10_CINETICA_QUIMICA

8/8/2019 10_CINETICA_QUIMICA

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Prof. Dra. Claudia Paguguy M.


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La velocidad de las reacciones qumicas abarca escalas de

tiempo amplias.

La Cintica Qumica, es el rea de la Qumica que estudia

de la rapidez o velocidadde las reacciones.

Cintica Qumica

Menortiempo

Mayortiempo


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Objetivo: comprender cmo se determinan las velocidades a las

que se llevan a cabo las reacciones y los factores que las afectan.

Cintica Qumica

Ejemplos

Rapidez con la que acta un medicamento;Formacin y agotamiento de la capa de ozono; Problemas industriales, como el descubrimiento de catalizadorespara sintetizar materiales nuevos.

Reaccin entreuna tinta azul yun decolorante


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Cintica Qumica

Las velocidades de reaccin son usualmente expresadas en unidades demoles/litro por unidad de tiempo.

La Rapidezes el cambio que ocurre en un intervalo de tiempo dado.

Siempre que se habla de rapidez, es necesario introducir la nocin

de tiempo.

Rapidez en una reaccin qumica velocidad de reaccin.

Cambio de concentracin de los reactivos o productos por unidad de

tiempo. Se puede expresar :


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4 Factores que permiten modificar la rapidez con la que ocurren las reacciones:

1. Estado fsico de los reactivos.

Las reacciones, en las que intervienen slidos, avanzan ms

rpido si se aumenta el rea superficial del slido.

Por ejemplo, un medicamento enforma de tableta se disuelve en el

estmago y entra en el torrente ms

rpido en forma de polvo fino, que en

forma de tableta.

Cintica Qumica


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A mayor concentracin, aumenta la frecuencia de colisiones,

por lo tanto, aumenta la velocidad

2. La concentracin de los reactivos.

Cintica Qumica

(a) Cuando se calienta en el aire,la lana de acero se pone

incandescente, pero se oxida

lentamente.

(b) Cuando la lana de acero se

pone en una atmsfera de

oxgeno puro, ardevigorosamente y forma Fe2O3.


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Cintica Qumica

3. La temperatura a la que se lleva a cabo la reaccin.

La velocidad de las reacciones

aumenta con la temperatura.

4. La presencia de un catalizador.

Agentes que aumentan la velocidad de

reaccin, sin transformarse.

Fermentacin del jugo de uva


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Orientacinde colisin

efectiva

Orientacinde colisininefectiva

Orientacinde colisininefectiva

Cintica Qumica

Para que ocurra la reaccin, se

requiere:

Una orientacin adecuada entre

partculas, con el fin de lograr una

colisin efectiva.

Una energa mnima necesaria

para el reordenamiento de los

electrones externos, para facilitar

la ruptura y formacin de enlaces.

Las Reacciones Qumicas. se

producen por choques eficacesentre las molculas de reactivos.


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Cintica Qumica

Ea

Svante Arrhenius, en 1888, sugiri que adems del choque eficaz las

molculas deben tener una energa suficiente para romper y formarenlaces. Esta energa mnima se denomina energa de activacin.


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El complejo activado es una asociacin transitoria muy inestable, ya que su

energa es superior a las molculas de reactivos y productos.

Cintica Qumica

I- + CH3Cl CH3I + Cl-

Reaccin exotrmica Reaccin endotrmica

Energa

Energa

Progreso de la reaccin Progreso de la reaccin

ReactantesA + B2

ReactantesA + B2

ProductosAB + B

ProductosAB + B

Eareaccin

directa

Eareaccindirecta

Eareaccin

inversa

Eareaccin

inversa


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Perfil de energa del reacomodo (isomerizacin) del metil isonitrilo. La molcula

debe superar la barrerade energa de activacin antes de formar el producto: el

acetonitrilo.

Cintica Qumica


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Cintica Qumica

La Energa cintica de una coleccin de molculas, es proporcional a la

temperatura absoluta

Si la Ea se encuentra expresada en J/mol, el valor de R ser R=8,314 J/mol K

Aplicandoln


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ProblemaLa constante especifica, k, para la siguiente reaccin de primer orden es 9,16 x10-3 s-1 a 0,0 C. La

energa de activacin de esta reaccin es 88,00 kJ/mol. Determine el valorde k a 2,0 C.

