Cinética Química

INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN A LA CINÉTICA QUÍMICA


La cinética química es el estudio de la velocidad y del mecanismo por medio de los cuales una especie química se transforma en otra. La velocidad es la masa, en moles, de un producto formado o de un reactante consumido por unidad de tiempo y el mecanismo es la secuencia de eventos químicos individuales cuyo resultado global produce lareacción observada.
La determinación de un mecanismo de reacción es un problema mucho más complejo que la obtención de una expresión de velocidad adecuada, y el Ingeniero Químico debe tener un conocimiento de ello y una apreciación sobre algunas técnicas usadas en tales estudios.
Es por ello que el objetivo del curso es que el alumno adquiera fundamentos y principios de la cinética química y catálisis,y además comprenda que la obtención de la ecuación de velocidad de una reacción química dada es un paso previo imprescindible para el diseño de reactores químicos.









Cinética química
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; A medidaque una reacción química progresa, los reactivos se van consumiendo y por ende va disminuyendo su concentración. La velocidad de una reacción química (VR) se define como el cambio de concentración de los reactivos en la unidad de tiempo.
VR = (∆[R] / t)
Cinética se refiere a la rapidez de reacción, que se refiere al cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto del tiempo(M/s).
La velocidad de una reacción se ve afectada por diversos factores:
- La naturaleza de los reactivos (los compuestos iónicos reaccionan más rápido).
- La temperatura (aumenta la energía cinética, por lo tanto, la frecuencia de a las colisiones).
- Los Catalizadores (modifican la energía de activación).
- La concentración de los reactivos (al aumentarla concentración de los reactivos aumenta las posibilidades de colisión).
Si deseamos convertir esa proporcionalidad en una igualdad le agregamos una constante: VR = k[A]. En esta igualdad “k” se conoce como constante de velocidad y su valor es específico para cada reacción química.

La concentración de cada reactivo debe ser elevada a su respectivo coeficiente de la ecuación químicabalanceada. Así en la reacción:

N2 + 3H2 → 2NH3
La velocidad de reacción será:
VR = K[N2] [H2]3

Sabemos que cualquier reacción puede representarse a partir de la ecuación general
Reactivos ⎯→ productos
Esta ecuación expresa que durante el transcurso de una reacción, los reactivos se consumen mientras se forman los productos. Como resultado, podemos seguir el progreso de una reacción al medir yasea la disminución en la concentración de los reactivos, o el aumento en la concentración de los productos.
Se ilustra el progreso de una reacción sencilla donde las moléculas de A
se convierten en moléculas de B:
A ⎯→ B
se muestra la disminución del número de moléculas de A y el incremento en
el número de moléculas de B con respecto del tiempo. En general, es más conveniente expresar
larapidez de reacción en términos del cambio en la concentración en cuanto al tiempo. Así,
para la reacción A ⎯→ B.


Rapideces de reacción

Hemos visto que para reacciones con estequiometria sencilla del tipo A ⎯→ B, la rapidez
se expresa ya sea en términos de disminución de la concentración del reactivo con el tiempo,
–Δ[A]/Δt, o bien como el aumento de la concentración del producto con eltiempo, Δ[B]/Δt.
Para reacciones más complejas, debemos ser muy cuidadosos para escribir la expresión de la
rapidez. Considere, por ejemplo, la reacción
2A ⎯→ B
En ella desaparecen dos moles de A por cada mol de B que se forma; esto es, la rapidez con la
cual se forma B es la mitad de la rapidez con la cual A desaparece. De esta manera, la rapidez
puede expresarse como

En general, para...