Influencia De La Temperatura Sobre La Velocidad De Reacción

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA

INGENIERÍA DE REACTORES I

Práctica 3.
“INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN DEL AGUA OXIGENADA”

5IV3

OBJETIVOS.

Aplicar el método matemático integral o diferencial para el tratamiento de datos experimentales en la determinación de laconstante de velocidad y el orden de reacción.
Determinar los valores de la energía de activación y el factor de frecuencia, aplicando la ecuación de Arrhenius.

I. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
1.1 Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción (-rA).
La velocidad de reacciones químicas normalmente se incrementa con la elevación de la temperatura. Para las reacciones heterogéneas (2 omás fases) la dependencia de la constante de velocidad o coeficiente cinético (k) con la temperatura por regla general es menor que para las reacciones homogéneas (1 fase), ya que en este caso se superpone la influencia de otros factores (FENOMENOS DE TRANSFERENCIA EN LA INTERFASE) y la etapa más lenta del proceso resulta no ser la reacción química misma, sino los procesos de difusión, adsorción,etc. La dependencia de la velocidad de una reacción homogénea con la temperatura, se describe aproximadamente con la regla de Van’ Hoff y con mayor exactitud por la ecuación de Arrhenius.
1.2 Ecuación de Arrhenius.
Arrhenius explico la dependencia de la temperatura con la constante de velocidad mediante una forma exponencial simple:
k=Ae-E/RT …….3.1
Donde, E= energía de activación (cal.btu/mol)A=Factor de frecuencia (mismas unidades que k)
T= temperatura °K o °R (absolutas)
R=constante de los gases ideales (1.987 cal/gmol°K o 1.986 BTU/Lbmol°R)
1.2.1 Energía de Activación (E).
Para que existe una reacción química es necesario que las moléculas de los reactivos colisionen entre si. Para que la colisión sea efectiva es necesario que lasmoléculas choquen con la orientación adecuada y con la energía suficiente. Así una reacción química es consecuencia de la reorganización de los átomos de los reactivos para dar lugar a los productos. Este proceso no se lleva a cabo directamente, sino a través de una asociación transitoria de las moléculas o estado intermedio denominado complejo activado.
A la energía necesaria para que losreactivos formen el complejo activado se le llama energía de activación y representa la barrera de energía que han de salvar las moléculas para que tenga lugar la reacción.

Figura A. Variación de la energía potencial en el choque de una molécula de O3 con otra de NO hasta formar los productos de reacción NO2 Y O2.
1.2.2 Factor de Frecuencia (A).
Probabilidad de colisión efectiva, suma de moléculasque si reaccionan.
Si se quisiera conocer la influencia de la temperatura en la velocidad de una reacción química se sustituye el valor de k de la ecuación 3.1 en la ecuación de velocidad, teniendo:

-rA= kCnA=A e-E/RTCnA ………..3.2
1.3 Métodos de cálculo para E y A
1.3.1 Método grafico:
Se linealiza la ecuación de Arrhenius, aplicando logaritmos, para comparar con la ecuación de la rectacomo sigue:
k= A e-E/RT .................ecuación original
Aplicando logaritmos:
Lnk =Ln[A e-E/RT] , aplicando propiedades de logaritmos:
(Ln(AB)) = LnA+LnB
Lnk= LnA+ Ln e-E/RT
1 T
Lnk

= LnA - -ER ………3.3 (ecuación linealizada)

Y = b - m x
m= -E/R
b=LnA
y= Lnk
x= 1/T

Donde se efectúa la regresión linealpara obtener m y b por analogía se calcula con las siguientes expresiones E y A.
E=-mR ……….3.4
A=eb ………3.5
1.3.2 Método Gráfico.
De la ecuación de Van’Of. (permite calcular la variación de la energía estándar de una reacción)
dLnkedT=ΔHRT ……………1
Sabemos que:
ΔH0= E1-E2 ……………2
Y Ke=K1k2 ………..3
Sustituyendo 2 y 3 en 1:
dLnk1k2dT=E1-E2RT^2

Aplicando propiedades de logaritmos...