CINETICA QUIMICA

ADEL

PORTAFOLIO DE EVIDENCIA

DOCENTE

DR. JOSE GILBERTO TORRES TORRES.

ALUMNO

JUAN CARLOS JIMÉNEZ BENÍTEZ

MATRICULA

102A14017

CUNDUACAN, TAB. A 22 DE JULIO DE 2012.

18 de Junio de 2012

Métodos para calcular el orden de reacción.

Método integral. Reacciones de 1er, 2do, 3er y orden “n”.

Teoría de Arrhenius y energía de activación.

Método diferencial. Teoría de las colisiones y complejo activado.

La cinética estudia el comportamiento que tienen las moléculas en una reacción.

Estudia el movimiento de las moléculas en una reacción química.

Es el área de la química que se ocupa del estudio de la velocidad o rapidez con la que ocurre una reacción química.

A B

Factores que afectan a la velocidad de reacción

Temperatura.

Concentración.

A + B ------ C

V = K [A]α [B]β

α = orden de reacción con respecto a A.

β = orden de reacción con respecto a B.

ACTIVIDAD # 1

INVESTIGAR LA TEORIA DE ARRHENIUS PARA CINETICA.

Teoría de Arrhenius

(En su honor se bautizó la ecuación de Arrhenius formulada por van't Hoff)

La ecuación de Van't Hoff en termodinámica química relaciona la variación de la temperatura absoluta (T) con la variación de la constante de equilibrio (K) dado por la diferencia de entalpía (ΔH). Esta ecuación fue propuesta inicialmente por Jacobus Henricus van 't Hoff.

Si se asume que el calor de reacción no varía con la temperatura, la resolución de esta ecuación diferencial conduce a lo siguiente:

En esta ecuación es la constante de equilibrio a la temperatura absoluta y es la constante de equilibrio a la temperatura absoluta . es la variación de entalpía y es la constante de los gases.

Considerando las relaciones entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio ( y ), la ecuación también se podría escribir de la siguiente manera:

Por tanto, al representar valores de logaritmo natural de la constante de equilibrio medidos para cierto equilibrio versus el inverso de la temperatura se obtiene una línea recta, cuya pendiente negativa es igual a la variación de la entalpía dividida entre la constante de los gases, y la ordenada en el origen es igual a la variación de entropía dividida entre la constante de los gases.

En particular las reacciones elementales, la expresión de la velocidad puede escribirse como producto de un factor dependiente de la temperatura por otro dependiente de la composición.

velocidad= f1(temperatura) f2(composición)

velocidad= Kf2 (composición)

Para la mayoría de estas reacciones químicas se ha encontrado que el factor dependiente de la temperatura se ajusta a la ecuación de Arrhenius

donde K0 es el factor de frecuencia y Ea es la energía de activación de la reacción. Esta expresión se ajusta bien a los resultados experimentales en un amplio rango de temperaturas y se considera como una primera aproximación adecuada para el estudio del efecto de la temperatura sobre la ecuación cinética.

De la expresión anterior podemos ver que a temperatura constante cuanto mayor es la Ea, más pequeña será la constante de velocidad y por lo tanto más lenta será la velocidad de reacción. Por el contrario velocidades de reacción rápida tendrán una Ea pequeña.

La expresión de Arrhenius se obtuvo originariamente a partir de consideraciones termodinámicas. Para una reacción elemental cuyas velocidades sean lo suficientemente rápidas y así alcanzar un equilibrio dinámico, la ecuación de van´t Hoff enuncia que

En el caso de la reacción

con K1 y K1´ siendo las constantes de velocidad directa e inversa respectivamente. Las constantes de velocidad se relacionan entre sí por medio de la expresión

El hecho de que la diferencia de derivadas sea igual a sugiere la posibilidad de que cada una de estas derivadas pueda igualarse a un término de la forma

donde

(Ei: nivel energético)

Integrando cualquiera de las ecuaciones anteriores y haciendo que la constante de integración sea ln K0, se obtiene un resultado en forma de la ecuación de Arrhenius

Otra posible derivación de la expresión de Arrhenius está basada en el concepto de estado de transición o activado, que es uno de los postulados de la teoría del estado de transición que estudiaremos más adelante. Supongamos que el producto C de la reacción

sólo esté formado por la descomposición de una forma activada de los reactantes A y B, a la que denominaremos (AB)*. La reacción tiene lugar por medio de las reacciones elementales siguientes:

Si la primera etapa es comparativamente mucho más rápida que la segunda etapa la concentración de (AB)* la podremos expresar de la forma

donde K* es la constante de equilibrio para la formación de (AB)*. Utilizando la ecuación anterior la velocidad de reacción (velocidad de formación de C) queda dada por la velocidad de la etapa de descomposición de primer orden

Si integramos la ecuación de van´t Hoff, reemplazando K por K*, el resultado será

siendo I la constante de integración. Combinado las ecuaciones se obtiene

Si comparamos esta última expresión con la expresión de Arrhenius, podemos escribir:

Puesto que es la energía requerida para formar el estado activado (AB*) a partir de A y B, es la expresión de Boltzmann para la fracción de moléculas que tienen una energía en exceso de la energía promedio. Esto le da un significado a la energía de activación E de la ecuación de Arrhenius. En la Fig. 3.1 se muestra que este valor es la barrera de energía que debe superarse para formar (AB)* y finalmente el producto C.

Si consideramos la reacción

es de segundo orden en ambas direcciones. Para que las moléculas de H2 y I2 reaccionen dando IH, es necesario que antes choquen. Una cierta fracción de estas moléculas adquirirá la energía de activación suficiente

...