Cinética Química

TEMA 7
CINÉTICA QUÍMICA
Resumen: Concepto de velocidad de reacción. Reacciones complejas y procesos elementales: Mecanismos
de reacción. Obtención de las leyes de velocidad. Efecto de la temperatura, naturaleza de los reactivos y
catalizadores en la energía de activación
Velocidad de reacción: Variación de concentración (moles/l) por unidad de tiempo (reactivos o productos)
aA+bB → mM+nNr=−

1 d[ A ]
1 d[B] 1 d[C] 1 d[D]
=−
=
=
a dt
b dt
c dt
d dt

Teoría de las colisiones
Para que pueda haber reacción, los reactivos tienen que encontrarse (chocar)
La velocidad de reacción será proporcional al número de choques entre los reactivos
Efecto de la concentración sobre la velocidad de reacción
La ecuación química es sólo un balance global de un proceso (reaccióncompleja) que, realmente,
transcurre a través de varios pasos sucesivos más sencillos (procesos elementales),
implicando cada uno de ellos a un menor número de moléculas): mecanismo de reacción
La velocidad de una reacción compleja es la del paso más lento: ley o ecuación de velocidad
r = k[A]α[B]β
k: Constante de velocidad
Orden de reacción
Orden: Suma de los exponentes de las concentraciones enla ley de velocidad (α+β)
Orden parcial: exponente de la concentración de un reactivo en la ley de velocidad (α, β)
El orden (global y parciales) depende del mecanismo de reacción y se determina experimentalmente
Leyes diferencial e integral de velocidad:
A → Productos:
r = k[A]α
Orden
Ley diferencial
Ley integral
0
r = -d[A]/dt = k[A]0 = k
[A] = [A]o – kt
1
r = -d[A]/dt = k[A]
[A] =[A]oe-kt
2
r =-d[A]/dt = k[A]2
1/[A] = 1/[A]o + kt
Vida media (t½): Tiempo que tarda en reducirse a la mitad la concentración
Para obtener el orden se realizan experiencias en las que se determina
la velocidad inicial (método diferencial) o
la evolución de [A] frente al tiempo (mét. integral) y se verifica si cumple alguna de las leyes
El caso A + B → Prod: r = k[A]α[B]β
puede tratarsecomo el de un solo reactivo, poniendo el otro: en gran exceso o
en proporc. estequiométricas
Influencia de la temperatura
La velocidad de reacción aumenta con la temperatura → ecuación de Arrhenius: k = Ae-Ea/RT
Ea, energía de activación: característica de cada reacción, independiente de la temperatura
A, factor de frecuencia, puede considerarse independiente de la temperatura
Influencia delos catalizadores
Sustancias que, sin aparecer en la ecuación química (balance global) y por lo tanto sin consumirse,
participan en el mecanismo de reacción modificando la velocidad (normalmente aumentándola)
Referencias: Dickerson (cap 20), Bailar (cap 15), Levine (cap 17).

TEMA 7
CINÉTICA QUÍMICA
1. Velocidad de reacción
La cinética química es un área de la química que se ocupa delestudio de la velocidad a la que transcurren los
cambios químicos: de la velocidad de la reacción, de las ecuaciones de velocidad y de los mecanismos de la
reacción.
La velocidad de la reacción, r, es una magnitud que expresa la cantidad de sustancia que se forma o
desaparece con el tiempo, es decir, la variación de la concentración de los reactivos o productos que se
transforman en una reacciónpor unidad de tiempo.
En una reacción química los reactivos se van consumiendo y los productos van apareciendo, por tanto sus
concentraciones a lo largo del tiempo van disminuyendo y aumentado, respectivamente.
Sea, por ejemplo, la reacción

A(g) → 2B(g)

A → 2B

En un recipiente de 10 L se introducen 50 moles de un reactivo A.
Se mide, manteniendo la temperatura del sistema constante, laconcentración de A al cabo de 2 y 5 minutos y resulta valer 2,9 y 1,4
moles/L, respectivamente.
Eso quiere decir que en los primeros 5 minutos han reaccionado:

[B]

[ B] 2
∆ [B]
∆ [B]/ ∆ t
[B] 1
[A] 0

∆t

5 -2,9 = 2,1 moles/L del reactivo A
Una forma de expresar la velocidad a la que ha transcurrido el
proceso sería dividiendo la cantidad de moles por unidad de
volumen de A...