UNIDAD 6 DE QUIMICA

6.1 CINETICA QUIMICA: VELOCIDADES DE REACCION Y EL MECANISMO DE REACCION

La cinética química es la parte de la química que trata de la velocidad con que

suceden las reacciones, de los factores que influyen en ella y del mecanismo a

través del cual los reactivos se transforman en productos.

Velocidad de reacción: representa la rapidez con que tiene lugar la

transformación química de unas sustancias, los reactivos, en otras distintas, los

productos.

Velocidad media de una reacción se mide a partir de la disminución de la

concentración de un reactivo o el aumento de la concentración de un producto en

un intervalo de tiempo.

Las velocidades suelen medirse en moles por litro y segundo (mol.L-1.s-1.)

Supongamos la reacción homogénea:

aA + bB → cC + Dd

Para que la velocidad de la reacción sea la misma tomando una u otra sustancia y que sea siempre positiva, las velocidades podrían ser expresadas de la siguiente manera:

Vmedia de reacción = - 1/a. Δ [A] / Δ t =- 1/b. Δ [B] / Δ t

Vmedia de reacción = 1/c. Δ[C] / Δ t = 1/d. Δ[D] / Δ t

Es decir la velocidad media de reacción no es constante, sino que varía según el

intervalo de tiempo elegido, por lo que al comienzo de la reacción es más elevada y va disminuyendo gradualmente hasta llegar a ser nula cuando la reacción se completa.

- La velocidad instantánea: se expresa mediante la derivada de la concentración con respecto al tiempo de un reactivo o de un producto dividida por su correspondiente coeficiente estequiométrico y convertida en una cantidad positiva.

V instantánea de reacción = - 1/a. d[A] / Δ t =- 1/b. d[B] / Δ t

V instantánea de reacción = 1/c. d[C] / Δ t = 1/d. d[D] / Δ t

Existen dos teorías que proporcionan explicaciones razonables acerca de cómo ocurren las reacciones químicas y qué condiciones se requieren para ello.

- Teoría de las colisiones. Para que tenga lugar una reacción química debe producirse el choque o colisión de las partículas de los reactivos, sean éstas átomos, moléculas ó iones.

Para que el choque sea eficaz, las partículas deben:

- Disponer de la energía cinética suficiente para que se realice el

reordenamiento de los enlaces y la formación de una nueva sustancia.

- Colisionar con la debida orientación.

- Teoría del complejo activado o del estado de transición:

Cuando las moléculas de los reactivos se aproximan, experimentan una

deformación que, en el choque, da lugar a un estado intermedio de alta energía y

corta duración: el complejo activado.

- La energía de activación es la energía adicional que deben absorber las

moléculas de los reactivos para que, al colisionar, lleguen a formar el complejo

activado. La ecuación de velocidad o ley de velocidad es una expresión matemática que

relaciona la velocidad instantánea de una reacción en un momento dado con las

concentraciones de los reactivos presentes en ese momento.

v = K.[A]x .[B]y ......... v = Velocidad instantánea de la reacción

K = Constante de velocidad

[A] , [B],.... = Concentraciones molares de los reactivos en un instante dado.

x, y,...= Exponentes calculados de forma experimental, se les denomina orden de

reacción de esos reactivo

El orden de una reacción respecto de un reactivo es el exponente al que se eleva la concentración de éste en la ecuación de velocidad.

El orden global de una reacción es la suma de los exponentes a los que están elevadas las concentraciones de los reactivos en la ecuación de velocidad.

Factores que influyen en la velocidad de reacción:

- Temperatura de reacción. Por regla general, la elevación de la temperatura

produce un importante aumento de la velocidad de reacción. La ecuación de

Arrhenius relaciona la constante de velocidad, K, con la temperatura:

K = A.e - Ea/RT

A = Factor que tiene en cuenta la frecuencia de las colisiones en la reacción y

cuyas unidades son las de la constante K. (cuando las moléculas son complejas, la orientación en que se produce la colisión también influye) e = Número e, base de los logaritmos neperianos. (2,7182812....)

Ea = Energía de activación (J.mol-1)

R = Constante de los gases (8,314 J.K-1.mol-1)

T = Temperatura absoluta (K).

- Concentración de los reactivos. Un aumento de la concentración de los reactivos favorece la velocidad de reacción.

- Naturaleza química de las sustancias.

- Estado físico.

- Grado de división de los sólidos.

- Uso de catalizador. Un catalizador es una sustancia que, estando presente en

una reacción química, produce una variación en la energía de activación, y como

consecuencia una variación de su velocidad, sin ser consumida durante el

transcurso de aquella.

Muchas reacciones suceden a través de etapas intermedias o reacciones elementales que no constan en la ecuación estequiométrica y que configuran el llamado mecanismo de reacción. La molecularidad de una reacción elemental es el número de átomos o moléculas independientes que intervienen en ella. La etapa determinante de la velocidad en un mecanismo de reacción es la reacción elemental que, por ser suficientemente lenta, determina la velocidad de la reacción

global.

6.2 La constante de equilibrio

Es el estado al que se llega al final de cualquier sistema químico. La expresión matemática que representa al Equilibrio Químico, se conoce como Ley de Acción de Masas y se enuncia como: La relación del producto de las actividades ( actividad igual a concentración en soluciones diluídas) elevadas los coeficientes estequiométricos en la reacción de productos y reactivos permanece constante al equilibrio. Para cualquier reacción:

aA + bB cC + dD

Las letras entre paréntesis rectangular indican concentración molar de reactivo o producto y los exponentes son los coeficientes estequiométricos respectivos en la reacción. De acuerdo con estas expresiones matemáticas:

Si K <<< 1, entonces la reacción es muy reversible y se dice que se encuentra desplazada a la izquierda.

Si K = 1, es una reacción en la que se obtiene 50% de reactivos y 50% de productos.

Si K >>> 1, la reacción tiene un rendimiento alto y se dice que esta desplazada a la derecha.

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