Cinetica Y Equilibrio Químico

Cap´ ıtulo 3

Cin´tica y equilibrio qu´ e ımico

3.1.

Objetivos Instruccionales del Cap´ ıtulo

Al concluir est´ clase el estudiante podr´ estar en capacidad de: a a 1. Conocer la terminolog´ b´sica aplicada en cin´tica de reacciones qu´ ıa a e ımicas 2. Explicar en sus propios palabras la teor´ de colisiones para una reacci´n qu´ ıa o ımica 3. Explicar el concepto de ecuaci´n cin´tica oe 4. Clasificar reacciones de acuerdo con su molecularidad 5. Saber c´mo y cuando aplicar la aproximaci´n de estado estacionario para la detero o minaci´n de expresiones cin´ticas o e 6. Calcular el calor de reacci´n, la energ´ libre de Gibbs y la constante de equilibrio o ıa para una reacci´n. o 7. Aplicar el calor de reacci´n, la energ´ libre de Gibbs y la constante de equilibrio o ıa paraestimar composiciones en equilibrio para una reacci´n dada. o 8. Efectuar el c´lculo de conversi´n en equilibrio para una reacci´n a o o 9. Entender el concepto de equilibrio en reacciones qu´ ımicas 10. Identificar la diferencia entre reacciones endot´rmicas y exot´rmicas y los efectos e e de la temperatura sobre cada tipo de reacci´n. o 11. Calcular el equilibrio de una reacci´n en una mezcla de gaseso l´ o ıquidos no ideales

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´ CAP´ ITULO 3. CINETICA Y EQUILIBRIO QU´ IMICO

3.2.

Reacci´n qu´ o ımica

La teor´ de las colisiones describe las reacciones qu´ ıa ımicas en t´rminos de colisiones e entre mol´culas reaccionantes; el ´xito de la reacci´n depende en gran medida del n´ mee e o u ıa ro de colisiones efectivas. Desde la perspectiva de la teor´ de colisiones latemperatura juega un papel fundamental al aumentar el n´ mero de colisiones efectivas y por tanto u aumentar la velocidad de reacci´n. La alineaci´n de las mol´culas durante la colisi´n o o e o determina en gran medida el que la colisi´n sea efectiva o no (ver Figura 3.1). o

Figura 3.1: Representaci´n esquem´tica de los conceptos fundamentales de la teor´ de collisiones para reaco a ıa ciones qu´ımicas. El ´rea sombreada representa el n´mero de moleculas con energ´ suficiente para reaccionar. a u ıa Las moleculas fuera de esta ´rea no tienen la energ´ necesaria para reaccionar. a ıa

Para que una colisi´n sea efectiva, las mol´culas deben colisionar con una energ´ igual o o e ıa superior a la energ´ de activaci´n. Durante el proceso de colisi´n se supone la formaci´n ıa o o o de un complejoaltamente energ´tico denominado el complejo activado[A2 −B2 ]∗ , especie e que es de vida muy corta. Dicho complejo dar´ origen al producto AB si la colisi´n es a o exitosa o a productos no reaccionados A2 , B2 , como se indica en el esquema de la Figura 3.1. La evoluci´n de la energ´ del proceso se ilustra en la Figura 3.2 o ıa La diferencia entre la energ´ potencial de los reactivos y la energ´del complejo activado ıa ıa tal y como se ilustra en la Figura 3.2, es lo que se denomina energ´ de activaci´n, Ea . ıa o De otra parte, la diferencia entre la energ´ potencial de los productos y los reactivos ıa cuantifica el calor evolucionado o suministrado durante la reacci´n, y se le denomina o el calor de reacci´n ∆Hrxn . Como se indica en la Figura 3.3, dicho calor puede ser o positivo onegativo, lo que determina que la reacci´n se denomine como endot´rmica o o e
W. L. Vargas c Semestre I, 2011

´ ´ 3.3. CLASIFICACION DE LAS REACCIONES QU´ IMICAS

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Figura 3.2: Energ´ vs coordenada de reacci´n para una reacci´n bimolecular A2 + B2 −→ 2AB ıa o o

exot´rmica, respectivamente. e

Figura 3.3: Energ´ vs coordenada de reacci´n para una reacci´n bimolecular A + B −→ C + Dcon suministro ıa o o y generaci´n de calor. o

Que tienen en com´ n la etapa “ cumbre” de monta˜ a en el Tour de francia con los u n conceptos de la teor´ de colisiones para una reacci´n? La Figura 3.4 ilustra una posible ıa o analog´ ıa.

3.3.

Clasificaci´n de las reacci´nes qu´ o o ımicas

Toda reacci´n qu´ o ımica est´ formada por etapas m´s elementales que constituyen el a a...