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Cinética de las reacciones químicas.
- Introducción a la cinética de
reacciones homogéneas.
- La cinética complementa a la termodinámica al proporcionar información
dela velocidad y el mecanismo de transformación de reactivos en
productos. No todas las reacciones se prestan a un estudio cinético. Así,
las iónicas proceden con tanta rapidez que parecen instantáneas
- La velocidad de una reacción depende de la naturaleza de las sustancias,
temperatura y concentración de los reactivos. Un incremento de
temperatura produce casi invariablemente un aumento de velocidad; en
efecto, en muchas reacciones un ascenso de 10ºC duplica dicha velocidad,
y a veces el efecto es aún mayor.
- . La presencia de un catalizador ó inhibidor puede cambiar la velocidad en varias
potencias de diez. A partir del estudio de la velocidad de una reacción y de su
dependencia de todos estas factores, se puede aprender mucho acerca de las etapas
detalladas por medio de las que los reactivos se convierten en productos.
- . La presencia de un catalizador ó inhibidor puede cambiar la velocidad en varias
potencias de diez. A partir del estudio de la velocidad de una reacción y de su
dependencia de todos estas factores, se puede aprender mucho acerca de las etapas
detalladas por medio de las que los reactivos se convierten en productos.
- La velocidad de una reacción depende de la naturaleza de las sustancias,
temperatura y concentración de los reactivos. Un incremento de
temperatura produce casi invariablemente un aumento de velocidad; en
efecto, en muchas reacciones un ascenso de 10ºC duplica dicha velocidad,
y a veces el efecto es aún mayor.
- La cinética complementa a la termodinámica al proporcionar información
dela velocidad y el mecanismo de transformación de reactivos en
productos. No todas las reacciones se prestan a un estudio cinético. Así,
las iónicas proceden con tanta rapidez que parecen instantáneas
- Medición de la velocidad de reacción.
- La rapidez con la que se produce una transformación química es
un aspecto muy importante. Tanto desde el punto de vista del
conocimiento del proceso como de su utilidad industrial,
interesa conocer la velocidad de la reacción y los factores que
pueden modificarla.
- La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la
concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo,
esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien
la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la
cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo.
- aA + bB → cC + dD
- aA + bB → cC + dD
- La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la
concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo,
esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien
la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la
cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo.
- La rapidez con la que se produce una transformación química es
un aspecto muy importante. Tanto desde el punto de vista del
conocimiento del proceso como de su utilidad industrial,
interesa conocer la velocidad de la reacción y los factores que
pueden modificarla.
- Orden y grado molecular de las reacciones
- La velocidad de una reacción química es aquella a la que las
concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el
tiempo, es decir, - dC / dt, donde C es la concentración del reactivo
y t el tiempo.
- La velocidad de una reacción encada instante es proporcional a la
concentración de los reactivos con cada concentración elevada a una
potencia igual al número de moléculas de cada especie partícipe en el
proceso.
- n = n1+ n2 + n3 +....
- n = n1+ n2 + n3 +....
- La velocidad de una reacción encada instante es proporcional a la
concentración de los reactivos con cada concentración elevada a una
potencia igual al número de moléculas de cada especie partícipe en el
proceso.
- La velocidad de una reacción química es aquella a la que las
concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el
tiempo, es decir, - dC / dt, donde C es la concentración del reactivo
y t el tiempo.
- Reacciones de primer orden.
- En una reacción de primer orden, la velocidad de reacción es
directamente proporcional a la concentración de una única especie A y
es independiente de las concentraciones de todas las demás. Por lo
tanto, la ecuación de la velocidad de reacción será:
- ? = [2?]1
- Cuando es de orden uno la velocidad de reacción es directamente
proporcional a la concentración ya que esta elevada ala uno y por ende al
momento de duplicar la concentración en un reactivo también la
velocidad de reacción será duplicada.
- Cuando es de orden uno la velocidad de reacción es directamente
proporcional a la concentración ya que esta elevada ala uno y por ende al
momento de duplicar la concentración en un reactivo también la
velocidad de reacción será duplicada.
- ? = [2?]1
- En una reacción de primer orden, la velocidad de reacción es
directamente proporcional a la concentración de una única especie A y
es independiente de las concentraciones de todas las demás. Por lo
tanto, la ecuación de la velocidad de reacción será:
- Reacciones de segundo orden.
- Hay dos tipos principales de reacciones de segundo orden sencillas. La forma
más simple es aquella en la que la velocidad de reacción es proporcional al
cuadrado de la concentración de una sola especie de las que intervienen en la
reacción. Es decir, cuando la ecuación de la velocidad es de la forma:
- V = k⋅[A]2
- La otra posibilidad es que la velocidad de reacción sea proporcional al
producto de las concentraciones de dos especies. O sea:
- V = k⋅[A]⋅[B]
- V = k⋅[A]⋅[B]
- La otra posibilidad es que la velocidad de reacción sea proporcional al
producto de las concentraciones de dos especies. O sea:
- V = k⋅[A]2
- Hay dos tipos principales de reacciones de segundo orden sencillas. La forma
más simple es aquella en la que la velocidad de reacción es proporcional al
cuadrado de la concentración de una sola especie de las que intervienen en la
reacción. Es decir, cuando la ecuación de la velocidad es de la forma:
- Reacciones de tercer orden.
