Cinética química

Cinética químicaCinética – ¿Qué tan rápido ocurre la reacción?

La velocidad de reacción es el cambio de la concentración de un reactante o un producto por unidad de tiempo (M/s).

A B

V = ̶[A]t

[A] = Cambio de concentración de A respecto a un periodo de tiempo t.

V = [B]t

[B] = Cambio de concentración de B respecto a un periodo de tiempo ∆t.

reactivos productos

A B

V = ̶[A]t

V = [B]t

Numero

de

molé

cula

s

Moléculas de A

Moléculas de B

Br2(ac) + HCOOH(ac) 2Br -(ac) + 2H+

(ac) + CO2(g)

Luz Detector

[Br2] Absorción

Velocidad promedio = –[Br2]

t= –

[Br2]final – [Br2]inicial

tfinal - tinicial

3.80 x10-5 M/s

2.28 x10-5 M/s

1.14 x10-5 M/s

Velocidad promedio = –(0.0101 – 0.0120) M

(50.0 – 0.0 )s = 3.80 x10-5 M/s

En el primer intérvalo:

Br2(ac) + HCOOH(ac) 2Br -(ac) + 2H+

(ac) + CO2(g)

Velocidad [Br2]Velocidad = k [Br2]

Conclusiones de la reacción entreBr2 + HCOOH

A medida que la reacción transcurre el Br2 se consume.A medida que el Br2 se consume la velocidad de la reacción disminuye. Ósea que:

k = constante de velocidad

Velocidad de reacción y estequiometría2A B

Dos moles de A desaparecen por cada mol de B que se forma. La velocidad de reacción se expresa como:

V = [B]t V = – [A]

t12

V = – [A]t

1a

= – [B]t

1b

= [C]t

1c

= [D]t

1d

aA + bB cC + dDEn general para la reacción:

La velocidad de reacción está dada por:

Escriba la expresión de velocidad para la siguiente reacción:

CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g)

V= –[CH4]t

V= – [O2]t

12

V=[CO2]t

V= [H2O]t

12

LEY DE LA VELOCIDADLa ley de la velocidad expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la concentración de los reactivos, elevados a alguna potencia.

La reacción es de orden x respecto a ALa reacción es de orden y respecto a BLa reacción es de orden global (x + y)

aA + bB cC + dDPara la reacción general :

V = k [A]x [B]y

La ley de la velocidad tiene la forma:

x , y son números que se determinan experimentalmente

F2 (g) + 2ClO2 (g) 2FClO2 (g)

V = k [F2]x[ClO2]y

Duplicando [F2] con [ClO2] constante, la velocidad se duplica. x = 1

Cuadruplicando [ClO2] con [F2] constante, la velocidad se cuadruplica. y = 1

V = k [F2][ClO2]Por tanto la ley de la velocidad es:

V = k [F2]x

V = k [ClO2]y

Datos de velocidad para la reacción entre F2 y ClO2Velocidad inicial

(M/s)

k = V [F2][ClO2]

y la constante de velocidad se puede obtener de esta ecuación:

LEYES DE LA VELOCIDAD

• Las leyes de la velocidad son determinadas experimentalmente.

• El orden de la reacción siempre es definido en términos de las concentraciones del reactivo (no del producto)

• El orden de un reactivo no está relacionado con el coeficiente estequiométrico del reactivo en la ecuación química balanceada.

ORDEN DE REACCIÓNESREACCIONES DE ORDEN CERO

A productos

V = -[A]t

V = k [A]0 = k

[A]t es la concentración de A en cualquier momento en mol/L [A]0 es la concentración de A en t = 0

[A]t = k -Combinando las dos ecuaciones:

[A]t = [A]0 - kt

Mediante cálculo integral se llega a:

REACCIONES DE PRIMER ORDENA productos

V = -[A]t

V = k [A]

[A]t es la concentración de A en cualquier momento en mol/L [A]0 es la concentración de A en t = 0

[A]t = k [A]-Combinando las dos ecuaciones:

ln [A]t = ln [A]0 – ktMediante cálculo integral se llega a:

La reacción 2A B es de primer orden, la constante de velocidad es de 2.8 x 10-2 s-1 a 800C. ¿Cuánto tiempo tomará para que A se reduzca de 0.88 M a 0.14 M ?ln[A]t = ln[A]0 – kt

kt = ln[A]0 – ln[A]t

t =ln[A]0 – ln[A]t

k = 65.7 s

[A]0 = 0.88 M[A]t = 0.14 M

2.8 x 10-2 s-1=ln 0.88 – ln 0.14

REACCIONES DE SEGUNDO ORDENA productos

V = -[A]t

V = k [A]2

[A]t es la concentración de A en cualquier momento en mol/L [A]0 es la concentración de A en t = 0

[A]t = k [A]2-Combinando las dos ecuaciones:

Mediante cálculo integral se llega a:1[A]t= 1[A]0

+ kt

VIDA MEDIA t1/2

Tiempo requerido para que la concentración de uno de los reactivos disminuya a la mitad de su concentración inicial.Se usa para la datación por radiocarbono 14.

t1/2 = 5.730 años

Una muestra orgánica reciente contiene mas C14 que una muestra antigua.

De manera que, entre menos carbono 14 halla en una muestra, mas antigua es esta.

Para la Rx de 1º Orden:

ln [A]t = ln [A]0 – kt ecuación integrada

Para hallar t1/2 Se sustituye [A]t por [A]0/2 y t por t1/2

¿pero, como se hallan las expresiones para los tiempos de vida media?

Estos dependen del orden de reacciónEjemplo:

ln [A]0 = ln [A]0 – kt1/2 2

ln [A]0 = – kt1/2 [A]0

2ln 2 = kt1/2

ln 2 = t1/2 k

Resumen de la cinética de las reacciones de orden cero, orden uno y orden dos

Orden Ley de velocidadEcuación de

concentración en el tiempo

0

1

2

V = k

V = k [A]

V = k [A]2

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

1[A]t

= 1[A]0

+ kt

[A]t = [A]0 - kt

A productos

t1/2

[A]0 2k ln 2 k 1

[A]0k

A + B C + D

CONSTANTE DE VELOCIDAD Y SU DEPENDENCIA CON LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Y LA TEMPERATURA

Teoría de las colisiones en cinética química:Supone que las reacciones químicas suceden como resultado de las colisiones entre las moléculas de reactivos.

Velocidad Número de colisiones s

• Por eso a mayor concentración de reactivos mayor número de colisiones y por lo tanto mayor velocidad de reacción.• Cabe suponer entonces que si la temperatura aumenta, las moléculas tendrán mayor energía y aumentaran las colisiones, incrementando así la velocidad de reacción.

Reacción exotérmicaProductos mas estables que los

reactivos

Reacción endotérmicaProductos menos estables que los reactivos

La energía de activación (Ea ) es la energía mínima requerida para iniciar una reacción.

A + B C + D++AB Complejo activado

Dependencia de la velocidad de reacción con respecto a la temperatura

k = A·e( -Ea / RT )

Ea es la energía de activación (J/mol)R constante (8.314 J/K·mol)

T es la temperatura absoluta (kelvin)A es el factor de frecuencia

Ln k = -Ea

R1T + lnA

(Ecuación de Arrhenius)

Cons

tant

e de v

eloc

idad

Temperatura

21

21

TTTT

Rkk a

2

1 E lnk1 y k2 = constantes de velocidad 1 y 2

T1 y T2 = temperaturas 1 y 2

Ecuación de Arrhenius modificada para resolucion de problemas

cambia-

¿Cual es la velocidad de la reacción ?