Unidad 9_cinética Química

Universidad de Concepción
Facultad de Ciencias Químicas

Química General para Ingeniería
Unidad 9
Tema:

UdeC/FCQ/M E König
Unidad 9

Cinética química

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Unidad 9.
•
•
•
•
•

CINÉTICA QUÍMICA

Introducción al tema
Concepto de velocidad de reacción
Ley de velocidad de reacción
Efecto de la temperatura
Catálisis

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Introducción
La termodinámica permite predecir siun
CAMBIO QUÍMICO puede ocurrir o no en
condiciones dadas.
Los cambios químicos (reacciones) ocurren en
el tiempo.
El estudio de los cambios químicos en función
del tiempo le compete a la Cinética Química.

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Esta área de la química tiene como objetivo
estudiar:
•

los factores que afectan la velocidad de las
reacciones

• la velocidad de las reacciones químicas
•los mecanismos mediante los cuales los
reactantes se transforman en productos
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Velocidad de reacción

concentración

Si se representa una reacción mediante la
ecuación:
R=P
(a T)
donde R representa reactante y P, producto, se
verifica que en función del tiempo las concentraciones de R y de P varían según:
P
R
tiempo
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Concentración, M[R]1

t1
t2

[R]2

[P]1

t1
tiempo

[P]2

t2

Concentración, M
R
P
[P]1
[R]1
[R]2
[P]2

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P

R

[X] =>
Molaridad
de X

tiempo

Si t2 > t1 => siempre:
[R]2 <[R]1
[P]2 > [P]1
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A medida que el tiempo de reacción avanza,
la concentración de reactante disminuye y la
de producto aumenta. Esto conduce a que las
relaciones:

∆[R] [R] 2 − [R] 1
∆[R]
=
<0 ⇒>0
∆t
t 2 − t1
∆t
∆[P][P] 2 − [P] 1
=
>0
∆t
t 2 − t1
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Ejemplos:
1) Si reacción es

A

Productos

Conc.
[A]
tiempo

2) Si reacción es

A+B

Productos

Conc.
[A] y [B] ambas disminuyen en igual
proporción en moles
tiempo
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∆[B]
∆[A]
= 2×
∆t
∆t
o bien
∆[A] 1 ∆[B]
= ×
∆t
2
∆t

Conc., M

3) Si reacción es: A + 2 B
Productos
En el mismo intervalo de tiempo seconsume
el doble moles de B que de A, luego:

[A]
[B]
tiempo

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4) Si reacción es A + 3 B

Productos

∆[B]
∆[A]
∆[A] 1 ∆[B]
= 3×
⇒
= ×
∆t
∆t
∆t
3
∆t
5) Si reacción es 3A + 2B
verifique que:

Productos

∆[B] 2 ∆[A]
∆[A] 3 ∆[B]
= ×
⇒
= ×
∆t
3
∆t
∆t
2
∆t
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La velocidad de una reacción se expresa en
términos del cambio de la concentraciónmolar
de algún reactante o de algún producto de la
racción, por unidad de tiempo, cuidando que la
velocidad resulte ser una magnitud positiva.
Por tanto:
∆
[
R
]
veloc. de reacción es proporcional a −
y también
veloc. de reacción es proporcional a
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∆t

∆[P]
∆t
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Considerando que la estequiometría de la
reacción indica la relación entre moles de
reactantes consumidos ymoles de productos
formados, la velocidad de la reacción se
expresa como se indica a continuación.
Reacción: aA + bB
cC + dD

1 ∆[A]
1 ∆[B] 1 ∆[C] 1 ∆[D]
vel = −
=−
=
=
a ∆t
b ∆t
c ∆t
d ∆t
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∆[ A ]
−
= velocidad de reacción de A
∆t

o velocidad de consumo de A

∆[ B]
= velocidad de reacción de B
−
∆t
∆[C]
= velocidad de producción de C
∆t
∆[D]
= velocidad deproducción de D
∆t
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Problema 1.
¿Cuáles son las dimensiones de la velocidad de
una reacción?
De ejemplos de unidades para la velocidad de
reacción.

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Solución.
Por ejemplo, si se expresa:

∆[C]
Veloc. de reacción =
∆t
Dimensiones:

mol× (longitud)−3 × (tiempo)−1

Las unidades pueden ser:
mol L-1 s-1 donde L = litro => (longitud)3
mol m-3h-1
etc.
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Problema 2.
Para las reacciones siguientes exprese la
velocidad de la reacción en función de la
velocidades de consumo de reactantes y de
formación de productos
a) 2A + B = 3C + D
b) 2 NH3(g) + 5/2 O2(g) = 2 NO(g) + 3 H2O(g)

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a)

∆[B] 1 ∆[C] ∆[D]
1 ∆[A]
vel = −
=−
=
=
∆t
∆t
2 ∆t
3 ∆t
de estas relaciones se deduce, por...