- Una reacción de tercer orden puede ser el resultado de la reacción de un solo reactivo,
dos o tres reactivos. Si los dos o tres reactivos están implicados en la reacción, pueden
tener concentraciones iniciales iguales o diferentes.
- Dependiendo de las condiciones de la ecuación de velocidad diferencial se puede formular e integrar
para dar la ecuación de velocidad. En algunos casos, las expresiones de velocidad se han dado como
sigue:
- -d[A]/dt = k[A]^3
- -d[A]/dt = k[A]^3
- Dependiendo de las condiciones de la ecuación de velocidad diferencial se puede formular e integrar
para dar la ecuación de velocidad. En algunos casos, las expresiones de velocidad se han dado como
sigue:
- Una reacción de tercer orden puede ser el resultado de la reacción de un solo reactivo,
dos o tres reactivos. Si los dos o tres reactivos están implicados en la reacción, pueden
tener concentraciones iniciales iguales o diferentes.
- Reacciones seudo moleculares.
- Hay muchas reacciones que obedecen una ecuación de velocidad de
primer orden, aunque en realidad son bi o trimoleculares. Como
ejemplo de ellas podemos señalar la descomposición del sulfuro de
carbonilo en agua, esto es:
- COS + H2O CO2 + H2S
- De acuerdo con la ley de acción de masas, esta reacción debería ser de
segundo orden, con la velocidad dependiente de la concentración tanto del
sulfuro de carbonilo como del agua.
- En realidad, se encuentra que la velocidad es de primer orden en relación
con el sulfuro de carbonilo e independientemente del agua. Las reacciones
que presentan este comportamiento se llaman pseudomoleculares.
- Aparecen reacciones pseudomoleculares siempre que uno ó más reactivos permanecen
constantes durante el curso de una experiencia. Este es el caso de aquéllas que tienen
lugar en disolventes que son uno de los reactivos, como en el caso de la descomposición
del sulfuro de carbonilo en agua, o la esterificación del anhídrido acético en alcohol.
- Aparecen reacciones pseudomoleculares siempre que uno ó más reactivos permanecen
constantes durante el curso de una experiencia. Este es el caso de aquéllas que tienen
lugar en disolventes que son uno de los reactivos, como en el caso de la descomposición
del sulfuro de carbonilo en agua, o la esterificación del anhídrido acético en alcohol.
- En realidad, se encuentra que la velocidad es de primer orden en relación
con el sulfuro de carbonilo e independientemente del agua. Las reacciones
que presentan este comportamiento se llaman pseudomoleculares.
- De acuerdo con la ley de acción de masas, esta reacción debería ser de
segundo orden, con la velocidad dependiente de la concentración tanto del
sulfuro de carbonilo como del agua.
- COS + H2O CO2 + H2S
- Hay muchas reacciones que obedecen una ecuación de velocidad de
primer orden, aunque en realidad son bi o trimoleculares. Como
ejemplo de ellas podemos señalar la descomposición del sulfuro de
carbonilo en agua, esto es:
- Reacciones reversibles.
- La mayor parte de las reacciones químicas terminan cuando termina la
cantidad de reactivos. Algunos procesos no se completan. El hecho de que
esto suceda puede ser explicado por la reversibilidad de la reacción.
- Luego de formar los productos, estos productos vuelven a formar los reactivos
originales. Si ciertas modificaciones no fuesen modificadas, esas reacciones no
llegarán al final. Ellas tienden a alcanzar el equilibrio químico.
- A + B → C + D
A + B ← C +D
- A + B ⇄ C + D
- A + B ⇄ C + D
- A + B → C + D
A + B ← C +D
- Luego de formar los productos, estos productos vuelven a formar los reactivos
originales. Si ciertas modificaciones no fuesen modificadas, esas reacciones no
llegarán al final. Ellas tienden a alcanzar el equilibrio químico.
- La mayor parte de las reacciones químicas terminan cuando termina la
cantidad de reactivos. Algunos procesos no se completan. El hecho de que
esto suceda puede ser explicado por la reversibilidad de la reacción.
- Reacciones consecutivas y paralelas
- Reacciones Consecutivas
- Las reacciones irreversibles se pueden definir como aquellas que empiezan con un
reactivo inicial y producen productos o intermediarios generalmente en una sola
dirección. Las reacciones consecutivas son reacciones secuenciales irreversibles.
- Reacciones consecutivas de primer orden.
- Las reacciones consecutivas se clasifican además por el número de pasos de
reacción o el número de sustancias presentes originalmente, que definen el orden.
