Cinetica quimica

Introducción

La cinética química es una rama de la fisicoquímica que estudia la velocidad de las reacciones químicas, los factores que la afectan y el mecanismo por el cual transcurren. Aunque no se cuenta con un registro histórico preciso sobre el empleo de la cinética química en el estudio de las reacciones químicas, es probable, que los trabajos de Wilhelmy en 1850 sobre la inversión dela sacarosa, sean los pioneros desde un punto de vista científico. La cinética química es una herramienta fundamental en el diseño de las reactores químicos, en la predicción de su comportamiento y en el desarrollo de nuevos procesos. El primer paso para el diseño o modificación de un reactor químico es siempre la derivación de expresiones de velocidad de reacción empleando información obtenidaexperimentalmente. Los estudios de laboratorio tienen sólo un carácter exploratorio en la determinación de la cinética, ya que al menos se requieren estudiar las reacciones a escala banco para obtener el modelo cinético que será aplicado en el diseño de reactores. Sin embargo, el paso del modelo cinético al diseño del reactor implica que los procesos físicos que ocurren en el reactor, tales comodifusión y distribución del flujo, se conocen de manera suficiente, pueto que éstos impactan en la conversión y en la selectividad de la reacción. Durante la selección del tipo de reactor para una reacción determinada se pueden emplear métodos ingenieriles simples o análisis sofisticados de la interacción de fenómenos físicos y químicos, y es aquí donde la cinética química cobra mayor importancia, yaque ésta es parte fundamental en el diseño de los reactores químicos (Figura 1). Existe una íntima relación entre la termodinámica química y la cinética química, ya que la primera proporciona información sobre la posibilidad de llevar a cabo una reacción y bajo qué condiciones, mientras que la segunda indica el tiempo requerido y la ruta detallada por la que transcurre. Actualmente, la aplicaciónde la cinética química se realiza en todas las actividades productivas en las que toma lugar una reacción química; por ejemplo, en la síntesis de productos básicos (H2SO4, NH3, HNO3, etc.), en la refinación del petróleo y la petroquímica, en la síntesis de productos farmacéuticos, en la industria de los alimentos, etc. Con base en estas aplicaciones, el estudio de la cinética se puede dividir entres grandes áreas: • • • Cinética homogénea Cinética heterogénea Cinética enzimática Figura 1. Ubicación de la Cinética Química en el diseño de reactores químicos En este libro se abordan los aspectos fundamentales de la cinética homogénea,

haciendo énfasis en el tratamiento matemático de los datos experimentales y en la interpretación de las ecuaciones obtenidas. En el capítulo uno se definenlos conceptos básicos de la cinética química, los parámetros para medir el progreso de una reacción química, las variables que afectan la velocidad de reacción y la descripción de los reactores ideales. En el capítulo dos, se desglozan con lujo de detalle los métodos matemáticos para determinar el orden y la constante de velocidad para reacciones irreversibles de un componente (método integral,método diferencial, método de la presión total y método del tiempo de vida media). En el capítulo tres se complementa el tratamiento matemático para reacciones irreversibles entre dos y tres componentes empleando los métodos integral, diferencial, y velocidades iniciales. Estos métodos se detallan de acuerdo a la alimentación al sistema, la cual puede ser estequiométrica, no estequiométrica o conreactivo en exceso. El capítulo cuatro trata sobre el estudio de las reacciones reversibles de primer orden, segundo orden y órdenes combinados, y en el capítulo cinco se aborda el estudio de las reacciones complejas. En cada capítulo se ilustran los diferentes métodos utilizados con ejemplos tomados de revistas internacionales o casos reales, y al final se propone un conjunto de problemas como...