Prof. Quím. Jenny M. Fernández Vivanco
CICLO 2013-II Módulo:
Unidad: IV Semana: 7
FISICO QUIMICA DE PROCESOS AMBIENTALES
Quim. Jenny M. Fernández VivancoQuim. Jenny M. Fernández Vivanco
Reacciones químicas
•Una reacción está gobernada por dosUna reacción está gobernada por dos
aspectos:aspectos:
•La rapidez...
Rapidez de una reacción (r)
Indica la rapidez con la que seIndica la rapidez con la que se
forman los productos o aquellaf...
Rapidez de una reacción (r)
[B][B]
(i)(i) ReactantesReactantes  B rB rBB ==
tt
[A][A]
(ii) A(ii) A  productosproductos...
Ejemplo
Sea la rxn:Sea la rxn: NN22(g) + 3 H(g) + 3 H22  2 NH2 NH33
• La rapidez de consumo de HLa rapidez de consumo de...
Expresión de la rapidez
• En general, para la rxn:En general, para la rxn:
a A + b B → c C + d D
rA rB rC rD
= = =
a b c d...
Un ejemplo
N2O5 2 NO2 1/2 O2+
0 2 4 6 8 10
tiempo (min)
0.08
0.16
0.24
0.32
[M]
[N2O5]
[NO2]
[O2]
-Δ[N2O5]
Δt
Δ[NO2]
Δt
=
...
¿Por qué ocurren las reacciones?Las reacciones químicas se producen por los
choques eficaceseficaces entre las moléculas d...
CH3Br + Cl-
 CH3Cl + Br-
Esta reacción seEsta reacción se
sustitución simplesustitución simple
ocurrirá sólo si elocurrir...
Modelo del estado de transición
Diagramas de energía de activación
• durante la reacción se forman especies inestables y
d...
Perfil de una reacción
Perfil de una reacción
A s í, la s r e a c c io n e s e x o t e r m ic a s y e n d o t é r m in a s p u e d e n r e p r e ...
Reacciones
exotérmicas endotérmicas
FeFe22OO33 + 2 Al+ 2 Al  2Fe + Al2Fe + Al22OO33 + energía+ energía 2NH2NH44SCN + Ba(...
Diagrama de energía
En el diagrama se aprecian:En el diagrama se aprecian:
EEaa = energía de activación= energía de activa...
Dada por Guldberg y Waage:Dada por Guldberg y Waage:
““ La velocidad de una reacción es proporcional a lasLa velocidad de ...
Reacciones elementales
• Es aquella que ocurre en una sola etapa, es
decir su ecuación muestra que especies
chocan directa...
Ejemplo de reacción elemental
Estado deEstado de
transicióntransición
ComplejosComplejos
activadosactivados
NN22O + NOO + ...
Reacciones complejas o por etapas
• Son las que ocurren en varias etapas. Es
decir su ecuación no muestra las especies
que...
Una reacción por etapas
• Las soluciones A
y B producen una
solución roja.
Luego, al
adicionar la
solución C, la
solución ...
Nota
• Solo en reacciones elementales, el orden
de la rxn se obtiene de la estequiometría.
• Rxn unimolecular: A  prod
rr...
Factores que afectan la rrxn
1.- Estado físico de los reactivos1.- Estado físico de los reactivos
2.- Concentración de los...
Factores que afectan la rrxn
3.- Temperatura3.- Temperatura
Un incremento de la temperatura provoca un incremento en
la en...
Energía
de activación
Energíapotencial
Transcurso de la reacción
Complejo
activado
Reactivos
∆H<0
Energía
de activación
Tr...
Energía
de activación
Energía
Transcurso de la reacción
Complejo
activado
Reactivos
∆H<0
Energía
de activación
Transcurso ...
Descomposición catalítica del H2O2
HH22OO22 (ac)(ac) OO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(l)O(l)
Un catalizador cambia el perfil de una
reacción
A B
TIPOS DE
REACCIONES
Problemas de aplicación
Una reacción de primer orden alcanza el 30% en 35 minutos.
¿Cuál es el valor de la constante de velocidad expresada en
min...
Problemas aplicativos
1. Para la reacción siguiente, indique como se
relaciona la velocidad de desaparición de
cada reacti...
Soluciones
Solución 1.
Solución 2.
Solución 3.
Solución 4.
Solución 5.
Solución 7.
Solución 8.
