UNIDAD 04

Química General e Inorgánica I – 1er Cuatrimestre 2014 – Unidad 4

UNIDAD Nº 4: CINÉTICA QUÍMICA
4.1 INTRODUCCIÓN
4.1.1 CONTENIDOS TEÓRICOS
Interpretación submicroscópica de una reacción química. Coordenada y
perfil de reacción. Estado de transición y energía de activación. El enfoque
macroscópico: Definición de la velocidad de reacción. Ecuación de velocidad:
Constante de reacción y órdenes dereacción. Evolución de la concentración
con el tiempo: Expresión de la concentración en función del tiempo para
algunas ecuaciones de velocidad. Tiempo de vida media. Determinación de la
ecuación de velocidad. Condiciones de pseudo-orden. Dependencia de la
cinética de una reacción con la temperatura. Ecuación de Arrhenius y energía
de activación. Mecanismos de reacción. Pasos elementales,molecularidad e
intermediarios. Paso determinante de la velocidad. Obtención de la ecuación
de velocidad utilizando la aproximación de estado estacionario y pre-equilibrio.
Catálisis.
4.1.2 RESUMEN DE LOS CONTENIDOS
4.1.2.1 Reacciones químicas : el enfoque submicroscópico
Desde el punto de vista submicroscópico, una reacción química
involucra la formación y la ruptura de enlaces entre átomos de modo detransformar a los reactivos en los productos. Tomemos, por ejemplo, la
reacción del óxido nitroso (N2O) con el óxido nítrico (NO) para dar dinitrógeno
(N2) y dióxido de nitrógeno (NO2), una reacción de gran importancia en la
formación de lluvia ácida

N2O(g) + NO(g)  N2(g) + NO2(g)
Esta reacción implica la ruptura de un enlace NO en la molécula de
óxido nitroso y la formación de un nuevo enlace NOen la molécula de óxido
nítrico para dar el dióxido de nitrógeno. La formación del nuevo enlace
requiere que las dos moléculas de reactivos colisionen. Con la ayuda de la
teoría cinético-molecular (Unidad 1) podemos calcular la frecuencia con que
estas dos moléculas colisionan. Esta frecuencia de choques depende de la
temperatura y de las propiedades de las especies que reaccionan, pero es delorden de 1030 encuentros por segundo a temperatura ambiente. Es decir que
por segundo se producen más de un millón de moles de encuentros. Esta
frecuencia es mucho mayor que la velocidad observada para la gran mayoría
de la reacciones, lo que muestra que, si bien es necesario que ocurra una
colisión de reactivos para que se produzca una reacción, ello no garantiza que
suceda.
Hay otros aspectos quedebemos tener en cuenta. Para que una
reacción química tenga lugar es necesario que el encuentro entre reactivos se
dé con una cierta orientación de los núcleos (configuración). En la Figura 1 se
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representan dos configuraciones de encuentro posibles para el ejemplo
anterior. En una, el átomo de oxígeno del óxido nitroso seacerca al átomo de
nitrógeno del óxido nítrico lo que puede resultar en un enlace entre estos
átomos y la formación de una molécula de dióxido de nitrógeno y otra de
dinitrógeno, los productos. En cambio, si el átomo de oxígeno del óxido nitroso
se acerca al átomo de oxígeno del óxido nítrico no se producirá reacción.

Figura 1. Representación de dos posibles configuraciones de encuentro entre N 2O yNO,
una favorable que puede resultar en reacción (a) y otra desfavorable que no produce
reacción (b).

Otro aspecto muy importante es la energía cinética con que colisionan
las moléculas, puesto que las colisiones que conduzcan a reacción deberán
involucrar colisiones entre moléculas con cierta energía cinética mínima.
Veamos por qué esto es necesario.
Aún en el caso de una colisión favorable,para que el encuentro resulte
en una transformación química también deben modificarse las posiciones
relativas de todos los átomos, desde las posiciones atómicas que caracterizan
a los reactivos hasta la configuración de los átomos que caracteriza a los
productos. Este cambio necesariamente ocurre a través de una serie de
configuraciones de los átomos, intermedias entre reactivos y productos y de...