Quimica

APUNTES DE CINETICA QUIMICA

APOYO AL CURSO DE DE FISICOQUIMICA

ANDRES SOTO BUBERT.

OCTUBRE 2001

Cinética Química. Por medio de la termodinámica es posible predecir la ocurrencia de reacciones, pero no se habla de un aspecto que es de suma importancia y que tiene relación con el tiempo en el cual se llevan a cabo estos procesos. La cinética química da cuenta de este aspecto y portanto define la velocidad con que se lleva a cabo una reacción. En este texto se establece un apoyo que muestra aspectos relevantes de teoría de la cinética química, su nomenclatura y algunos ejemplos y aplicaciones.

Aspectos de interés. La velocidad de una reacción (o sea la cantidad de aparición o de desaparición de una sustancia en el tiempo), varía según la reacción. En algunos casos, unareacción puede durar algunos segundos, mientras que en otros casos puede durar siglos. Por tanto comprender la teoría y los factores que son relevantes en un proceso de este tipo es de suma importancia. Un punto que se debe visualizar es que la cinética también es aplicable a cambios físicos y/o alotrópicos de la materia. En este sentido y haciendo referencia al párrafo anterior se puede dar comoejemplo el caso del carbono. Dos posibles estructuras alotrópicas del carbono (hay otras), son el carbono grafito y el diamante. Sin embargo en condiciones normales, la termodinámica predice que solo debe existir el carbono grafito. La pregunta que es interesante es por qué motivo existe la joya del diamante, la cual tiene sentido a altas presiones según la termodinámica pero no a bajas. La respuestase encuentra en la velocidad de transformación de diamante a grafito. Esta transformación es tan lenta en condiciones normales que puede demorar miles de años y si bien la termodinámica predice que el sistema debe evolucionar a la formación de grafito en estas condiciones, esto en la practica no es apreciable.

Factores que determinan la velocidad de reacción. La velocidad de una reacción dependede la composición de las sustancias reaccionantes así como también de una serie de otros factores. Entre ellos destacan, su forma física, del nivel de mezcla de los reactivos, del tamaño y concentración de los reactivos, de la temperatura, de la presión, de las concentraciones de los reactivos, de sustancias que afecten la reacción sin ser ellas un reactivo o producto (catalizadores) y de algunascondiciones especiales propias del sistema como pueden ser la radiación de luz visible, UV, RX, neutrones u otras.

Definiciones. Sea la siguiente reacción química irreversible: aA + bB + .... àcC +dD + ........

Donde A y B son los Reactivos y C y D son los productos de la reacción, y ‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’ son los coeficientes estequiométricos de la reacción. Se define la velocidad de la,asumiendo que la reacción se lleva a cabo en un paso (o sea que no existen reacciones intermediarias entre reactivos y productos), del siguiente modo: V = k [ A]a [B ]b Donde A y B son concentraciones de las especies reactivas. Se habla concentraciones ya que se asume fase acuosa. En caso de gases se habla en términos de presión. ‘k’ es una constante de proporcionalidad y se designa como constante develocidad de la reacción en cuestión. El término de velocidad ‘V’ se puede entender pensando en 2 posibles situaciones: Como velocidad de desaparición de reactivos o bien como velocidad de aparición de productos. Ya que ambas velocidades en magnitud son proporcionales ya que los productos son una consecuencia de la desaparición de reactivos, se puede establecer la siguiente expresión general queresume ambas posibilidades: 1 d [ A] 1 d [B] 1 d C  1 d [D] − =− = = a dt b dt c dt d dt Se define además el orden global de la reacción como la suma de ‘a’ y ‘b’, etc. y los ordenes parciales como el termino correspondiente a ‘a’ o a ‘b’ o etc. Así: Orden global = a + b +... Orden parcial respecto a A = a Orden parcial respecto a B = b Si el orden global es igual a 1 se dice que la reacción es...