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Una introducción a la cinética química, con énfasis en la ley de velocidad y el orden de reacciones. Se abordan reacciones de orden cero y primer orden, así como reacciones de pseudo primer orden. Además, se discute el efecto de la temperatura en las constantes de velocidad.
Qué aprenderás
Tipo: Apuntes
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4.0 Cinética química 4.1. Ley de las velocidades. 4.2. Reacción de orden cero y de primer orden. 4.3. Reacciones de pseudo primer orden. 4.4. Vida media y su relación con la constante de velocidad. 4.5. Efecto de la temperatura en las constantes de velocidad. 4.6. Catalizadores.
Cinética química es la parte de la química que estudia la velocidad o rapidez con que transcurren las reacciones químicas, y se refiere a la variación de las concentraciones de reactivos y productos con el tiempo. Y tiene, además, como objetivo el estudio de los factores que influyen en la rapidez de un proceso químico, como lo son la temperatura, los cambios de concentración de reactantes, la adición de catalizadores, modificación de pH; fuerza iónica, constante dieléctrica, etc. La finalidad de la cinética está en:
Reacciones de orden cero orden cero respecto a alguno de los reactivos, se dice que está degenerada globalmente o respecto al reactivo en cuestión. Esto sucede a menudo cuando la abundancia de algún o algunos reactivos permite considerar que su concentración prácticamente no varía. Por ejemplo, la velocidad de disociación de un ácido en agua no depende de la concentración de ésta. Es de orden cero con respecto al agua: HCl(aq) + H 2 O(l)⇒ H 3 O+(aq) + Cl–(aq) Tanto la descomposición del NH 3 como la del HI, catalizadas por platino en caliente, poseen un orden global cero y muestran que el orden de una ecuación de velocidad no tiene por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos: 2 NH 3 (g)⇒ 3 H 2 (g) + N 2 (g) v = k 2 HI (g)⇒ H 2 (g) + I 2 (g) v = k A⇒ Productos La representación gráfica de los datos experimentales [A] frente al tiempo es una recta cuya pendiente es la constante k de velocidad. Reacciones de primer orden Una reacción de primer orden se puede representar por: A⇒ Productos y su ecuación de velocidad vendrá dada por:
Esta ecuación se puede integrar con facilidad separando variables y teniendo en cuenta que los límites de integración son [A]=[A] 0 para t 0 =0 y [A]=[A] para t=t. Expresión que permite conocer la concentración de la sustancia A al cabo de un tiempo t en función de la concentración inicial [A] 0. Se trata de una reacción de primer orden, donde la concentración de reactivo decrece exponencialmente con el tiempo, con una velocidad determinada por k. Variación de la concentración de la sustancia A frente al tiempo para reacciones de primer orden. La pendiente de la recta nos permite determinar el valor de la constante de velocidad k.
La vida fraccionaria de una reacción se define como el tiempo necesario para que una cierta fracción de reactivo se convierta en productos. La vida fraccionaria más usada es la vida media o período de semirreacción, t1/2. La vida media, t1/2, se define como el tiempo necesario para que la concentración de reactivo se reduzca a la mitad del valor inicial. Es decir, cuando t=t1/2 : El tiempo de vida media depende de la concentración inicial de la sustancia de una forma característica, que depende, a su vez, del orden de la reacción y, por ello, su medida es una guía indicativa del orden de reacción. Reacción de primer orden. ln [A] = ln [A] 0 – kt Para una reacción de primer orden, el tiempo de vida media de un reactivo es independiente de su concentración inicial. Reacción de segundo orden.
En este caso, el tiempo de vida media depende de la concentración inicial, de modo que cuanto mayor sea ésta, menor será el tiempo necesario para que su valor se reduzca a la mitad.
De esta ecuación podemos deducir que la constante de velocidad es directamente proporcional a la frecuencia de los choques, es mayor cuanto menor es la energía de activación y aumenta con la temperatura absoluta. Dada la forma exponencial de la ecuación, se comprende que un pequeño aumento de T produzca un elevado incremento de k y, por tanto, de la velocidad de reacción.
Desde hace tiempo se sabe que la velocidad de ciertas reacciones es susceptible de ser alterada mediante la adición de pequeñas cantidades de algunas sustancias conocidas como catalizadores. El mecanismo de actuación de los catalizadores consiste en mejorar la disposición geométrica de los reactivos y en disminuir la energía de activación de la reacción. Al disminuir la energía de activación el número de choques eficaces aumenta, lo que se traduce en una mayor velocidad de reacción. Un catalizador es una sustancia que, estando presente en una reacción química, produce una variación de su velocidad sin ser consumida durante el transcurso de aquella. Los catalizadores pueden ser positivos o negativos: Los catalizadores positivos son los que aumentan la velocidad de reacción. Son los de mayor interés. Los catalizadores negativos o inhibidores son los que disminuyen la velocidad de reacción. Resultan de especial interés en la industria alimentaria, en la que se usan como aditivos para retardar o impedir las reacciones que pueden alterar ciertos alimentos. Aunque los catalizadores participan de algún modo en reacciones intermedias, finalmente quedan inalterados, por lo que no constan como reactivos ni como productos en la ecuación estequiométrica. Su acción se limita, exclusivamente, a modificar la energía de activación, para que el estado de transición lo alcancen un mayor número de moléculas, sin afectar en absoluto a las variables termodinámicas del proceso, ΔH o ΔG.H o ΔH o ΔG.G. Los catalizadores no modifican las posiciones energéticas ni de los reactivos ni de los productos, con lo cual, no modifican los aspectos termodinámicos, ya que la variación de la energía libre (ΔH o ΔG.G) y de la entalpía (ΔH o ΔG.H) depende únicamente de los estados inicial y final de la reacción, siendo independiente del camino seguido para llegar al estado final. Tipos de catálisis. Catálisis homogénea. Un catalizador se denomina homogéneo si está en la misma fase que los reactivos. Es decir, si se trata de una reacción entre gases, el catalizador debe ser un gas; si se trata de una reacción entre líquidos, el catalizador es un líquido o se encuentra en disolución. Catálisis heterogénea.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CINETICA-QUIMICA_ https://www.ecured.cu/Cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/24-ley-de-velocidad-y-orden-de- reaccion.html https://fisicayquimicaweb.wordpress.com/2016/02/06/cinetica-quimica/
