CINETICA QUIMICA. La velocidad de una reacción.
Enviado por Marcela Reyes • 23 de Octubre de 2016 • Apuntes • 3.588 Palabras (15 Páginas) • 395 Visitas
CINETICA QUÍMICA[1]
La velocidad de una reacción.
La cinética química es el área de la química que tiene relación con la rapidez, o velocidad, con que ocurre una reacción. La velocidad de reacción es el cambio de la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (Mol/L·s).
Es conocido que cualquier reacción puede representarse por la ecuación general:
Reactivos → Productos
El progreso de la reacción puede seguirse midiendo la disminución de concentración de alguno de los reactivos o el aumento de concentración de alguno de los productos. En general, es mejor expresar la velocidad en términos de la variación de concentración respecto del tiempo:
Para la reacción:
A → B
Velocidad = -[pic 1] velocidad = [pic 2]
donde ΔA y ΔB son los cambios de concentración (mol/l) en un determinado período Δt. Nótese que la concentración de A disminuye a través del tiempo, por lo cual A es una cantidad negativa. La velocidad es una cantidad positiva, por lo cual se requiere de un signo menos en la expresión de velocidad para que la velocidad sea positiva.
Ejemplo 1. En disoluciones acuosas, el bromo molecular reacciona con el ácido fórmico, de acuerdo a la ecuación:
Br2(ac) + HCOOH(ac) → 2 Br- + 2 H+ + CO2(g).
El bromo es la única especie coloreada (color pardo rojizo). La concentración de bromo disminuye y su color va desapareciendo en el tiempo. Esta pérdida de color, y por lo tanto de concentración, se puede medir en un espectrómetro, aparato que registra la cantidad de luz visible que absorbe el bromo.
La medición del cambio de la concentración desde un tiempo inicial hasta un tiempo final permite determinar la velocidad promedio de la reacción en ese intervalo de tiempo:
Velocidad promedio = - [pic 3] = - [pic 4].
Utilizando los datos de la Tabla 1, se puede calcular la velocidad promedio durante el primer intervalo de 50 seg, como sigue:
Tabla 1. Velocidad de reacción entre bromo y HCOOH a 25ºC.
Tiempo (s) | [Br2] (M) | Velocidad (M/s) | k = [pic 5](s-1) |
0.0 | 0.0120 | 4.20x10-5 | 3.50x10-3 |
50.0 | 0.0101 | 3.52x10-5 | 3.49x10-3 |
100.0 | 0.00846 | 2.96x10-5 | 3.50x10-3 |
150.0 | 0.00710 | 2.49x10-5 | 3.51x10-3 |
200.0 | 0.00596 | 2.09x10-5 | 3.51x10-3 |
250.0 | 0.00500 | 1.75x10-5 | 3.50x10-3 |
300.0 | 0.00420 | 1.48x10-5 | 3.52x10-3 |
350.0 | 0.00353 | 1.23x10-5 | 3.48x10-3 |
400.0 | 0.00296 | 1.04x10-5 | 3.51x10-3 |
Velocidad promedio = - [pic 6] = 3.80x10-5 M/s
Si se selecciona los primeros 100 seg, la velocidad promedio resulta:
Velocidad promedio = - [pic 7] = 3.54x10-5 M/s
Por lo tanto la velocidad promedio depende del intervalo que se selecciona. Al calcular la velocidad promedio a intervalos cada vez más pequeños se puede obtener la velocidad en un momento específico, lo que proporciona la velocidad instantánea de la reacción.
Al graficar los datos de la Tabla 1 (Concentración de bromo a través del tiempo), se observa la curva de la reacción. La velocidad instantánea a un tiempo determinado está dado por la tangente a la curva en ese tiempo.
La velocidad de la reacción entre bromo y ácido fórmico depende de las concentraciones de bromo y de ácido fórmico. Sin embargo, al agregar un exceso de ácido fórmico, es posible asumir que la concentración del ácido fórmico permanece prácticamente constante durante la reacción. En estas condiciones, el cambio de la cantidad del ácido fórmico no tiene efecto en la velocidad del proceso.
La Fig 2 muestra una gráfica de la velocidad contra la concentración de bromo. La recta indica que la velocidad es directamente proporcional a la concentración, es decir, a mayor concentración, mayor es la velocidad:
Velocidad ∝ [Br2]
Velocidad = k [Br2]
El término k se conoce como constante de velocidad, la cual es una constante de proporcionalidad entre la velocidad de reacción y la concentración de los reactivos. Al reordenar la ecuación se tiene:
k = [pic 8].
Debido a que las unidades de la velocidad de reacción son M/s, y [Br2] está en M, en este caso las unidades de k son 1/s o s-1. La magnitud de k no se ve afectada por la concentración de bromo. La velocidad es mayor a mayor concentración, pero la relación: velocidad / [Br2] permanece igual, mientras no cambie la temperatura.
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