo t
t
A B
dt
[B]d
dt
[A]dv ==
t
[B]
t
[A]v
=
=v
Velocidad media
Velocidad instantnea
[ ] [ ]t
Blim
t
Alim
dt
[B]d
dt
[A]dv
0t0t ====
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
NO + O3 NO2 + O2dt
][Od
dt
][NOd
dt
][Od
dt
[NO]dv 223 ====
2 HI(g) I2(g) + H2(g)dt
][Hd
dt
][Id
dt
[HI]d
2
1v 22 ===
Ejemplos:
a A + b B c C + d D
dt
[D]d
d
1
dt
[C]d
c
1
dt
[B]d
b
1
dt
[A]d
a
1v ====
Para una reaccin general:
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Concentracin y velocidad
Puede obtenerse informacin acerca de
la velocidad de una reaccin observando
cmo cambia la reaccin cuando cambia
la concentracin.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Concentracin y velocidad
Si se comparan los experimentos 1 y 2, se
observa que cuando se duplica [NH4+], la
velocidad inicial se duplica.
NH4+(ac) + NO2
(ac) N2(g) + 2 H2O(l)
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Concentracin y velocidad
Asimismo, cuando se comparan los
experimentos 5 y 6, se observa que cuando
se duplica [NO2], la velocidad inicial se
duplica.
NH4+(ac) + NO2
(ac) N2(g) + 2 H2O(l)
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Concentracin y velocidad
Esto significa que:
Velocidad [NH4+]
Velocidad [NO2]
Por lo tanto: Velocidad [NH4+] [NO2]
Lo cual, cuando se escribe como una ecuacin
se vuelve:
Velocidad = k [NH4+] [NO2
]
A esta ecuacin se le llama ley de velocidad, y
k es la constante de velocidad.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Leyes de velocidad
Una ley de velocidad muestra la relacin entre la velocidad de la reaccin y las concentraciones de los reactivos.
Los exponentes indican el orden de la reaccin con respecto de cada reactivo.
Dado que la ley de velocidad es:
Velocidad = k [NH4+] [NO2
]
La reaccin es:
de primer orden en [NH4+] y
de primer orden en [NO2].
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Leyes de velocidad
Velocidad = k [NH4+] [NO2
]
El orden general de la reaccin puede encontrarse adicionando los exponentes de los reactivos en la ley de velocidad.
Esta reaccin es de segundo orden general.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Leyes de velocidad
nm ]B[]A[kv =
v: velocidad
k: constante de velocidad, o velocidad especfica
m: orden de reaccin respecto de A
n: orden de reaccin respecto de B
n + m: orden global de reaccin
n y m deben determinarse experimentalmente
Ley de velocidad
Consideraremos los casos en los que v es slo funcin de
las concentraciones de reactivos:
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
I2(g) + H2(g) 2 HI(g) ]I[]H[kdt][Hd
v 222 ==
Br2(g) + H2(g) 2 HBr(g)2/1
222 ]Br[]H[k
dt
][Hdv ==
Ejemplos:
En general el orden de reaccin no est relacionado con los
coeficientes estequiomtricos de la ecuacin balanceada
Los rdenes de reaccin pueden ser nmeros enteros o
fraccionarios
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Molaridad (M) = moles L-1
Las unidades de la constante de velocidad (k) dependen
del orden de reaccin
n ley de veloc. unidades de k unidades de v
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Leyes de velocidad integradasLeyes de velocidad integradas
Para conocer cmo varan las concentraciones de los
reactivos y productos en funcin del tiempo podemos
integrar las leyes de velocidad.
Tiempo medio de reaccin (t1/2): tiempo necesario para
que la concentracin inicial de reactivo se reduzca a la
mitad
Para t=t1/2, [ ][ ]
20AA =
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Del anlisis de los tiempos medios, o graficando la
concentracin de reactivo en funcin del tiempo, tambin es
posible hallar experimentalmente el orden de reaccin.
Orden Ecuac. de veloc. Ecuac. Integrada Tiempo medio
Cero
Uno
Dos
v = k
v = k [A]
v = k [A]2
tk][A-[A] 0 =
tk[A]
[A]ln
0
=k
2lnt 2/1 =
tk]A[
1
[A]
1
0
=
k2
]A[t 02/1 =
02/1
]A[k
1t =
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Temperatura y velocidad
Por lo general, a medida
que aumenta la
temperatura, aumenta la
velocidad de la reaccin.
Esto se debe a que k
depende de la
temperatura.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Modelo de colisiones
En una reaccin qumica, se rompen
enlaces y se forman nuevos enlaces.
Las molculas slo pueden reaccionar
si colisionan entre s.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Modelo de colisiones
Las molculas deben colisionar con la
orientacin correcta y con la energa suficiente
para ocasionar la ruptura y formacin de
enlaces.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Energa de activacin En otras palabras, se requiere una cantidad mnima de
energa para la reaccin: energa de activacin, Ea.
Al igual que la pelota no puede subir la colina si no rueda
hacia arriba con la suficiente energa, una reaccin no
puede ocurrir a menos que las molculas posean
suficiente energa para superar la barrera de la energa de
activacin.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
La ecuacin de Arrhenius
Svante Arrhenius desarroll una relacin matemtica
entre k y Ea:
k = A e
donde A es el factor de frecuencia; un nmero que
representa la probabilidad de que las colisiones
sucedan con la orientacin apropiada para la
reaccin.
-EaRT
aE
RTk Ae
=
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
=
=
12
a
1
2
a
T
1
T
1
R
E
k
kln
RT
EAlnkln
RT/EaeAk=
Conociendo k a dos temperaturas diferentes es posible
calcular Ea
1/Temperatura, 1/T
L
o
g
a
r
i
t
m
o
d
e
l
a
c
o
n
s
t
a
n
t
e
d
e
v
e
l
o
c
i
d
a
d
,
l
n
k
Pendiente = -Ea/R
En forma linealizada:
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Mecanismos de reaccin
Las reacciones pueden suceder a travs
de una o de varias etapas.
A cada uno de estos procesos se le llama
reaccin elemental o proceso elemental.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Mecanismos de reaccin
La molecularidad de un proceso indica cuntas
molculas estn involucradas en el proceso.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Catlisis La catlisis aumenta la velocidad de una
reaccin al disminuir la energa de activacin de
la reaccin.
La catlisis cambia el mecanismo por el cual
sucede el proceso.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Catlisis
Una forma en la
que un
catalizador puede
acelerar una
reaccin es juntar
los reactivos y
ayudar a que se
rompan los
enlaces.
-
Ctedra de Qumica General
Cintica Qumica
Enzimas
Las enzimas son los
catalizadores en los
sistemas biolgicos.
El sustrato se ajusta
dentro del sitio activo
de la enzima de
forma muy similar a
como una llave
encaja en una
cerradura.