tins quimica

QFII – 2do. cuatr. 2002 – FI – UBA – Guía de laboratorio – p.1/11

GUIA DE LABORATORIO

CINETICA QUIMICA
Para una reacción química, el conocimiento de la velocidad de reacción, es decir, de la variación
de la concentración de un reactivo o producto en función del tiempo, es de gran interés práctico pues
permite calcular bajo qué condiciones la reacción evoluciona rápidamente para produciruna elevada
cantidad de producto útil, y el tiempo necesario para alcanzar un determinado rendimiento.
Se denomina reacción elemental la que se efectúa en un solo paso. La relación entre la velocidad
de reacción y la concentración de los diferentes reactivos y productos aporta información útil para deducir
las reacciones elementales que suceden a nivel molecular, así como la secuencia dedichas reacciones
llamada “mecanismo de reacción”.
La cinética química estudia y postula mecanismos de reacción basándose en valores
experimentales de concentración de reactivos y/o productos, tiempo, temperatura, concentración de
catalizador, de electrolitos, etc.
La velocidad de una reacción química se considera siempre como una cantidad positiva. Dada la
reacción:
aA + bB → cC + dD (1)
lavelocidad v se define, a temperatura constante, como la variación de la concentración de cualquiera de
las sustancias intervinientes en función del tiempo:
− 1 dC A − 1 dCB 1 dCC 1 dCD
v=
=
=
=
(2)
a dt
b dt
c dt
d dt
siendo CA, CB, CC, CD las concentraciones molares de las sustancias respectivas y a, b, c y d los
coeficientes estequiométricos de la reacción. La velocidad de reacción esfunción de las concentraciones
de los reactivos y productos y puede expresarse según la siguiente ecuación:
− 1 dC A
β
γ
v=
= kCα CB CC Cδ
(3)
A
D
a dt
siendo k la constante de velocidad de reacción y α,β,γ y δ los órdenes de reacción con respecto a A, B,
C y D respectivamente.
El orden general de la reacción (n) es la suma de los órdenes parciales de cada reactivo:
n=α +β +γ+δ
Laecuación de velocidad de reacción se puede determinar únicamente con medidas experimentales y no
puede deducirse de la molecularidad de la ecuación química.
Reacciones de primer orden:
Se llaman reacciones de primer orden a aquellas cuya ecuación cinética tiene la expresión:
− 1 dC A
v=
= kCA
(4)
a dt
siendo A uno de los reactivos. Reordenando e integrando:
dCA
= −kdt
ln C A = kt + cte(5)
CA
Para el instante inicial, t = 0, la concentración de A es C0A y la ecuación (5) se puede escribir como:
1 C
C A = ae − kt
k = − ln A
(6)
t
a

1

QFII – 2do. cuatr. 2002 – FI – UBA – Guía de laboratorio – p.2/11

La concentración de la sustancia A disminuye exponencialmente con el tiempo. Si se representan los datos
experimentales según la gráfica ln(CA/ C0A) vs. t y seobtiene una recta, puede considerarse que la reacción
es de primer orden y la constante de velocidad se calcula de la pendiente de la recta. Las dimensiones de
la constante de velocidad son tiempo inverso (seg-1, min-1, etc.), resultando independientes de las medidas
de concentración.
Se define como vida media de una reacción, τ, al tiempo necesario para que la concentración de A
alcance lamitad de su valor inicial, es decir que CA = C0A/2 a t = τ. Uno de los métodos que ayuda a
calcular la constante de velocidad es determinar el tiempo de vida media para diferentes valores iniciales de
reaccionante. Para una reacción de primer orden resulta
ln 2
τ =
(7)
k
Notar que el tiempo de vida media es independiente de la concentración inicia para las reacciones de
primer orden.
Lossiguientes son ejemplos de reacciones de primer orden:
ü Descomposición del N2O5 (excepto a presiones muy bajas).
ü Decaimiento radiactivo de un núcleo inestable.
ü Conversión del bromuro de butilo terciario.
ü Descomposición térmica en fase gaseosa del peróxido de butilo terciario.
Reacciones de segundo orden:
Una reacción es de segundo orden si la velocidad es proporcional al cuadrado de la...