Apuntes de cinetica

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Estudios cinéticos de procesos Metalúrgicos |
Universidad de Colima
Facultad de Ciencias QuímicasIngeniero Químico Metalúrgico |
Profesora: Ma. Antonia Carvajal García |
Daniel Alejandro Villegas Navarro |
Coquimatlán, Colima a 3 de Junio del 2011 |

Conceptos fundamentales
Por medio de la termodinámica es posible predecir la ocurrencia de reacciones, pero no se habla de unaspecto que es de suma importancia y que tiene relación con el tiempo en el cual se llevan a cabo estos procesos. La cinética química da cuenta de este aspecto y por tanto define la velocidad con que se lleva a cabo una reacción.

Para completar los conocimientos termodinámicos de los procesos químicos, la cinética química trata dos aspectos básicos: la descripción del mecanismo de reacción oconjunto de pasos y estados intermedios que se producen durante la reacción, y la formulación de una ley de velocidad que describa adecuadamente y en detalle la velocidad de la reacción.
Cabe destacar una clasificación previa de las reacciones químicas para su estudio y caracterización, esta clasificación se basa en cuanto al número de fases implicadas: reacciones homogéneas (en una sola fase) yheterogéneas (por lo menos dos fases), donde el sistema tendrá homogeneidad de presión temperatura, presión y composición. Además, están las catalizadas y las no catalizadas, donde el catalizador es una sustancia que incrementa la velocidad de reacción sin ser consumida en el proceso.
La mayoría de las reacciones en fase gaseosa suelen ser homogéneas no catalizadas, por otro lado la reacciones acuosassuelen ser homogéneas catalizadas.
Reacciones | Catalizadas | No catalizadas |
Homogéneas | La mayor parte de las reacciones en fase gaseosa. | La mayor parte de las reacciones en fase liquida. |
Heterogéneas | Tostación de minerales.Combustión de sólidos. Reacciones de neutralización gas-solido.Absorción gas-liquido con reacción química. | Síntesis de amoniaco (Fe, Cr).Craqueo de naftas (Al,zeolitas).Oxidación SO2 a SO3 (V2O5).Síntesis de éteres a partir de alcoholes y olefinas. |

Equilibrio químico
Dentro de la parte termodinámica hay que definir a un sistema en equilibrio, considerando la relación entre ΔG y la constante de equilibrio, la proporcionalidad directa entre esta y la conversión máxima o de equilibrio hay ciertos criterios de viabilidad de las reacciones:
ΔG°=-RTlnK

Criterios de viabilidad termodinámica
ΔG° (25°C) | Viabilidad termodinámica |
Muy negativa (<-10kcal/mol) | Pueden obtenerse conversiones de equilibrio muy elevadas. |
Moderadamente negativa moderadamente positiva (0>ΔG°>-10kcal) | Es posible obtener conversiones de equilibrio elevadas. |
Moderadamente positiva (0<ΔG°<10kcal/mol | Es posible obtener conversiones deequilibrio bajas (aunque aceptables, en función de las condiciones de operación). |
Muy positiva (>10kcal/mol) | Se obtienen conversiones de equilibrio muy bajas. Reacción descartable para la obtención del producto deseado. |

De acuerdo a la relación Van’t Hoff se puede ver la relación que hay entre la constante de equilibrio con la temperatura:
lnK1K2=∆H°R(1T1-1T2)
Para reaccionesexotérmicas la constante de equilibrio disminuye mientras la temperatura aumenta. En contraste con las reacciones endotérmicas, si la temperatura aumenta incrementa su constante de equilibrio.
Dichas reacciones en determinadas condiciones pueden ser reversibles, donde la conversión no es muy elevada y que no llega a consumirse todo el reactante. Y las irreversibles con una constante de equilibrio muyelevada, por lo tanto, conversiones muy altas.
Cinética y estequiometria
En sistemas homogéneos las condiciones de mayor afectación sobre la cinética son la temperatura, la presión y la composición. En sistemas heterogéneos el problema más complejo que habrá que considerar es el transporte de materia entre fases y el modo en que contactan dichas fases.
La velocidad de una reacción (v) es el...
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