GRACIAS
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Semana 7 cinetica quimica

  1. 1. Prof. Quím. Jenny M. Fernández Vivanco CICLO 2013-II Módulo: Unidad: IV Semana: 7 FISICO QUIMICA DE PROCESOS AMBIENTALES
  2. 2. Quim. Jenny M. Fernández VivancoQuim. Jenny M. Fernández Vivanco
  3. 3. Reacciones químicas •Una reacción está gobernada por dosUna reacción está gobernada por dos aspectos:aspectos: •La rapidez con la que se realiza:La rapidez con la que se realiza: aspecto cinéticoaspecto cinético CINÉTICA QUÍMICACINÉTICA QUÍMICA •La posibilidad de su realización:La posibilidad de su realización: aspecto termodinámicoaspecto termodinámico EQUILIBRIOEQUILIBRIO QUÍMICOQUÍMICO
  4. 4. Rapidez de una reacción (r) Indica la rapidez con la que seIndica la rapidez con la que se forman los productos o aquellaforman los productos o aquella con la que se consumen loscon la que se consumen los reactantes. Indica como cambiareactantes. Indica como cambia la concentración de losla concentración de los reactantes o de los productos enreactantes o de los productos en la unidad de tiempo.la unidad de tiempo.
  5. 5. Rapidez de una reacción (r) [B][B] (i)(i) ReactantesReactantes  B rB rBB == tt [A][A] (ii) A(ii) A  productosproductos rrAA = -= - tt [X] = concentración molar de X (mol/L)[X] = concentración molar de X (mol/L) ∆∆ ∆∆ ∆∆ ∆∆ Rapidez de formación de BRapidez de formación de B Rapidez de desaparición de ARapidez de desaparición de A
  6. 6. Ejemplo Sea la rxn:Sea la rxn: NN22(g) + 3 H(g) + 3 H22  2 NH2 NH33 • La rapidez de consumo de HLa rapidez de consumo de H22 es el triple de laes el triple de la del consumo de Ndel consumo de N22 rrH2H2 = 3 r= 3 rN2N2  rrN2N2 = (1/3) r= (1/3) rH2H2 • También:También: rrNH3NH3 = 2 r= 2 rN2N2  rrN2N2 = (1/2) r= (1/2) rNH3NH3 • Luego:Luego: rrN2N2 = (1/3) r= (1/3) rH2H2 = (1/2) r= (1/2) rNH3NH3
  7. 7. Expresión de la rapidez • En general, para la rxn:En general, para la rxn: a A + b B → c C + d D rA rB rC rD = = = a b c d Δ[A] Δt 1 a = - Δ[B] Δt 1 b - = Δ[C] Δt 1 c = Δ[D] Δt 1 d = r= rrxnrxn Ley diferencial de la velocidadLey diferencial de la velocidad
  8. 8. Un ejemplo N2O5 2 NO2 1/2 O2+ 0 2 4 6 8 10 tiempo (min) 0.08 0.16 0.24 0.32 [M] [N2O5] [NO2] [O2] -Δ[N2O5] Δt Δ[NO2] Δt = 1 2 Δ[O2] Δt = 1 1/2 rapidez =
  9. 9. ¿Por qué ocurren las reacciones?Las reacciones químicas se producen por los choques eficaceseficaces entre las moléculas de reactivos I I H H Choque eficaz No eficaz I I I I H H H H I I H H I I H H I2 + H2 HI + HI I2 H2 Veamos la reacción de formación del HI a partir de I2 e H2 Además del choque en la dirección adecuada las moléculas tienen que tener una energía suficiente; esta energía mínima se denomina Teoría de las colisiones
  10. 10. CH3Br + Cl-  CH3Cl + Br- Esta reacción seEsta reacción se sustitución simplesustitución simple ocurrirá sólo si elocurrirá sólo si el ClCl-- ataca alataca al sustrato porsustrato por detrás del enlacedetrás del enlace C-Br, es decir seC-Br, es decir se presenta en lapresenta en la posiciónposición adecuada.adecuada.
  11. 11. Modelo del estado de transición Diagramas 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 energía adecuada, o por el contrario convertirse de nuevo en reactivos si no contiene la energía suficiente.
