quimica sinetica

Química General e Inorgánica I – Serie 5 –

SERIE 5
PROBLEMAS
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QUIMICA GENERAL E INORGANICA I

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CINETICA QUIMICA
CONCEPTOS: Velocidad de reacción. Ley de velocidad. Mecanismos de reacción.
Orden y molecularidad. Ecuación de Arrhenius y energía de activación. Catálisis.

GUÍA DE CONOCIMIENTOS
Termodinámica vs. cinética
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Los criterios termodinámicos sobreespontaneidad y equilibrio permiten predecir si
una reacción química puede o no ocurrir, pero no dan información acerca de la
velocidad a la que se produce dicha reacción.
El ΔG de una reacción espontánea es negativo. ¿Es éste el único criterio de
espontaneidad que conoce? ¿Bajo qué condiciones es válido?
Las reacciones termodinámicamente no espontáneas nunca ocurren. Sin embargo,
una reacciónno espontánea puede convertirse en espontánea cambiando las
condiciones en la que se lleva a cabo, por ejemplo cambiando la temperatura, la
presión, la concentración de reactivos, etc.
Las reacciones químicas ocurren en diferentes escalas de tiempo que van desde los
nanosegundos o picosegundos (ej.: disociaciones ácido-base) hasta escalas de
tiempo geológicas (ej.: conversión de grafito endiamante). Ver Temas de Discusión.
La cinética química nos permite obtener información sobre la velocidad de una
reacción y sobre cuáles son los factores que más influyen en la misma, así como
también sobre la forma en que dicha reacción procede.

Velocidad de reacción
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En general, una velocidad cuantifica algún cambio producido en función del
tiempo. Así, la velocidad de movimientotraslacional es la distancia recorrida en alguna
medida de tiempo – dx/dt – y tiene dimensiones de longitud sobre tiempo (ej.: km/h). La
velocidad de una reacción química es el cambio de alguna variable química, como por
ejemplo la concentración, en función del tiempo. Supongamos que quisiéramos
determinar la velocidad de la transformación:
3 H2 (g) + N2 (g) → 2 NH3 (g)
Podríamos convenir que lavelocidad de la reacción es la velocidad de desaparición de
los reactivos, pero ¿de cuál de ellos? Es evidente que en el tiempo en el que se consume
un mol de nitrógeno se consumen tres veces esa cantidad de hidrógeno, por lo tanto se
debe definir más precisamente la velocidad de la reacción.

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Química General e Inorgánica I – Serie 5 –

Definimos la velocidad de la reacción como lavariación de la concentración de un
producto o de un reactivo por unidad de tiempo, dividida por el coeficiente
estequiométrico con que aparece en la reacción.
1 d[H 2 ]
d [ N 2 ] 1 d [ NH 3 ]
=−
=
observar que, para que la
3 dt
dt
2 dt
velocidad de una reacción esté definida como una cantidad positiva, se adopta la
convención de que el coeficiente estequiométrico de los productos espositivo y el de
los reactivos es negativo. Es importante observar también que la velocidad de una
reacción no es una constante, sino que es una función del tiempo.

En el ejemplo anterior: v = −

¿Cómo se puede medir la velocidad de una reacción? La propia definición
sugiere que midamos la concentración de alguno de los reactivos o productos en función
del tiempo. Experimentalmente se midealguna propiedad del sistema que varíe en el
tiempo y que se relacione con la concentración, como por ejemplo la absorbancia, la
conductividad, la presión total, etc. En nuestro ejemplo de la síntesis del amoníaco, y
dado que la reacción ocurre en fase gaseosa, podríamos medir la presión total en
función del tiempo. La presión total viene dada por la expresión:

Ptotal = PNH 3 + PN 2 + PH 2Si la reacción ocurre a temperatura y volumen constantes, y suponiendo que la ley de
gases ideales describe satisfactoriamente el comportamiento del sistema, entonces la
variación de presión total se corresponderá con la variación en el número total de
moles. Por cada n moles de N2 que reaccionan, desaparecerán también 3n moles de H2 y
se formarán 2n moles de NH3, resultando el proceso en...