Cinetica

Lectura 4

Guillermo González Alatorre

Cinética de las reacciones irreversibles

Documento inédito
ITC-CIIDET, 2005.

Lectura 4
Tema II

Cinética de las reacciones irreversibles

INTRUDUCCION

La cinética de una reacción química es un modelo matemático obtenido de datos experimentales que describe ladependencia de las concentraciones de los reactivos y productos a través del tiempo.
La cinética de una reacción es única ya depende de la naturaleza de las especies que constituyen el sistema, de los eventos que ocurren a nivel molecular y de las condiciones de reacción (presión, temperatura y composiciones).
Dado lo anterior podemos decir que la cinética de una reacción es el “materialgenético” de la reacción y por lo tanto será indispensable para el diseño del reactor en donde se llevará a cabo dicha reacción. Por otra parte la velocidad de reacción tendrá la información necesaria para justificar un mecanismo de reacción propuesto. Un mecanismo de reacción es una serie de etapas elementales correspondientes a los eventos moleculares que se llevan a cabo durante la reacción. La sumade estas etapas elementales deben ser consistentes con la estequiometría observada y con la velocidad de reacción.

Objetivo

Determinación de los parámetros cinéticos de reacciones irreversibles a partir de la aplicación del método integral y diferencial a una serie de datos experimentales dados.

2.1 Definición de velocidad de reacción.

La velocidad de consumo de losreactivos o de generación de productos se definen como el cambio de concentración con respecto del tiempo. Para la siguiente estequiometría nos quedarían como

[pic]

[pic]

Podemos notar con base a la estequiometría, que la velocidad de reacción sería diferente para cada una de las especies químicas ya que mientras se producen dos moléculas de C se consumen tres de B y solo una de A.Si queremos definir una velocidad de reacción única debemos quitar el “efecto” del coeficiente estequiométrico. Lo anterior lo podemos lograr si dividimos entre el coeficiente estequiométrico correspondiente:

[pic]

en general: [pic]

Si definimos el avance de reacción por unidad de volumen como [pic] (ver Lectura 1) podemos expresar la velocidad de la reacción en funcióndel avance como:

[pic]

En donde [pic]

2.2.1 Factores que afectan a la velocidad de reacción:

La velocidad de reacción se ve afectada por cambios en la presión, temperatura, catalizador o inhibidor y agitación.
A continuación se harán una serie de generalizaciones acerca de la influencia de las variables mencionadas anteriormente y que serán punto de partida parallegar a nuestro modelo matemático de la velocidad de reacción.

1.- La velocidad de una reacción va a depender exclusivamente de la temperatura, presión y composición del sistema bajo investigación.

2.- ciertas sustancias que no aparecen dentro de la estequiometría de las reacciones pueden tener un marcado efecto sobre la velocidad de reacción aún cuando se encuentren solo entrazas. Estas especies químicas son conocidas como catalizadores o inhibidores dependiendo de si aumentan o disminuyen la velocidad de reacción respectivamente.

3.- A temperatura constante, la velocidad de reacción decrece generalmente con el tiempo.

4.-Si consideramos reacciones que ocurren en sistemas que se encuentran muy lejos del equilibrio, la velocidad de reacción pudeescribirse en la forma:

[pic]
En donde [pic] es una función que depende esencialmente de las concentraciones de los reactivos . El parámetro k, depende exclusivamente de la temperatura, por lo tanto es independiente del tiempo y concentraciones en un sistema isotérmico.

5.- Experimentalmente se ha encontrado que la mayoría de los sistemas reactivos siguen la ley de Arrhenius,...