N2O5 NO2 + NO3

Cintica Qumica

Datos

Usando la ecuacin

Tomando el inverso del Ln


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Cintica Qumica

La barra que est en agua caliente

resplandece con ms fuerza que la que est

en agua fra; la reaccin es ms rpida al

principio y produce una luz ms brillante a la

temperatura ms alta.

La constante de velocidad y, por tanto, la velocidad de la

reaccin, aumenta rpidamente con la temperatura,

duplicndose por cada incremento de 10C.


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Catalizador: sustancia que modifica la rapidez de una

reaccin qumica sin sufrir un cambio qumico permanente

en el proceso.

Cintica Qumica


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Cintica Qumica


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Cintica Qumica

Reactante Producto


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Velocidad media respecto a B

Cintica Qumica

Conc.A(M) Conc.B(M) Tiempo(s)

1 0 0

0,54 0,46 20

0,30 0,70 40

Velocidad media respecto a A

Ejemplo :

Iguales


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Cintica Qumica

C4H9Cl(ac) + H2O(l) C4H9OH(ac) + HCl(ac)

Reacciones que no son 1 a 1

2 HI(g) H2(g) + I2(g)

La velocidad de desaparicin de HI es el doble de la velocidad de aparicin

de los productos.


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En general, con respecto a la reaccin:

aA + bB cC + dD

La velocidad est dada por:

Cintica Qumica


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Se puede estudiar el efecto de la concentracin en la velocidad de

reaccin.

Se debe establecer cmo depende la velocidad al comienzo de la reaccin;de las concentraciones de partida.

NH4+

(ac) + NO2-(ac) N2(g) + 2 H2O(l)

Cintica Qumica

Datos de velocidad de la reaccin entre iones amonio y iones nitrito en agua a 25 C.


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La velocidad es directamente proporcional a las concentraciones de los

reactivos.

Ecuacin de velocidad: muestra cmo depende la velocidad de las

concentraciones de los reactivos.

Cintica Qumica

La reaccin entre el CH3Br y el in OH- se efecta en un solo paso,

formndose el enlace C-O, al mismo tiempo se rompe el enlace C-Br.

Velocidad = k [NH4+] [NO2

-]


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En general, para la ecuacin

a A + bB cC + dD

La ecuacin de velocidad es:

Velocidad = k [A]m [B]n

Cintica Qumica

Nota: Las ecuaciones de velocidad pueden utilizarse para determinar las concentraciones de

los reactivos o productos, en cualquier momento del curso de una reaccin.


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A productos

Velocidad = k [A]0 = k

Velocidad = k (constante)

Si la reaccin es de orden cero la ecuacin de velocidad ser :

Cintica Qumica

Segn la ecuacin de la recta tenemos :

Y = mx + b

[A]t = -kt + [A]0

Siendo [A]0 = Conc. Inicial de A

[A]t = Conc. Final (en un

tiempo) de A

t


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t1/2 vida media de una reaccin:

Es el tiempo que requerido para que la concentracin deuno de los reactivos disminuya a la mitad de su valorinicial.

Cintica Qumica

Cintica de Orden Cero:Aproducto

[A]t = - kt + [A]0

Cuando t = t1/2

2k


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La velocidad depende de la concentracin de 1 slo reactivo

elevada a la primera potencia.

A productos

y = mx + ln [A]o Ecuacin de la recta

Cintica Qumica


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Cintica Qumica

Variacin de la presin parcial de

metil isonitrilo (CH3NC) con el

tiempo a 198,9 C, durante la

reaccin CH3NC CH3CN.

Grfica del logaritmo natural de

la presin de CH3NC en funcin

del tiempo.

Presin

parcialde

(CH3

NC)

Ln

de

Presin

parcialde

(CH3

NC)


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Cintica de Primer Orden:

A producto

Cintica Qumica

Cuando t = t1/2

Entonces t1/2 ser:


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La velocidad depende de la concentracin de un reactivoelevada a la segunda potencia, o de las concentraciones de

los reactivos cada una elevada a la primera potencia.

A productos o A + B productos

Cintica Qumica


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Cintica Qumica

Esta grfica no lineal indica que la

reaccin no es de primer orden.

Grfica lineal, que indica que la

reaccin es de segundo orden

respecto a NO2

.


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Cintica Qumica

Cintica de Segundo Orden:

Cuando t = t1/2

Entonces t1/2 ser:


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Los compuestos A y B reaccionan para formar C y D en una reaccin de

segundo orden con respecto a A y de segundo orden general. A 30C, laconstante de velocidad especfica para la reaccin es de 0,622 litros por

mol por minuto. Cul es la vida media de A si se mezclan 4,10x10 -2 Mde A con un exceso de B?

