Cinetica Quimica

CINÉTICA QUÍMICA: VELOCIDADES DE REACCIÓN Y MECANISMOS DE REACCIÓN.
La cinética química es un área de la fisicoquímica que se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general (Difusión, ciencia de superficies, catálisis). La cinética química es un estudio puramenteempírico y experimental; la química cuántica permite indagar en las mecánicas de reacción, lo que se conoce como dinámica química.
La velocidad de reacción es la variación de las concentraciones de las sustancias que intervienen en una reacción
en la unidad de tiempo.
Así, para la reacción 2A + B + 3C ÷ A 2 BC 3
la velocidad puede expresarse de tres formas distintas según se tome como referencia lavariación de la concentración
de los reactivos A o B o bien del producto de la reacción A 2 BC 3 :
V ; ; ; A
d[A]
dt
VB
d[B]
dt
VC
d[C]
dt
VA 2BC 3
d[A2BC3]
dt
donde entre corchetes se indica la concentración de las especies que intervienen en la reacción. Los signos “+” ó “-”
indican que en el transcurso de la reacción las concentraciones de las especies A, B y C disminuyen,mientras que la
de A 2 BC 3 aumenta. Por ello es evidente que de acuerdo con la expresión de la reacción, las cuatro velocidades antes
indicadas no son iguales, por lo que siempre debemos indicar qué especie se toma en la expresión de la velocidad.
A la expresión que nos da la velocidad de una reacción en función de la concentración de cada una de las especies
que intervienen en ella se la llama“ley o ecuación de velocidades” , debe determinarse experimentalmente, pues en
general no puede deducirse de los coeficientes que aparecen en la correspondiente ecuación química.
Así, para la ecuación antes indicada, la ley de velocidades podemos expresarla para cada reactivo o bien para
todos ellos (Ecuación global de velocidad) y vendrá dada por las expresiones:
V A = K A .[A] a ; V B = K B .[B]b ; V C = K C .[C] C o bien V = K v .[A] a. [B] b. [C] c
donde K A , K B , K C y K v son unas constantes de proporcionalidad llamadas “constante de velocidad”, mientras que
las letras a, b, c son los exponentes que afectan a las concentraciones de las diversas especies en la ecuación de
velocidad, los cuales deben obtenerse experimentalmente, y pueden ser o no números enteros, y reciben elnombre de
orden de reacción con relación al reactivo a que afectan, mientras que el orden total de reacción es la suma de
estos exponentes. Así, para esta reacción tendremos:
- Orden de reacción con respecto al reactivo A: a
- Orden de reacción con respecto al reactivo B: b
- Orden de reacción con respecto al reactivo C: c
- Orden total de la reacción : a + b + c
Los valores de los diferentesórdenes de reacción pueden coincidir o no con los coeficientes que afectan a cada
una de las especies que aparecen en la ecuación química correspondiente. Los valores de estos coeficientes nos
indican la “molecularidad de la reacción” , que en este caso será:
- Molecularidad con respecto al reactivo A: 2
- Molecularidad con respecto al reactivo B: 1
- Molecularidad con respecto al reactivo C: 3Mecanismo de reacción
es la serie de pasos elementales a través de los cuales los reactivos se convierten en productos. Una vez se conoce el mecanismo de una reacción podemos controlar las condiciones óptimas para la reacción y obtener una mayor cantidad de productos en menor tiempo. El mecanismo de una reacción representa lo que nosotros creemos (hipótesis) que ocurre a nivel atómicomolecular, la serie de transformaciones al nivel atómico - molecular y se postula en base a los resultados de experimentos donde se ha determinado como afectan los diferentes factores la rapidez de la reacción. La estequiometría de la reacción es siempre mucho más sencilla que el mecanismo y no nos dice nada sobre éste. Ejemplo:
2 H2(g) + O2(g)   º  2 H2O(l)
Para esta reacción se postula el...