Fisica

TEMA 6.- CINÉTICA. A diferencia de la Termodinámica, la Cinética estudia la velocidad con que se produce una reacción química, es decir, la variación que experimentan las

concentraciones de reactantes y productos con el tiempo, así como el mecanismo de la reacción y el estudio de los pasos intermedios por los que se verifica. Son muy diversos los factores que influyen en la velocidad con quese produce una reacción química y entre ellos, la temperatura, el estado físico de las sustancias que reaccionan, la superficie de contacto entre éstas, la presión, la naturaleza y concentración de los reactantes y la presencia de sustancias que aceleran la reacción y a las que se denomina catalizadores.

1.- Velocidad de una reacción. La velocidad de una reacción se expresa en función de laconcentración de uno de los reactantes o productos que en ella intervienen, y se define como la variación de la concentración en el tiempo. Para la reacción: A+B→C+D se puede expresar la velocidad en función de la disminución de la concentración de uno de los reactantes en el tiempo por la expresión:

v

d[A] d[B]  dt dt d[C] d[D]  dt dt

o bien por el aumento de cualquiera de losproductos: v

Para una reacción del siguiente tipo: 2A+B → A2B la velocidad con que disminuye el reactante A es el doble que la que corresponde al reactante B, es decir:

v

d[A] d[B] d[A 2B]  2 2 dt dt dt

o

v

1 d[A] d[B] d[A 2B]   2 dt dt dt

En general para una reacción: aA + bB → cC + dD la velocidad se expresa:
v 1 d[A] 1 d[B] 1 d[C] 1 d[D]    a dt b dt c dt d dtQUÍMICA GENERAL E INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO QUÍMICO

GRUPO A

Por las expresiones anteriores se deduce fácilmente que la velocidad de una reacción es la pendiente de la curva que se obtiene al representar gráficamente las variaciones de la concentración (de reactantes o productos) frente al tiempo, lo cual se efectúa experimentalmente determinando las concentraciones de reactantes oproductos a intervalos de tiempo definidos. Para las distintas reacciones químicas se pueden obtener dos tipos diferentes de gráficas que se muestran en las figuras 1 y 2. En el primer caso la gráfica de variación de
concentración con el tiempo es una línea recta, por lo que la pendiente es constante. Esto significa que la velocidad no depende de la concentración de reactantes o productos ni del tiempo.En el caso representado en la figura 2, por el contrario, la pendiente varía en cada punto, luego la velocidad varía con la concentración y con el tiempo.
pdte = -d(C)/dt .
Concentración

(A)

Concentración

pdte = -d(A)/dt = cte.

(C)

(D)

(B)

pdte = d(B)/dt = cte.

pdte = d(D)/dt .

Tiempo Fig. 1

Tiempo Fig. 2

2.- Orden de una reacción.

La forma en que depende lavelocidad de una reacción con -la variación en la concentración de reactantes o productos constituye el denominado orden de la reacción. Para el caso expuesto en la figura 1 en el cual la velocidad de la reacción no depende de la concentración, al ser constante la pendiente, se dice que es una reacción de orden
cero y resulta:

v

d[A]  k[A]0 dt

Sin embargo, son más frecuentes lasreacciones que corresponden al caso expuesto en la figura 2 y en las cuales la velocidad va cambiando al variar la concentración de reactantes o productos. Se denomina reacción de primer orden aquella en que la velocidad depende de la concentración en la forma siguiente:
Cinética   2

QUÍMICA GENERAL E INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO QUÍMICO

GRUPO A

v

d[A]  k[A] dt

Una reacción es desegundo orden cuando se cumple que: v d[A]  k[A]2 dt

y en general, se califica el orden de una reacción por el valor del exponente al que va elevada la concentración de reactantes, o productos, en la fórmula de la velocidad. Por lo tanto, la ecuación de una velocidad de una reacción de orden n vendrá dada por: v d[A]  k[A]n dt

El orden de una reacción hay que deducirlo experimentalmente,...