A + BC + D

Problema

Cintica Qumica


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Cintica Qumica

Ejercicios Resueltos

1. Suponga que en un instante determinado del transcurso de lareaccin:

A + 3 B 2 C + 2 D

Si [B] = 0,9986 M y que 13,20 minutos ms tarde [B] = 0,9746 M.Cul es la velocidad de reaccin durante ese perodo de tiempo,expresada en M/s?

Para la reaccin planteada, la velocidad de reaccin en relacin a B,se expresa:

13,20 min = 792 s

velocidad= 1

3

[B]

t

velocidad= 1

3

(0,9746 0,9986)M

(792 0)s=1,01x10

5(M/s)


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Cintica Qumica

2. Se midieron los datos siguientes de la reaccin entre xido ntrico ehidrgeno:

2 NO (g) + 2 H2(g) N2 (g) + 2 H2O (g)

a. Determine la ecuacin de velocidad de esta reaccin.b. Calcule la constante de velocidad.c.

Calcule la velocidad cuando [NO] = 0,050 (M) y [H2] = 0,150 (M).(c no resuelto; R. 4,6 x 10-4 M/s)

Experimento [NO](mol/L) [H2](mol/L) V(M/s)1 0,10 0,10 1,23x103

2 0,10 0,20 2,46x103

3 0,20 0,10 4,92x103



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Cintica Qumica


Primero, considerar que una ecuacin de velocidad tiene la forma:

v = k [A]m [B]n

Para esta reaccin:

v = k [NO]m [H2]n

Por lo tanto, se deben determinar los valores de m y n, los rdenes de

reaccin.

- Considerar dos experimentos en los que uno de ellos mantenga

constante la concentracin, por ejemplo:


2 0,10 0,20 2,46x103

3 0,20 0,10 4,92x103


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Cintica Qumica



2 0,10 0,20 2,46x103

3 0,20 0,10 4,92x103

-Luego, relacionar los experimentos 1 y 2, de la siguiente forma:Exp. 2 2,46 x 103 = k (0,10)m (0,20)n

Exp. 1 1,23 x 103 = k (0,10)m (0,10)n

-Resolver:Exp. 2 2,46 x 103 = k (0,10)m (0,20)n

Exp. 1 1,23 x 10

3 = k (0,10)m (0,10)n

2 = 2n

Por lo tanto, n = 1


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Cintica Qumica


- Ahora considerar dos experimentos donde se mantenga constante la

concentracin del otro reactante, en este caso, el 1 y el 3:


2 0,10 0,20 2,46x103

3 0,20 0,10 4,92x103

-Luego, relacionar los experimentos 1 y 3, y resolver:Exp. 3 4,92 x 103 = k (0,20)m (0,10)n

Exp. 1 1,23 x 103 = k (0,10)m (0,10)n

4 = 2m

Por lo tanto; m = 2


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Cintica Qumica


La Ley de velocidad o ecuacin de velocida queda:

velocidad =k[NO]2[H2]

Para calcular la constante de velocidad, k, tomar unos de losexperimentos, y reemplazar los valores conocidos de la tabla, y losrdenes de reaccin ya determinados:

Considerando el experimento 1:

velocidad =k[NO]2[H2]

1,23 x 103 = k (0,10)2 (0,10)1

k = 1,23 M-2 s-1


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Cintica Qumica


3. La descomposicin de ter dimetlico (CH3)2O, a 510 C, es un proceso deprimer orden con una constante de velocidad de 6,8 x 104 s1:

(CH3)2O (g) CH4 (g) + H2(g) + CO (g)

Si la presin inicial ter es de 135 torr, cul ser la presin parcial al cabo de1420 s?

Primero, considerar que la reaccin es de primer orden, por lo tanto se necesita la

ecuacin integrada:ln [A]t = - kt + ln [A]0

Segundo, recolectar datos (considerar presiones como concentraciones):

[A]t = ?

k = 6,8 x 104 s1

t = 1420 s (el tiempo debe tener las unidades correspondientes a k)

[A]0 = 135 torr


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Cintica Qumica


Finalmente, resolver:ln [A]t = - kt + ln [A]0

ln [A]t = (- 6,8 x 104 s1 x 1420 s) + ln (135)

ln [A]t = 3,94 (aplicar antilogaritmo natural)

[A]t = 51,4Respuesta: la presin final, al cabo de 1420 s, ser de 51,4 torr.

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