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Cinética química
Reacciones químicas•Una reacción está gobernada por dosaspectos:  •La rapidez con la que se realiza:  aspecto cinético CI...
• Hidrógeno y oxígeno son  colocados en un globo en           Formación del  proporción 2:1,                        agua  ...
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Rapidez de una reacción (r)                                           ∆ [B](i) Reactantes  B               rB =          ...
EjemploSea la rxn: N2(g) + 3 H2  2 NH3• La rapidez de consumo de H2 es el triple de ladel consumo de N2rH2 = 3 rN2  rN2 ...
Expresión de la rapidez    • En general, para la rxn:    aA+bB→cC+dD    rA                rB                 rC           ...
Un ejemplo             N2O5                  2 NO2 + 1/2 O2       [M]       0.32                               [NO2]      ...
¿Por qué ocurren las reacciones? Las reacciones químicas se producen por los choques eficaces entre las moléculas de react...
CH3Br + Cl-  CH3Cl + Br-                Esta reacción se                sustitución simple                ocurrirá sólo s...
Modelo del estado de transiciónDiagramas de energía de activación     • durante la reacción se forman especies       inest...
Perfil de una reacción    • El transcurso de una reacción      puede ser representado      mediante un diagrama de      en...
Perfil de una reacciónA s í, la s r e a c c io n e s e x o te r m ic a s y e n d o té r m in a s p u e d e n r e p r e s e...
Reacciones      exotérmicas         endotérmicasFe2O3 + 2 Al  2Fe + Al2O3 + energía   2NH4SCN + Ba(OH)2 + calor         ...
Diagrama de energíaEn el diagrama se aprecian:Ea = energía de activación∆H = entalpía de reacciónH = entalpía = contenido ...
Ley de acción de masas Dada por Guldberg y Waage: “ La velocidad de una reacción es proporcional a las concentraciones de ...
Reacciones elementales• Es aquella que ocurre en una sola etapa, es  decir su ecuación muestra que especies  chocan direct...
Ejemplo de reacción elementalN2O + NO  N2 + NO2 + 139 kJ    Complejos                     Estado de    activados         ...
Reacciones complejas o por etapas• Son las que ocurren en varias etapas. Es  decir su ecuación no muestra las especies  qu...
Una reacción por etapas• Las soluciones A  y B producen una  solución roja.  Luego, al  adicionar la  solución C, la  solu...
Nota• Solo en reacciones elementales, el orden  de la rxn se obtiene de la estequiometría.• Rxn unimolecular: A  prod  rr...
Factores que afectan la rrxnSon aquellos que modifican el número de choquesefectivos1.- Estado físico de los reactivos  La...
Factores que afectan la rrxn3.- TemperaturaUn incremento de la temperatura provoca unincremento en la energía cinética de ...
Reacción no catalizada                                                          Reacción catalizada                       ...
E.A sin catalizador                                                                                   E.A con catalizador ...
Descomposición catalítica del H2O2  H2O2 (ac) O2(g) + 2 H2O(l)
Un catalizador cambia el perfil de una              reacción
TIPOS DEREACCIONES         A   B
Problemas de aplicación
Una reacción de primer orden alcanza el 30% en 35 minutos.¿Cuál es el valor de la constante de velocidad expresada enmin-1...
Problemas aplicativos1. Para la reacción siguiente, indique como se   relaciona la velocidad de desaparición de   cada rea...
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SolucionesSolución 1.
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GRACIAS
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Cinetica quimica actualizada hoy

  1. 1. CICLO 2012-III Módulo: Unidad: IV Semana: 7 FISICO QUIMICA DE LOS PROCESOS AMBIENTALESProf. Quím. Jenny M. Fernández Vivanco
  2. 2. Cinética química
  3. 3. Reacciones químicas•Una reacción está gobernada por dosaspectos: •La rapidez con la que se realiza: aspecto cinético CINÉTICA QUÍMICA •La posibilidad de su realización: aspecto termodinámico EQUILIBRIO QUÍMICO
  4. 4. • Hidrógeno y oxígeno son colocados en un globo en Formación del proporción 2:1, agua 2H2(g) + O2(g)  2H2O(g) – Esta mezcla tiene la posibilidad de formar agua, sin embargo la reacción no ocurrirá hasta colocar una pequeña llama en la base del globo. – Los dos gases reaccionan explosivamente para formar agua. – La reacción es altamente exotérmica, de modo que el agua formada estará en fase gaseosa antes que en líquido.
