titol

UNITAT 3. CINÈTICA QUÍMICA 2n BATXILLERAT

1. Velocitat d’una reacció química.
2. Equació de velocitat. Ordre total de la reacció i ordres parcials.
3. Teories de les reaccions químiques: teoria de col·lisions i teoria de l’estat de transició.
4. Factors que afecten a la velocitat d’una reacció.
5. Convertidor catalític.
La cinètica química estudia la velocitat de les reaccions químiques,els factors que influeixen damunt la velocitat d’una reacció, així com el camí pel qual transcorreixen (mecanisme de reacció).

1. VELOCITAT D’UNA REACCIÓ QUÍMICA
La velocitat d’una reacció química és la variació de la concentració d’un reactiu o d’un producte amb el temps. La velocitat d’una reacció és una magnitud positiva i s’expressa en les unitats mol/l s.
La velocitat de la reacció espot estudiar observant la disminució de la concentració dels reactius o l’augment de la concentració de productes.
Per la reacció
I2 (g)+ H2 (g)→ 2 HI (g)

la velocitat de la reacció es pot expressar segons l’augment de la concentració de HI produïda en un interval de temps. La velocitat d’aparició de HI en un interval de temps (∆t) és:

vHI =∆[HI] /∆t

La velocitat de la reacció també espot expressar com la disminució de la concentració de I2 o de H2 produïda en un interval de temps. La velocitat de desaparició de I2 en l’interval ∆t és:
vI2 =−∆[I2] /∆t

El signe menys de l’expressió anterior s’inclou per tal que la velocitat sigui una quantitat positiva, ja que ∆[I2] és negatiu.

Les velocitats que hem escrit són velocitats mitjanes. La velocitat d’una reacció no ésconstant i el seu valor depèn de l’interval de temps triat. Al principi de la reacció, la velocitat és alta, però a mesura que la reacció es va produïnt la velocitat va disminuint.
com:
La velocitat de la reacció en un instant concret (anomenada velocitat instantània) per HI i I2 es defineix

vHI =d[HI]/dt vI2 =−d[I2]/dt

És a dir, la velocitat es defineix com la derivada de la concentraciórespecte al temps i coincideix amb el pendent de la recta tangent a la corba obtinguda al representar la concentració enfront del temps.







Com es pot veure, la velocitat de la reacció no és constant; al principi de la reacció, la velocitat és elevada, però a mesura que la reacció es va produïnt la velocitat va disminuint.
Les velocitats de desaparició del reactius o d’aparició delsproductes no són iguals, sino que depenen de quin reactiu o producte estiguem analitzant. Per a la reacció anterior, la velocitat d’aparició del HI és el doble que les velocitats de desaparició de I2 i H2.



Com a criteri s’ha establert que la velocitat d’una reacció aA + bB → cC + dD, amb independència de la substància que se miri, es defineix com:
v = − 1 d[A]=− 1 d[B]= 1 d[C]=1 d[D]a dt b dt c dt d dt
El següent gràfic mostra la variació de la concentració dels components d’una reacció amb el temps: aA + bB → cC + dD


2. EQUACIÓ DE VELOCITAT

És l’equació matemàtica que relaciona la velocitat d’una reacció amb les variables de les quals depèn. Per una reacció homogènia, les variables que modifiquen la velocitat d’una reacció són la concentració delsreactius, la temperatura i la presència o no d’un catalitzador. Per tant, l’equació de velocitat és funció d’elles:

v = f (concentració reactius, temperatura, catalitzador)

L’expressió de l’equació de velocitat s’ha de determinar experimentalment.

Per una reacció genèrica:
a A + b B→ c C + d D
l’expressió de l’equació de velocitat és:
v= k [A]n [B]m
on:

k= constant de velocitat.La constant de velocitat depèn de la temperatura i de la reacció en concret (és a dir de la naturalesa de les substàncies que intervenen en la reacció); així mateix, el valor de k variarà si en la reacció intervé un catalitzador. k no sempre té les mateixes unitats, les unitats de k depenen de l’ordre total de la reacció.
n= ordre parcial de la reacció respecte al reactiu A
m= ordre parcial de...