Estudiante de Ingenieria


QUÍMICA GENERAL

PROBLEMAS RESUELTOS

Dr. D. Pedro A. Cordero Guerrero CINÉTICA QUÍMICA

CINÉTICA QUÍMICA

Conceptos teóricos básicos

En todos los casos nos vamos a referir a la reacción: a.A + b.B —> c.C + d.D

VELOCIDAD DE REACCIÓN: Es la variación de las concentraciones de las sustancias que intervienen en una

reacción (reactivos o productos) en un tiempo determinado.: VAd[ D]
d[ A]

= −
dt

, Vb
d[ B]

= − ,
dt
VC =
d[C]

,
dt
VD =

El signo menos en el caso de V A y V B se debe a que en el transcurso de la reacción va
dt
disminuyendo la concentración de los reactivos, mientras que para los productos va aumentando.

ECUACIÓN DE VELOCIDAD: Es la expresión matemática que relaciona la velocidad de reacción con lasconcentraciones de los reactivos: V =
k.[ A]α .[ B]β , donde k es la constante de velocidad o factor de
velocidad, cuyas unidades dependen del orden de reacción, y
α y β
son los exponentes que afectan a

las concentraciones y reciben el nombre de orden de reacción (orden α respecto de B o bien orden total (α + β) . (1).
respecto de A, orden β

Esta ecuación de velocidad (vamos a referirla solamente alreactivo A), se expresa mediante

dX

una ecuación diferencial:
dt
= k([ A]º− X )n

[A]º: concentración inicial
X: concentración transformada

X
o integrada: ∫
dX t

n = ∫ k.dt
donde: K: Constante de velocidad
t: tiempo de reacción N: Orden de reacción
0 ([ A]º− X ) 0
(Podríamos utilizar también los valores de la concentración inicial [A]º y concentraciónfinal [A]:y así , tendríamos que X = [A]º - [A]



La resolución de esta integral depende del orden de reacción:


Utilizando [A]º y X
Utilizando [A]º y [A]
Orden 0
X = k.t
[A] = [A]º - k.t

Orden 1

[A]º
Ln = k. t
[A]º− X

[A]º
Ln = k. t [A]

Orden 2

1 1

− = k. t [A]º− X [A]º

1 1
− = k. t
[A] [A]ºVIDA FRACCIONARIA Es el tiempo que una cierta fracción de reactivo se convierte en producto. El caso más usual es la VIDA MEDIA (llamado también periodo de semidesintegración en el caso de las desintegraciones radioactivas, a las cuales les son aplicables también todos estos conceptos, como


1No deben confundirse los conceptos de orden de reacción y molecularidad. El primero de ellos procede dela ecuación de velocidad: es el exponente que afecta a la concentración de los
reactivos en la ecuación de velocidad, (en este caso α
y β ) mientras que el concepto de
molecularidad procede de la estequiometría de la reacción: es el número de moles de cada reactivo
que aparecen en la reacción ajustada (en este caso a y b). Pueden coincidir o no.


reacciones que son), que es el tiemponecesario para que reaccione la mitad de los reactivos:

[A]º
[ A]º

X = ,
2
así, si es de orden 1: Ln


[A]º 2

= k. t => Ln2 =
k. t

DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN Se sustituyen los valores de las concentraciones y tiempos en las ecuaciones de velocidad correspondientes a los diferentes órdenes (0, 1, 2, ...) Calculando en cada caso el valor de la constante develocidad. El orden buscado será aquel para el cual se mantenga constante el valor de k en todas las series de datos. Si ninguna la cumpliera, habría que pensar en órdenes fraccionarios o utilizar un método gráfico.


INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN. ECUACIÓN DE ARRHENIUS:


k = A.e

EA
−
R.T

o la logaritmica
donde:

k: Constante específica de velocidad a esaTemperatura A: Factor de frecuencia
E
Lnk = LnA − A
R. T


– EA
E A : Energía de activación
R: Constante universal de los gases
T: Temperatura absoluta
Al término e
R.T
se le suele llamar factor energético o factor de Boltzman

RELACIÓN ENTRE LAS CONSTANTES DE VELOCIDAD A DOS TEMPERATURAS: Se obtiene aplicando la
ecuación anterior a ambas temperaturas y dividiendo después ambas,...