  5. 5. Rapidez de una reacción (r)Indica la rapidez con la que se forman los productos o aquella con la que se consumen los reactantes. Indica como cambia la concentración de los reactantes o de los productos en la unidad de tiempo.
  6. 6. Rapidez de una reacción (r) ∆ [B](i) Reactantes  B rB = ∆t Rapidez de formación de B ∆ [A](ii) A  productos rA = - ∆t Rapidez de desaparición de A [X] = concentración molar de X (mol/L)
  7. 7. EjemploSea la rxn: N2(g) + 3 H2  2 NH3• La rapidez de consumo de H2 es el triple de ladel consumo de N2rH2 = 3 rN2  rN2 = (1/3) rH2• También:rNH3 = 2 rN2  rN2 = (1/2) rNH3• Luego:rN2 = (1/3) rH2 = (1/2) rNH3
  8. 8. Expresión de la rapidez • En general, para la rxn: aA+bB→cC+dD rA rB rC rD = = = a b c d 1 Δ[A] 1 Δ[B] 1 Δ[C] 1 Δ[D] = rrxn- =- = = a Δt b Δt c Δt d Δt Ley diferencial de la velocidad
  9. 9. Un ejemplo N2O5 2 NO2 + 1/2 O2 [M] 0.32 [NO2] 0.24 [O2] 0.16 0.08 [N2O5] 0 2 4 6 8 10 tiempo (min) -Δ[N2O5] 1 Δ[NO2] 1 Δ[O2]rapidez = = = Δt 2 Δt 1/2 Δt
  10. 10. ¿Por qué ocurren las reacciones? Las reacciones químicas se producen por los choques eficaces entre las moléculas de reactivosVeamos la reacción de formación del HI a partirde I2 e H2 H I H I H H I ca z H HI + HI Choque efi I I H I No e H fic az I H I2 + H2 I H I H I Teoría de las colisiones I2 H2 Además del choque en la dirección adecuada las moléculas tienen que tener una energía suficiente; esta energía mínima se denomina
  11. 11. CH3Br + Cl-  CH3Cl + Br- Esta reacción se sustitución simple ocurrirá sólo si el Cl- ataca al sustrato por detrás del enlace C-Br, es decir se presenta en la posición adecuada.
  12. 12. Modelo del estado de transiciónDiagramas de energía de activación • durante la reacción se forman especies inestables y de alta energía: los complejos activados. • El complejo activado de mayor energía se conoce como estado de transición, intermedio entre los reactivos y los productos. • El modelo del estado de transición supone que el estado de transición: • está en equilibrio, a muy bajas concentraciones, con los reactivos. • puede descomponerse en productos, si posee la
  13. 13. Perfil de una reacción • El transcurso de una reacción puede ser representado mediante un diagrama de energía (energía potencial vs avance de la reacción), en el cual se aprecia la variación de energía durante la reacción.
  14. 14. Perfil de una reacciónA s í, la s r e a c c io n e s e x o te r m ic a s y e n d o té r m in a s p u e d e n r e p r e s e n ta r s e c o m o : E n e r g ía p o te n c ia l E n e r g ía p o te n c ia l E s ta d o d e E s ta d o d e T r a n s ic ió n T r a n s ic ió n E n e r g ía E n e r g ía d e a c tiv a c ió n d e a c tiv a c ió n R e a c t iv o s P r o d u c to s ∆H > 0 ∆H < 0 R e a c t iv o s P ro d u cto s a v a n c e d e la r e a c c ió n a v a n c e d e la r e a c c ió n R e a c c ió n e x o té r m ic a R e a c c ió n e n d o té rm ic a R  P + calor R + calor  P
  15. 15. Reacciones exotérmicas endotérmicasFe2O3 + 2 Al  2Fe + Al2O3 + energía 2NH4SCN + Ba(OH)2 + calor  NH3 + 2H2O + Ba(SCN)2
  16. 16. Diagrama de energíaEn el diagrama se aprecian:Ea = energía de activación∆H = entalpía de reacciónH = entalpía = contenido de energíaalmacenada en las sustancias (energíapotencial)∆H = Hproductos – HreactantesEn una reacción exotérmica  ∆H < 0En una reacción endotérmica  ∆H > 0
  17. 17. Ley de acción de masas Dada por Guldberg y Waage: “ La velocidad de una reacción es proporcional a las concentraciones de los reactantes elevadas a ciertos exponentes” Sea la rxn: 3A + 2B  C + D rA r B rrxn = = = rC = rD = k [A]α[B]β 3 2 k = cont. Específica de velocidad A mayor número de moléculas α, β = entero o fracción, obtenido de reactantes, mayor será el experimentalmente número de choques, y mayor la α + β = orden global rapidez de la reacción !! de la reacción
  18. 18. Reacciones elementales• Es aquella que ocurre en una sola etapa, es decir su ecuación muestra que especies chocan directamente para dar los productos.