- Reacciones de primer orden con dos pasos. Se considerarán las reacciones
consecutivas de primer orden que incluyen solamente dos pasos de reacción:
- A1 → A2
A2→A3
- A1 → A2
A2→A3
- Reacciones de primer orden con dos pasos. Se considerarán las reacciones
consecutivas de primer orden que incluyen solamente dos pasos de reacción:
- Las reacciones consecutivas se clasifican además por el número de pasos de
reacción o el número de sustancias presentes originalmente, que definen el orden.
- Reacciones consecutivas de primer orden.
- Las reacciones irreversibles se pueden definir como aquellas que empiezan con un
reactivo inicial y producen productos o intermediarios generalmente en una sola
dirección. Las reacciones consecutivas son reacciones secuenciales irreversibles.
- Reacciones Paralelas
- Las expresiones de velocidad diferencial para el
reactivo y los productos
- La integración de la expresión correspondiente a [A] con
las condiciones iniciales de [A] = [A]0 ≠ 0 y [ P1] = [ P 2] = 0
- Las concentraciones de productos se pueden determinar sustituyendo
la expresión de [A] en las expresiones de velocidad diferencial
correspondiente a P1 y P 2,
- La dependencia de la concentración de los productos con las constates de
velocidad indica que los diversos productos se forman en cantidades relativas
que dependen de las constantes reacciones específicas.
- La dependencia de la concentración de los productos con las constates de
velocidad indica que los diversos productos se forman en cantidades relativas
que dependen de las constantes reacciones específicas.
- Las concentraciones de productos se pueden determinar sustituyendo
la expresión de [A] en las expresiones de velocidad diferencial
correspondiente a P1 y P 2,
- La integración de la expresión correspondiente a [A] con
las condiciones iniciales de [A] = [A]0 ≠ 0 y [ P1] = [ P 2] = 0
- Las expresiones de velocidad diferencial para el
reactivo y los productos
- Reacciones Consecutivas
- Efecto de la temperatura en la velocidad de reacción.
- Una ley de velocidad muestra la relación entre las
velocidades y las concentraciones. Sin embargo, las
velocidades también dependen de la temperatura.
- Con pocas excepciones la velocidad aumenta acentuadamente con
el aumento de la temperatura. Van’t Hoff, químico holandes,
observó empíricamente que a cada 10°C de elevación de la
temperatura, la velocidad de reacción se duplica:
- Kt + 10/Kt = 2
- Más allá que depende ligeramente de la temperatura, este efecto
puede ser despreciado para pequeños intervalos de temperatura. El
parámetro Ea, obtenido por la inclinación (-Ea/R) de la recta, es la
energía de activación de la reacción.
- Más allá que depende ligeramente de la temperatura, este efecto
puede ser despreciado para pequeños intervalos de temperatura. El
parámetro Ea, obtenido por la inclinación (-Ea/R) de la recta, es la
energía de activación de la reacción.
- Kt + 10/Kt = 2
- Con pocas excepciones la velocidad aumenta acentuadamente con
el aumento de la temperatura. Van’t Hoff, químico holandes,
observó empíricamente que a cada 10°C de elevación de la
temperatura, la velocidad de reacción se duplica:
- Una ley de velocidad muestra la relación entre las
velocidades y las concentraciones. Sin embargo, las
velocidades también dependen de la temperatura.
- Catálisis
- La catálisis permite que los procesos tengan un menor
impacto ambiental y sean menos costosos al disminuir los
requerimientos energéticos, reducir los subproductos
formados y eliminar los vertidos contaminantes.
- La catálisis implica el estudio de los fenómenos que ocurren cuando
un catalizador disminuye la barrera energética que dificulta la
reacción entre las moléculas.
- De igual forma, es importante entender que un catalizador es una sustancia química
capaz de aumentar la velocidad de reacción tanto directa como indirectamente para
la obtención de productos y la selectividad de los reactantes transformándolos en
diferentes productos.
- Es importante resaltar que los catalizadores pueden sufrir cambios reversibles o
irreversibles, como su envenenamiento, provocando que la vida o estabilidad y la
regeneración de este, supongan un factor clave en la viabilidad del proceso
catalítico.
- Es importante resaltar que los catalizadores pueden sufrir cambios reversibles o
irreversibles, como su envenenamiento, provocando que la vida o estabilidad y la
regeneración de este, supongan un factor clave en la viabilidad del proceso
catalítico.
- De igual forma, es importante entender que un catalizador es una sustancia química
capaz de aumentar la velocidad de reacción tanto directa como indirectamente para
la obtención de productos y la selectividad de los reactantes transformándolos en
diferentes productos.
- La catálisis implica el estudio de los fenómenos que ocurren cuando
un catalizador disminuye la barrera energética que dificulta la
reacción entre las moléculas.
- La catálisis permite que los procesos tengan un menor
impacto ambiental y sean menos costosos al disminuir los
requerimientos energéticos, reducir los subproductos
formados y eliminar los vertidos contaminantes.
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