Procesos

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.:

VA = −

VD=

d [ D] El signo menos en el caso de V A y V B se debe a que en el transcurso de la reacción va dt

d [ A] d [ B] d [ C] , Vb = − , VC = , dt dt 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 las concentraciones de los reactivos:
α β V = k .[ A].[ B] , donde k es la constante de velocidad o factor de

velocidad, cuyas unidades dependen del orden de reacción, y

α yβ

son los exponentes que afectan a

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

(α + β ) . ( ).
1

Esta ecuación de velocidad (vamos a referirla solamente al reactivo A), seexpresa mediante

una ecuación diferencial:
X

dX n = k ([ A]º − X ) dt
n

o integrada:

∫ ([ A]º − X )
0

dX

=

∫ k . dt
t 0

[A]º: concentración inicial X: concentración transformada donde: K: Constante de velocidad t: tiempo de reacción N: Orden de reacción

(Podríamos utilizar también los valores de la concentración inicial [A]º y concentración final [A]:y así , tendríamosque X = [A]º - [A] La resolución de esta integral depende del orden de reacción: Utilizando [A]º y X Orden 0 Orden 1 X = k.t Utilizando [A]º y [A] [A] = [A]º - k.t

Ln

[A]º = k.t [A]º − X

Ln

[A]º = k.t [A]

Orden 2

1 1 − = k.t [A]º − X [A]º

1 1 − = k. t [A] [A]º

VIDA FRACCIONARIA Es el tiempo que una cierta fracción de reactivo se convierte en producto. El caso más usual esla 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

1 No deben confundirse los conceptos de orden de reacción y molecularidad. El primero de ellos procede de la ecuación de velocidad: es el exponente que afecta a la concentración de los

reactivos en la ecuación develocidad, (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.
PROBLEMAS RESUELTOS DE QUÍMICA GENERAL CINÉTICA QUÍMICA - 2 de 12

reacciones que son), que es el tiempo necesario para que reaccione la mitad de losreactivos: X = así, si es de orden 1:

[ A]º , 2

Ln

[A]º
[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 de velocidad. El orden buscado será aquel para el cual se mantengaconstante 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:
EA R.T

k = A.e

−

donde: o la logaritmica

Lnk = LnA −
Al término e
− EA R.T

EA R. T

k: Constante específica de velocidad a esa Temperatura A: Factorde frecuencia E A : Energía de activación R: Constante universal de los gases T: Temperatura absoluta

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, quedandonos la expresión:

Ln

K 1 − EA ⎛ 1 1⎞ ⎟ = .⎜ − K2 R ⎝ T1 T2 ⎠...