  12. 12. Perfil de una reacción
  13. 13. Perfil de una reacción A s í, la s r e a c c io n e s e x o t e r m ic a s y e n d o t é r m in a s p u e d e n r e p r e s e n t a r s e c o m o : R e a c c i ó n e x o t é r m i c a E n e r g í a d e a c t i v a c i ó n E n e r g í a p o t e n c i a l a v a n c e d e l a r e a c c i ó n R e a c t iv o s P r o d u c t o s ∆ H < 0 E s t a d o d e T r a n s i c i ó n E n e r g í a p o t e n c i a l a v a n c e d e l a r e a c c i ó n R e a c t iv o s P r o d u c t o s E s t a d o d e T r a n s i c i ó n ∆ H > 0 E n e r g í a d e a c t i v a c i ó n R e a c c i ó n e n d o té r m ic a RR  P + calorP + calor R + calorR + calor  PP
  14. 14. Reacciones exotérmicas endotérmicas FeFe22OO33 + 2 Al+ 2 Al  2Fe + Al2Fe + Al22OO33 + energía+ energía 2NH2NH44SCN + Ba(OH)SCN + Ba(OH)22 + calor+ calor  NHNH33 + 2H+ 2H22O + Ba(SCN)O + Ba(SCN)22
  15. 15. Diagrama de energía En el diagrama se aprecian:En el diagrama se aprecian: EEaa = energía de activación= energía de activación ∆∆H = entalpía de reacciónH = entalpía de reacción H = entalpía = contenido de energíaH = entalpía = contenido de energía almacenada en las sustancias (energíaalmacenada en las sustancias (energía potencial)potencial) ∆∆H = HH = Hproductosproductos – H– Hreactantesreactantes En una reacción exotérmicaEn una reacción exotérmica  ∆∆H < 0H < 0 En una reacción endotérmicaEn una reacción endotérmica  ∆∆H > 0H > 0
  16. 16. Dada por Guldberg y Waage:Dada por Guldberg y Waage: ““ La velocidad de una reacción es proporcional a lasLa velocidad de una reacción es proporcional a las concentraciones de los reactantes elevadas a ciertosconcentraciones de los reactantes elevadas a ciertos exponentes”exponentes” Sea la rxn:Sea la rxn: 3A + 2B3A + 2B  C + DC + D rrAA rrBB rrrxnrxn = = = r= = = rCC = r= rDD = k [A]= k [A]αα [B][B]ββ 3 23 2 k = cont. Específica de velocidadk = cont. Específica de velocidad α, βα, β = entero o fracción, obtenido= entero o fracción, obtenido experimentalmenteexperimentalmente α + βα + β = orden global= orden global de la reacciónde la reacción Ley de acción de masas A mayor número de moléculasA mayor número de moléculas de reactantes, mayor será elde reactantes, mayor será el número de choques, y mayor lanúmero de choques, y mayor la rapidez de la reacción !!rapidez de la reacción !!
  17. 17. Reacciones elementales • Es aquella que ocurre en una sola etapa, es decir su ecuación muestra que especies chocan directamente para dar los productos.
  18. 18. Ejemplo de reacción elemental Estado deEstado de transicióntransición ComplejosComplejos activadosactivados NN22O + NOO + NO  NN22 + NO+ NO22 + 139 kJ+ 139 kJ
  19. 19. 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 • Etapas (mecanismo): (i) Br- + H+ + H2O2  HOBr + H2O (ii) H+ + HOBr + Br-  H2O + Br2 H2O2 + 2Br- + 2H+  Br2 + 2 H2O Es imposible pensar en el choque simultáneo de más de 3 especies!!Es imposible pensar en el choque simultáneo de más de 3 especies!!
  20. 20. 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.
  21. 21. 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 =
  22. 22. Factores que afectan la rrxn 1.- Estado físico de los reactivos1.- Estado físico de los reactivos 2.- Concentración de los2.- Concentración de los reactivosreactivos 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. A mayor número de moléculas, mayor número de choquesA mayor número de moléculas, mayor número de choques efectivos, y por tanto mayor rapidez de la reacción.efectivos, y por tanto mayor rapidez de la reacción. Son aquellos que modifican el número de choquesSon aquellos que modifican el número de choques efectivosefectivos
  23. 23. Factores que afectan la rrxn 3.- Temperatura3.- Temperatura Un incremento de la temperatura provoca un incremento en la energía cinética de las moléculas, lo que hace que sea mayor el número de moléculas que alcanza la energía de activación, aumentando también la probabilidad de choques efectivos. 4.- Catalizadores4.- Catalizadores Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción sin consumirse. El catalizador actúa cambiando la trayectoria (el mecanismo) de la reacción, disminuyendo la energía de activación necesaria y aumentando la velocidad de reacción.
  24. 24. Energía de activación Energíapotencial Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos ∆H<0 Energía de activación Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos ∆H>0 Energíapotencial Reacción exotérmica Reacción endotérmica Productos Productos E.A Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de reacción Reacción no catalizada Reacción catalizada
  25. 25. Energía de activación Energía Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos ∆H<0 Energía de activación Transcurso de la reacción Complejo activado Reactivos ∆H>0 Energía Reacción exotérmica Reacción endotérmica Productos Productos E.A E.A Los catalizadores negativos aumentan la energía de activación Los catalizadores positivos disminuyen la energía de activación E.A sin catalizador E.A con catalizador negativo E.A con catalizador positivo
  26. 26. Descomposición catalítica del H2O2 HH22OO22 (ac)(ac) OO22(g) + 2 H(g) + 2 H22O(l)O(l)
  27. 27. Un catalizador cambia el perfil de una reacción
  28. 28. A B TIPOS DE REACCIONES
  29. 29. Problemas de aplicación
  30. 30. Una reacción de primer orden alcanza el 30% en 35 minutos. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad expresada en min-1? Y ¿Qué porcentaje del reactivo queda sin reaccionar al cabo de 5 horas de iniciada la reacción?
  31. 31. Problemas aplicativos 1. 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)
  32. 32. Soluciones Solución 1.
  33. 33. Solución 2.
  34. 34. Solución 3.
  35. 35. Solución 4.
  36. 36. Solución 5.
  37. 37. Solución 7.
  38. 38. Solución 8.
  39. 39. GRACIAS
  1. A particular slide catching your eye?

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