CinéTica QuíMica

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CinéTica QuíMica

  1. 1. Cinética química
  2. 2. <ul><li>La cinética química es el área de la química que estudia la velocidad con que ocurre una reacción química y los mecanismos por los cuales se llevan a cabo. </li></ul>Cinética química
  3. 3. TEORÍA DE LAS COLISIONES <ul><li>Para que se produzca una reacción química , los átomos, iones o moléculas involucrados deben experimentar colisiones. </li></ul><ul><li>Dos requisitos: </li></ul><ul><li>Los reactivos deben tener la energía suficiente para que se rompan determinados enlaces y se formen otros dando lugar a los productos. </li></ul><ul><li>Las especies reaccionantes deben tener la orientación adecuada para formar estos enlaces nuevos. </li></ul>
  4. 5. TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN <ul><li>Los reactivos pasan por un estado intermedio transitorio de alta energía y corta duración: estado de transición , en donde existe el complejo activado . </li></ul><ul><li>Para alcanzar el estado de transición los reactivos deben poseer una energía cinética mínima: energía de activación </li></ul>
  5. 7. Efecto de la temperatura Progreso de la reacción Progreso de la reacción Energía potencial Energía potencial Endotérmica Exotérmica Responde más a la temperatura Responde más a la temperatura E a (directa) E a (inversa) E a (inversa) E a (directa)
  6. 8. La velocidad de reacción es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo.
  7. 9. Velocidad de una reacción A  B Reactivos  Productos velocidad = - =  [A]  t  [B]  t
  8. 10. Para lograr una única velocidad de reacción que no dependa de si se expresa en función de reactivos o productos, se deben dividir las velocidades respectivas por cada uno de sus coeficientes estequimétricos. 2HI (g)  H 2 (g) + I 2 (g) velocidad = - = =  [HI]  t  [H 2 ]  t 1 2  [I 2 ]  t
  9. 11. VELOCIDAD DE DESAPARICIÓN DE REACTIVOS <ul><li>Para 2A + B = 2A’ + B´ </li></ul><ul><li>velocidad de desaparición de A = -  [A] </li></ul><ul><li> t </li></ul>velocidad de desaparición de B = -  [B]  t No se colocan los coeficientes estequiométricos
  10. 12. VELOCIDAD DE FORMACIÓN DE PRODUCTOS <ul><li>Para 2A + B = 2A’ + B´ </li></ul><ul><li>velocidad de formación de A´ =  [A´] </li></ul><ul><li> t </li></ul>velocidad de formación de B´ =  [B´]  t No se colocan los coeficientes estequiométricos
  11. 13. La velocidad de reacción depende de : 1- La concentración de reactivo. 2- Naturaleza de los reactivos 3- Temperatura 4- Catalizadores
  12. 14. Concentración de los reactivos: Ecuación de velocidad  +  = orden de reacción velocidad = k . [A]  [B]  k = constante de velocidad específica
  13. 15. Estudio de la ecuación de velocidad: Resumen  Las ecuaciones de velocidad siempre se determinan experimentalmente.  El orden de una reacción siempre se determina en función de las concentraciones de los reactivos (y no de los productos).  El orden de un reactivo no está relacionado con el coeficiente estequiométrico del reactivo en la ecuación global balanceada.
  14. 16. Ecuación de velocidad: ¿Que información me brinda?  Determinar la concentración de reactivos en cualquier tiempo de reacción.  El tiempo para que reaccione una fracción de muestra.  El tiempo necesario para que la concentración de reactivos alcance un nivel esperado.
  15. 17. Cinética de primer orden 2 N 2 O 5  4 NO 2 + O 2 Ecuación de velocidad: v = k [N 2 O 5 ]   = 1 Unidad de k= s -1 (A  producto)
  16. 18. Cinética de segundo orden Ecuación de velocidad: v = k [A]  A  producto Unidades de k = M -1 x s -1 A + B  producto Ecuación de velocidad: v = k [A]  [B] 