  19. 19. Ejemplo de reacción elementalN2O + NO  N2 + NO2 + 139 kJ Complejos Estado de activados transición
  20. 20. Reacciones complejas o por etapas• Son las que ocurren en varias etapas. Es decir su ecuación no muestra las especies que chocan directamente.• Ejemplo: H2O2 + 2 Br- + 2H+  Br2 + 2 H2O Es imposible pensar en el choque simultáneo de más de 3 especies!!• Etapas (mecanismo): (i) Br- + H+ + H2O2  HOBr + H2O (ii) H+ + HOBr + Br-  H2O + Br2 H2O2 + 2Br- + 2H+  Br2 + 2 H2O
  21. 21. Una reacción por etapas• Las soluciones A y B producen una solución roja. Luego, al adicionar la solución C, la solución se torna blanca lechosa, la que luego de un tiempo se vuelve azul.
  22. 22. Nota• Solo en reacciones elementales, el orden de la rxn se obtiene de la estequiometría.• Rxn unimolecular: A  prod rrxn = k[A]• Rxn bimolecular: A + B  prod rrxn = k[A][B]• Rxn bimolecular: 2 A  prod rrxn = k[A]2• Rxn trimolecular: 3A  prod rrxn = k[A]3• Rxn trimolecular: A + 2B  prod rrxn =
  23. 23. Factores que afectan la rrxnSon aquellos que modifican el número de choquesefectivos1.- Estado físico de los reactivos Las reacciones son más rápidas si los reactivos son gaseosos o están en solución. En las reacciones heterogéneas la velocidad dependerá de la superficie de contacto entre ambas fases, siendo mayor cuanto mayor es el estado de división. 2.- Concentración de los reactivos A mayor número de moléculas, mayor número de choques efectivos, y por tanto mayor rapidez de la reacción.
  24. 24. Factores que afectan la rrxn3.- TemperaturaUn incremento de la temperatura provoca unincremento en la energía cinética de las moléculas, loque hace que sea mayor el número de moléculas quealcanza la energía de activación, aumentando tambiénla probabilidad de choques efectivos.4.- CatalizadoresUn catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad dereacción sin consumirse.El catalizador actúa cambiando la trayectoria (el mecanismo)de la reacción, disminuyendo la energía de activaciónnecesaria y aumentando la velocidad de reacción.
  25. 25. Reacción no catalizada Reacción catalizada Complejo Complejo activado activado Energía de activación Energía de activación Energía potencial E.AEnergía potencial Productos Reactivos ∆H<0 ∆H>0 Reactivos Productos Transcurso de la reacción Transcurso de la reacción Reacción exotérmica Reacción endotérmica Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de reacción
  26. 26. E.A sin catalizador E.A con catalizador negativo Los catalizadores E.A con catalizador positivo negativos aumentan la Complejo energía de activación Complejo activado activado Los catalizadores Energía positivos disminuyen de activación la energía de activación Energía EnergíaEnergía E.A de activación E.A Productos Reactivos ∆H<0 ∆H>0 Reactivos Productos Transcurso de la reacción Transcurso de la reacción Reacción exotérmica Reacción endotérmica
  27. 27. Descomposición catalítica del H2O2 H2O2 (ac) O2(g) + 2 H2O(l)
  28. 28. Un catalizador cambia el perfil de una reacción
  29. 29. TIPOS DEREACCIONES A B
  30. 30. Problemas de aplicación
  31. 31. Una reacción de primer orden alcanza el 30% en 35 minutos.¿Cuál es el valor de la constante de velocidad expresada enmin-1? Y ¿Qué porcentaje del reactivo queda sin reaccionar alcabo de 5 horas de iniciada la reacción?
  32. 32. Problemas aplicativos1. Para la reacción siguiente, indique como se relaciona la velocidad de desaparición de cada reactivo con la velocidad de aparición de cada producto: B2H6(g) + 3 O2(g) → B2O3(s) + 3 H2O(g)
  33. 33. 8
  34. 34. SolucionesSolución 1.
  35. 35. Solución 2.
  36. 36. Solución 3.
  37. 37. Solución 4.
  38. 38. Solución 5.
  39. 39. Solución 7.
  40. 40. Solución 8.
  41. 41. GRACIAS

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