Cinetica

Unidad II

Cinética de las reacciones irreversibles

INTRUDUCCION

La cinética de una reacción química es un modelo matemático obtenido de datos experimentales que describe la dependencia de las concentraciones de los reactivos y productos a través del tiempo.
La cinética de una reacción es única ya que depende de la naturaleza de las especies que constituyen elsistema, de los eventos que ocurren a nivel molecular y de las condiciones de reacción (presión, temperatura y composiciones).
Dado lo anterior podemos decir que la cinética de una reacción contiene toda la información necesaria para diseñar un reactor (es el equivalente a la información genética para que se desarrolle un organismo). Por otra parte la velocidad de reacción tendrá lainformación necesaria para justificar un mecanismo de reacción propuesto. Un mecanismo de reacción es una serie de etapas elementales correspondientes a los eventos moleculares que se llevan a cabo durante la reacción. La suma de estas etapas elementales debe ser consistente con la estequiometría observada y con la velocidad de reacción.

Objetivo

Determinación de los parámetros cinéticos dereacciones irreversibles a partir de la aplicación del método integral y diferencial a una serie de datos experimentales dados.

2.1 Conceptos fundamentales

Reacciones irreversibles
Las reacciones químicas tienen varias clasificaciones, iniciaremos definiendo una reacción irreversible.
No existen reacciones que sean 100% irreversibles, sin embargo hay muchas que para fines prácticos seacercan a esta condición y su estequiometría se indica como.

[pic]

Al finalizar este tipo de reacciones quedarán únicamente trazas de los reactivos. Como ingenieros deseamos que nuestras reacciones sean de este tipo

Reacción reversible
En una reacción reversible la reacción de oposición a la reacción principal estásiempre presente. En este tipo de reacciones tendremos concentraciones considerables de los reactivos una vez que se ha llegado al equilibrio (final de la reacción). En el transcurso de la reacción siempre estará presente una velocidad de reacción en sentido directo y otra en sentido inverso. Mientras la primera sea mayor se observará el transcurso de la reacción.[pic]

A estas reacciones también se les conoce como simples y cumplen con la condición de que:

[pic]

En donde Ai se refiere a la especie química dentro de la estequiometría y [pic] se refiere al coeficiente estequiométrico, negativo para los reactivos y positivo para los productos.

En las reacciones simples tendremos que las velocidades deconsumo de los reactivos o las velocidades de generación de productos se definen como el cambio de concentración con respecto del tiempo. Para la siguiente estequiometría nos quedarían como

[pic]

[pic]

Podemos notar con base a la estequiometría, que la velocidad de reacción sería diferente para cada una de las especies químicas ya que mientras se producen dos moléculas de C seconsumen tres de B y solo una de A.
Si queremos definir una velocidad de reacción única debemos quitar el “efecto” del coeficiente estequiométrico. Lo anterior lo podemos lograr si dividimos entre el coeficiente estequiométrico correspondiente:

[pic]

en general: [pic]

Podemos expresar la velocidad de reacción en términos del avance de reacción como vemos veremos acontinuación.

Si definimos el avance de reacción por unidad de volumen como [pic] (ver apuntes 1) podemos expresar la velocidad de la reacción en función del avance como:

[pic]

En donde [pic]

Reacciones complejas

Las reacciones complejas requieren de más de una reacción para expresar las relaciones estequiométricas en un sistema en equilibrio. A continuación se presentan...