  17. 19. Reacciones de orden cero 2NH 3 (g)  N 2 (g) + 3 H 2 (g) v= k [reactivo] 0 = k Unidad de K= M.s -1
  18. 20. Naturaleza de los Reactivos Estado de agregación: El choque de las moléculas se ve favorecido si las moléculas reaccionantes están en el mismo estado físico. Los medios líquidos o gaseosos favorecen las colisiones Grado de división de los reactivos sólidos: Si uno de los reactivos es sólido es necesario disminuir el tamaño de las partículas.
  19. 21. Dependencia de la velocidad de reacción con la temperatura E a = energía de activación A B 3,1 3,2 3,3 3,0 - 9 - 8 - 7 1/T (1/K) ln k Ecuación empírica de Arrhenius k= A . e -Ea/RT ln k = ln A - E a 1 R T A= factor de frecuencia
  20. 22. <ul><li>La velocidad con la que los grillos emiten su ruido y las luciérnagas encienden su luz aproximadamente se duplica cuando la temperatura se eleva 10°C . </li></ul><ul><li>Esto corresponde a una Ea de 50kJ/mol y sugiere que los procesos fisiológicos que gobiernan estos fenómenos implican reacciones químicas. </li></ul>
  21. 23. Efecto de la temperatura Progreso de la reacción Progreso de la reacción Energía potencial Energía potencial Endotérmica Exotérmica Responde más a la temperatura Responde más a la temperatura E a (directa) E a (inversa) E a (inversa) E a (directa)
  22. 24. Catalizadores Un catalizador aumenta la velocidad directa e inversa de una reacción Progreso de la reacción Energía potencial Reactivos Productos Camino original E a del camino catalizado Camino catalizado
  23. 26. Catalizadores: clasificación 2 H 2 O 2  H 2 O + O 2 Fe 2+ Homogéneo: se encuentra en la misma fase que los reactivos. Heterogéneo: se encuentra en una fase diferente a los reactivos. Por ejemplo, sólidos en contacto con gases. C 2 H 4 + H 2  C 2 H 6 Pt
  24. 27. <ul><li>Intervienen en alguna etapa de la reacción pero no se modifican pues se recuperan al final y no aparece en la ecuación global ajustada. </li></ul><ul><li>Modifican el mecanismo y por tanto E a . </li></ul><ul><li>No modifican las constantes de los equilibrios . </li></ul><ul><li>Pueden ser: </li></ul><ul><ul><li>Positivos: hacen que “v”  pues consiguen que E a  . </li></ul></ul><ul><ul><li>Negativos : hacen que “v”  pues consiguen que E a  . </li></ul></ul><ul><li>Los catalizadores también pueden clasificarse en: </li></ul><ul><ul><li>Homogéneos: en la misma fase que los reactivos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Heterogéneos: se encuentra en distinta fase. </li></ul></ul>
  25. 28. Características de las reacciones catalizadas por enzimas <ul><li>Las enzimas son catalizadores biológicos. Los catalizadores bajan la energía de activación de las reacciones. </li></ul><ul><li>Bajar la energía de activación de una reacción, hace que la velocidad de la reacción aumente. Así, las enzimas aceleran las reacciones, bajando la energía de activación. </li></ul><ul><li>Muchas enzimas cambian de forma cuando sus sustratos se unen a ellas. Este efecto se llama &quot;acoplamiento inducido&quot;, significando que se requiere la orientación y colocación precisa de la enzima para que su actividad catalítica sea inducida por la unión del sustrato.  </li></ul><ul><li>Las enzimas forman complejos con sus sustratos. La unión de un sustrato con su enzima en el centro activo se llama &quot;complejo enzima-sustrato&quot;. Una ecuación genérica para la formación del complejo puede formularse:  </li></ul><ul><li>E + S ↔ E S ↔ E + P </li></ul>

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