Cinetica quimica

CINÉTICA QUÍMICA
En termoquímica estudiamos como determinar si una reacción era o no espontánea, pero no hablamos de con qué velocidad se producía una reacción.Sabemos por ejemplo que la oxidación del hierro es un proceso lento en c.n. pero la combustión del butano es rápida.La cinética química estudia precisamente la velocidad de las reacciones y los factores que influyen sobre ella.
VELOCIDADDE LAS REACCIONES QUÍMICAS.
La velocidad siempre es una referencia al tiempo y por tanto también lo será la velocidad de unareacción. Pero en ella intervienen tanto las sustancias reaccionantes como las producidas, por ello definimos la velocidad de reacción como:“la variación de la concentración de un reactivo (o producto)en la unidad de tiempo”
Apliquemos esta definición a una reacción enparticular:
N2 + 3H2 2NH3
Es evidente que la concentración de N2 y de H2 disminuyen con el tiempo, por tanto sus velocidades(derivadas de la variación de la concentración respecto al tiempo) son negativas. Por el contrario, la
formación de NH3 será positiva ya que va aumentando. Sin embargo, si nos referimos a la velocidad de la “reacción” debemos definir una forma en la cual la velocidad dedesaparición o aparición de cada
sustancia sea igual en todos los casos y defina por tanto la velocidad de esa reacción. Así en este caso y teniendo en cuenta que debemos igualar los signos (aparición y desaparición) y las velocidades (el H2
desaparece tres veces más rápido que el N2), tendremos que:
- d[N2] - 1 d[H2] 1 d[NH3]
v = -------- = --- ------ = --- ----------
dt 3 dt 2 dt
Así lavelocidad de reacción se define como: la derivada de la concentración molar respecto al tiempo, de cualquier reactivo o producto, dividida por su coeficiente estequiométrico y convertida en
convertida en valor positivo. En general se suele estudiar la velocidad inicial de la reacción directa (). Para ello consideremos la reacción general: aA + bB productos.
Para ello se estudia experimentalmente comovaría la velocidad de la reacción (formación o desaparición de uno de las sustancias) al variar la concentración inicial de uno de los reactivos ( el otro en cada experiencia se inicia con la misma concentración); posteriormente en otras experiencias se invierte la situación (se altera la concentración del que se mantenía cte. y se mantiene cte. la del que se variaba). Con ello se consiguedeterminar la influencia de cada reactivo. Con ello se obtiene lo que se denomina “ley diferencial de velocidad o ecuación de velocidad”. Su forma es:
V = k [A]α [B]β
Los exponentes α y β se denominan ordenes parciales de reacción respecto a A y B respectivamente y la suma de ambos orden total de reacción. α y β no tienen por qué ser enteros ni coincidir con los coeficientes estequiométricos.
La ctek se denomina constante de velocidad y viene dada por k = A e -Ea/RT (Ecuación de
Arrhenius) donde A es el denominado factor de frecuencia (que depende del “tipo” de reacción), y T y Ea que son la temperatura y energía de activación (estos dos últimos son de gran influencia puesto que son factores exponenciales). Respecto al término energía de activación (Ea) hablaremos a continuación.MECANISMOS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS.
Cuando escribimos una reacción química ajustada como p. ej.
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O
estamos escribiendo el resultado de diversas reacciones que ocurren en diferentes etapas ya que la probabilidad de que coincidan simultáneamente en un choque dos moléculas de KMnO4 con cinco de H2O2 y tres de H2SO4 es nula.
Por tanto es de suponer queesa reacción debe transcurrir en sucesivas etapas más elementales dando globalmente el resultado de la reacción final. Cada paso intermedio se denomina etapa (reacción) elemental.
FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN.
Aparte de las concentraciones de los reactivos que ya figuran explícitamente en la ecuación de velocidad, existen otros factores que están implícitos en la constante K....