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Diamante
V????? Grafito
TEMA 2:CINÉTICA QUÍMICA
La termodinámica “intuitivamente” dice que las cosas tienden a su estado
de mínima energía, pero ¿cuánto tiempo tardan los sistemas en alcanzar
ese estado?
A 0.1 GPa y 1000K el diamante es inestable y debería pasar a estructura
grafito. No obstante el movimiento de átomos en esa transición es tan lento
que puede durar millones de años. La termodinámica no dice absolutamente
nada sobre la velocidad de los procesos (Un
diamante, ¿es para siempre?)
Estudio de reacciones químicas
Cinética Química : Estudia la velocidad de los procesos químicos así como las variables
que influyen en ella y las distintas etapas por las que los reactivos se convierten en
productos.
CINÉTICA QUÍMICA
Velocidad
de reacción
Ecuación cinética
orden de rx,
determinació
n ecuación
de la
velocidad
Relación
concentraci
ón-tiempo:
ecuaciones
integradas
Factores que
influyen en
la velocidad
de rx
Mecanismos de rx
mecanismo
molecularid
ad
Modelos Teóricos
de la Cinética
Química
Teoría de
las
colisiones
Teoría del
estado de
transición
ASPECTOS TERMODINÁMICOS
ASPECTOS CINÉTICOS
Velocidad de
reacción
1.Velocidad de reacción
Magnitud que permite determinar la variación que experimenta la
concentración de cualquiera de las especies que intervienen en una
reacción química en función del tiempo.
[A]
A P
[P]
t (s)
Pendiente de la
recta tangente
a la curva en
un punto
Tiene unidades que dependen de n y m, y deben ser tales de manera
que las unidades de la velocidad sean molar/s (M/s)
M
1-(m+n+...)
/ t
Determinación de la ecuación de velocidad: MÉTODO DE LAS
VELOCIDADES INICIALES
Paso 1 : Determinar los órdenes de reacción en el instante inicial,
eligiendo convenientemente las concentraciones de reactivos
experimen
to
CA0/ M CB0/ M (^) v 0
/ Ms
1 CA1 CB1 v 1
2 CA2 CB2 =CB1 v 2
3 CA3 =CA1 CB3 v 3
Paso 2 : Determinar la constante de velocidad a partir de los datos de
concentración y velocidad inicial de cualquiera de los experimentos
anteriores.
EJEMPLO:
velocidad – concentración
H2O2
Medida directa: concentración - tiempo (mirar ejercicio presen)
Integración Ecuaciones cinéticas Ecuación matemática que relaciona
las concentraciones molares de los reactivos con el tiempo
3.Factrores que intervienen en la Velocidad de reacción
Concentración de los reactivos: “A mayor concentración, mayor
número de choques entre las moléculas y, por tanto,
mayor velocidad de reacción”.
FACTORES ENGLOBADOS EN LA CONSTANTE CINÉTICA
Catalizadores Los catalizadores son sustancias que,
sin consumirse en la reacción, varían la velocidad de
la misma, aumentándola si son catalizadores
positivos (disminuye la Ea) y la disminuyen si son
catalizadores negativos o inhibidores (aumenta la
Ea).
Estado físico de los reactivos: La Interacción directa
favorece las reacciones directas
Reacciones homogéneas: más rápidas
Reacciones heterogéneas: más lentas
Influencia de la temperatura: La velocidad de una reacción
aumenta con la Temperatura
ECUACIÓN DE ARRHENIUS (1889):
La constante de velocidad de la mayoría de las reacciones aumenta con la T
según:
E
a
: Energía de activación:
energía mínima de las moléculas para que haya reacción
A : Factor de frecuencia
K : Constante de la ecuación de velocidad
R : Constante de los gases ideales (usando 8.3145 J·mol
·K
T : temperatura
RT
k A e Ea
ejer
4.Mecanismos de reacción
Descripción detallada de una reacción química presentada como una serie
de cambios denominados procesos elementales, que dan lugar a una
reacción global y se corresponden con al avance de la reacción
Consistente con la estequiometría de la reacción global
Consistente con la ecuación de velocidad experimental
Etapas elementales:
Transformación molecular que modifica de forma importante la energía o
geometría de una molécula, o produce una o más nuevas moléculas en una
sola etapa intermedia. Estas etapas se caracterizan por:
Los órdenes parciales coinciden con los coeficientes estequiométricos
Si una etapa elemental transcurre mucho más lenta que las demás
etapas elementales del mecanismo, será la etapa limitante de la
velocidad, determinando la velocidad de la reacción global
Los procesos elementales son reversibles y algunos pueden alcanzar
una condición de equilibrio en la que las velocidades de los procesos
directo e inverso se igualan.
Molecularidad
Número total de especies que intervienen como reactivos en una etapa
elemental: unimolecular, bimolecular, trimolecular, …
Especies químicas intermedias
Especies que se producen en un proceso elemental y se consumen en otro
(NO aparecen en la ecuación de velocidad global)
TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
La aproximación de los reactivos da
lugar a la formación de un estado
intermedio de alta energía, alta
inestabilidad y corta duración:
COMPLEJO ACTIVADO (estructura
intermedia entre los reactivos y los
productos).
El complejo activado está en un
estado transitorio llamado estado
de transición (ET) , que se
descompone por su elevada
energía, dando lugar o bien a los
reactivos o bien a los productos.
Para representar estos procesos se
utilizan diagramas de energía
( perfil energético de la reacción ), donde se representa la cantidad de
energía en función del avance de la reacción:
La energía que necesitan los reactivos para alcanzar
este complejo se llama energía de activación : E a
A mayor E a
menor velocidad de
reacción en general
EJERCICIOS DEL TEMA
ENDOTÉRMICA
(sistema absorbe
E )
EXOTÉRMICA
(sistema libera E )
