Cinetica de Reacciones 2014 1

Introducción
El hecho de que una reacción sea termodinamicamente
posible (∆G<0), no es suficiente para predecir si la
reacción va a pasar en una escala de tiempo razonable.
Este factor es muy importante para la concepción y la
evaluación de la rentabilidad económica de todos los
procesos metalurgicos.

Por ejemplo, la lixiviación de la calcopirita y
otros sulfuros con sulfato férrico estermodinamicamente factible

Pero en la práctica, después de 100 días de
lixiviación, sólo se alcanza a poner en
solución un 5 % de la calcopirita, 50 % de
calcosina y 80% de covelina.

Definiciones
Reacción homogénea - heterogénea


Reacción Homogénea : Reacción química u electroquímica en la
cual todos los productos y reactantes pertenecen a una sola y
misma fase

Ejemplo : MnO4+ 5Fe2+ + 8 H+ <=>Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O


Reacción Heterogénea : Una reacción es heterogénea si tiene
lugar en dos o más fases.

Ejemplo : NaCl (sólido) <=> Na+ + Cl(solución)

Velocidad de una reacción
En general, las reacciones químicas se pueden escribir :
A + B => C + D
A => B
A => B => C

La velocidad de una reacción (v) es el número de moles
transformados por unidad de tiempo del componente i
involucrado en lareacción química :

La velocidad se puede definir de varias formas :

(a)

Basada en la unidad de volumen de fluido reaccionante

(b)

Basada en la unidad de volumen del reactor

(c) Basada en la unidad de superficie interfacial en un sistema
de dos fluidos o basada en la unidad de superficie del
sólido en los sistemas líquido - sólido (reacción
heterogénea):

(d) Basada en la unidad de masadel sólido en los sistemas
fluido-sólido

Etapas de una reacción
En general, los sistemas metalúrgicos están caracterizados por
sistemas heterogéneos, es decir , sus reacciones tienen lugar en
una interface en la cual ocurre transferencia de materia de una fase
a la otra.
Las reacciones heterogéneas son controladas por la velocidad de la
reacción química propiamente tal o por la transferencia demasa de
los diversos reactantes hacia la superficie de contacto de los dos
fases.
En la figura 3.1.1. se muestra un modelo simplificado de lixiviación,
con disolución completa del mineral. Este caso representa la
disolución de especies puras que no forman residuos sólidos como
producto de la reacción, tales como el oro en cianuro, la chalcantita
en ácido sulfúrico,...

Las etapas principales de unareacción son :

(1)

Transporte de masa de los reactantes gaseosos a través de la
interfase gas - líquido y posterior disolución (cuando es el caso).

(2)

Transporte de masa de los reactantes a través de la capa límite
solución - sólido, hacia la superficie del sólido.

(3)

Reacción química o electroquímica en la superficie del sólido,
incluyendo adsorción y desorpción en la superficie delsólido y/o
a través de la doble capa electroquímica.

(4)

Transporte de masa de los especies producidos a través de la
capa límite hacia el seno de la solución.

La etapa controlante de una reacción es la de velocidad más lenta (
R.D.S. : Rate Determining Step). El control de la reacción global
puede ser :


Por transporte de masa ( etapa 1, 2 o 4 )



Por reacción química (etapa 3)



MixtoLas reacciones homogéneas son generalmente más rápidas que
las reacciones heterogéneas, ya que necesitan transporte de masa
en una sola fase y que las especies en solución reaccionan
rápidamente.
Por otra parte, las reacciones heterogéneas implican el transporte
de masa a través del límite entre dos fases, lo que a veces es la
etapa controlante de las reacciones. Las reacciones más
importantes enmetalurgía son heterogéneas, y a veces son
controladas por el transporte de masa ( difusión).

En la figura 3.1.2. se muestra un modelo simplificado de lixiviación,
con formación de una capa de residuo poroso. Este caso es tal vez el
más frecuente en lixiviación.

Figura 3.1.2. Esquema de una reacción de lixiviación con formación de una capa
porosa.

Modelización de la cinética
La ecuación...