Cinética Química Y Nanotecnología

Cinética Química y Nanotecnología

La cinética química es el área de la química que se ocupa del estudio de la velocidad, o rapidez, con que ocurre una reacción química. La palabra cinética sugiere movimiento o cambio, se refiere a la rapidez de reacción en resumen al cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto del tiempo.

Cinética química: Velocidades de reacción y el mecanismo de reacción.

Velocidades de reacción

Es la cantidad de sustancias reaccionantes que se convierten en productos en la unidad de tiempo. También se puede definir como el número de moles que reaccionan o se producen por unidad de tiempo. Ejemplo:

El control de velocidad de una reacción es importante en la industria, ya que puede ser un factor decisivo para determinar si una reacción química es económicamente adecuada o no

En medicina, este control se utiliza para calcular la efectividad de un producto, y para conocer la rapidez con la que nuestro organismo se efectúan un número importante de reacciones químicas.

Existen factores que afectan la velocidad de una reacción como: concentración de los reactivos, temperatura, naturaleza de los reactivos y catalizadores.

En conclusión se dice que consiste en la cantidad o concentración de reactivo que desaparece o producto que aparece en un intervalo de tiempo.

Las cantidades de reactivos o productos se suelen medir como concentraciones molares o molaridades, por tanto la unidad de velocidad de reacción es:

concentración/tiempo, esto es, en (mol/l)/s.

Factores que afectan a la velocidad de reacción:

La velocidad de una reacción se ve influida por una serie de factores; entre ellos se pueden destacar:

Naturaleza de los reactivos: Se ha observado que según los reactivos que intervengan, las reacciones tienen distinta velocidad, pero no se ha podido establecer aún unas reglas generales.

Concentración de los reactivos: La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los reactivos. Para aumentar la concentración de un reactivo:

Superficie de contacto de los reactivos: Cuanto más divididos están los reactivos, más rápida es la reacción. Esto es así porque se aumenta la superficie expuesta a la misma.

Temperatura: En general, la velocidad de una reacción química aumenta conforme se eleva la temperatura.

Presencia de catalizadores: Un catalizador es una sustancia, distinta a los reactivos o los productos, que modifican la velocidad de una reacción. Al final de la misma, el catalizador se recupera por completo e inalterado. En general, hace falta muy poca cantidad de catalizador.

Los catalizadores aumentan la velocidad de la reacción, pero no la cantidad de producto que se forma.

Mecanismo de reacción

Es el término que se utiliza para la secuencia de etapas elementales que conducen a la formación del producto. Es comparable con la ruta que se sigue durante un viaje; la ecuación química global solo especifica el origen y el destino.

Como ejemplo de un mecanismo de reacción, considere la reacción entre oxido nítrico oxigeno:

2NO + O2  2NO2

Los productos no se forman directamente como resultado de la colisión de dos moléculas de NO con una molécula de O2 porque se a detectado la presencia de N2O2 durante el curso de la reacción. Supongamos que la reacción en realidad se lleva a cabo en dos etapas elementales, como sigue:

2NO --- N2O2

N2O2 + O2 -- 2NO2

En la primera etapa elemental, dos moléculas de NO chocan para formar una molécula de N2O2. Después sigue la reacción entre N2O2 Y O2 para formar dos moléculas de NO2. La ecuación química global, que representa el cambio total, esta dada por la suma de las etapas fundamentales:

Etapa 1: NO + N O -- N2O2

Etapa 2: N2O2 + O2  2NO2

Reacción global: 2NO + N2O2 + O2  N2O2 + 2NO2

Las especies como N2O2 se llaman intermediarias porque aparecen en el mecanismo de reacción (en las etapas elementales) pero no en la ecuación global balanceada.

La molecularidad de una reacción es el número de moléculas que reaccionan en una etapa fundamental. Estas moléculas pueden ser las mismas o diferentes. cada una de las etapas elementales estudiadas es una reacción biomolecular, una etapa elemental que implica dos moléculas, en una reacción unimolecular es una etapa elemental donde solo participa una molécula reaccionante, las reacciones termoleculares son reacciones donde participan tres moléculas en una etapa fundamental.

Resumen sobre Constante de Equilibrio

Las concentraciones de las especies en fase condensada se expresan en M. En fase gaseosa, las concentraciones de las especies se pueden utilizar en M o en atm.

• Las concentraciones de sólidos puros, líquidos puros y disolventes no aparecen en las expresiones de las constantes de equilibrio.

• La constante de equilibrio es una cantidad adimensional.

• Al dar el valor de una constante de equilibrio se debe especificar la ecuación a la que pertenece y la temperatura.

• Si una reacción es suma de dos o más reacciones, la constante de equilibrio de la reacción total es igual al producto de las constantes de equilibrio de las reacciones individuales.

Constante de equilibrio

Keq recibe el nombre de constante de equilibrio de la reacción representada por la ecuación y en condiciones determinadas (de temperatura, presión), la Keq tendrá el mismo valor numérico, independientemente de las actividades iniciales de los componentes A, B, C y D y de si se alcanza el equilibrio a partir de A y B o a partir de C y D.

En la formulación de la constante de equilibrio, las sustancias que aparecen como productos (a la derecha de las flechas de la reacción) se colocan en el nu¬merador, y las sustancias que aparecen como reactivos (a la izquierda de las flechas) se colocan en el denominador.

Cuando interviene en la reacción más de una molécula de la misma sustancia, por ejemplo:

La ecuación de la velocidad de reacción es un poco más complicada. Prescindiendo de exponer aquí una deducción detallada, puede demostrarse que, en este caso:

En el caso general representado por la ecuación:

Donde m, n, r y s son los números de moléculas de A, B, C y D, respectivamente, la expresión de la constante de equilibrio es:

Constante de equilibrio en función de las concentraciones.

Al considerar constantes de equilibrio es conveniente adoptar ciertos estados estándar o de

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