tema 3

1. Velocitat de reacció. Canvi químic i temps

4. Mesura de la velocitat de les reaccions químiques En una reacció fem servir diversos reactius i obtenim diversos productes. Per calcular la velocitat de la reacció, en pricipipi podem seleccionar qualsevol. Un criteri important a l’hora de triar quin és el que utilitzarem, és important tenir en compte que la seva mesura ens resulti fàcil i ràpida de manera que la puguem determinar de forma exacte e inequívoca. Si tenim una reacció del tipus: 2A + B -> 2C La definició de la velocitat mitjana de la reacció la podem representar per : On ? Representa qualsevol dels reactius o productes. El principal problema que ens trobem si expressem la velocitat de reacció d’acord amb aquesta fórmula és que el seu valor depèn de la substància que estem analitzant, ja que, tal com ens indica l’equació, no reacciona la mateixa quantitat de cada reactiu. Per això s'acorda que: La velocitat mitjana de reacció és la diferencia de la concentració de les espècies presents en la reacció respecte el temps dividit pel coeficient estiquiomètric

5. La velocitat de reacció d’una reacció homogènia és la derivada de la concentració d’un component de la reacció respecte del temps, dividida pel coeficient estequiomètric del component i canviada de signe si és un reactiu Velocitat de reacció instantània La velocitat de reacció disminueix a mesura que disminueix la quantitaat de reactiu.. Si volem saber la velocitat de reacció instantània en un moment determinat, cal considerar increments de quantitats de substància, dn, i del temps dt, molt petits (diferencials). Quan parlem de velocitat de reacció ens refefim sempre a velocitat instantània. Per calcular la velocitat de reacció instantània, es dibuixa la recta tangent a la corba concentració-temps en l’instant desitjat i es determina el seu pendent (figura 3) La velocitat de reacció d’una reacció homogènia és la derivada de la concentració d’un compotent de la reacció respecte el temps, dividica pel coeficient estequiomètric del component i canviada de signe si és un reactiu. V= -1/V A dn A /dt Les unitats de V són mol.s-1

6. L’equació cinètica S’ha comprovat que la velocitat d’una reacció és proporcional a les concentracions de les espècies, així per una reacció : L’equació cinètica o equació de velocitat expressa la relació entre la velocitat d’una reacció i la concentracióo de les espècies implicades en la reacció. Cada reacció té una equiació cinètica i una constant cinètica. aA + bB + cC -> mM + nN + pP Velocitat de reacció = k [A] x . [B] y . [C] z k és la constant de proporcionalitat anomenada constant de velocitat. x, y i z són els ordres de reacció respecte a A, B i C respectivament. La seva suma és l’ordre total de la reacció. Aquests valors s’han de determinar experimentalment i no tenen cap relació amb els coeficients estequiomètrics a, b c, de la reacció ajustada La constant cinètica és independent de la concentració dels reactius i depèn únicament de la temperatura a la que estem treballant.

9. La temperatura Quan s’incrementa la temperatura s’observa un increment de la velocitat de la reacció

14. L’estudi termodinàmic d’una reacció només ens indica la variació d’energia que hi ha entre els estats inicial (reactius) i el final (productes).. A partir d’aquí només podem saber si es tracta d’un procés exotèrmic o d’un procés endotèrmic. Per saber la velocitat en que tindrà lloc aquesta reacció hem de conèixer també el valor de l’energia del complex activat. Això ens justifica que moltes reaccions exotèrmiques necessiten, per iniciar-se, una aportació d’energia, però que l'energia que es desprèn és suficient per a mantenir la reacció. També ens justifica que reaccions endotèrmiques, però amb energies del complex activat petites, és suficient l’energia que pot captar del seu entorn immediat, per iniciar la reacció.

15. Mecanismes de reacció Segons la teoria del complex activat, una reacció entre dos molècules per a donar-ne dues com és la reacció Cl 2 + H 2 -> 2 HCl, té lloc en una sola etapa i l’expressió de la velocitat de la reacció, d’acord amb la llei de la velocitat és: V = k [Cl 2 ][H 2 ] Però quan apliquem la mateixa teoria en reaccions on hi participa un major nombre de molècules com és en la reacció 2 NO + Cl 2 -> 2 NOCl trobem que la velocitat calculada teòricament és molt baixa, en canvi les velocitat experimentals ens donen valors iguals o superiors.

16. La diferència entre la teoria i les observacions experimentals han portat a les conclusions següents: 1. Les reaccions no transcorren sempre segons la molecularitat indicada en l’equació química. 2. L’equació química expressa el procés global que amb freqüència s’haurà de desglossar en dos o més passos elementals. 3. Cada pas elemental és quasi sempre unimolecular o bimolecular. 4. El conjunt de passos elementals es coneix com a mecanisme de reacció. 5. No tots els passos del mecanisme de reacció ocorren amb la mateixa rapidesa. El pas més lent serà el que determinarà la velocitat global de la reacció. 6. Si volem actuar sobre el sistema per tal d’incrementar la velocitat de la reacció, és necessari conèixer els passos d’aquesta, ja que hem d’actuar en el pas més lent