Presentacin de PowerPoint

TEMA 10

CINETOQUMICA

TEMA 10

CINETOQUMICA Parte de la Qumica que estudia la velocidad de las Reacciones qumicas.

Los aspectos que estudia son:

La velocidad de las reacciones en funcin del cambio de las concentraciones de reactivos y productos con el tiempo.

Los mecanismos de las reacciones.10.1.- Introduccin.

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CINETOQUMICA Variacin de la concentracin de reactivos y productos con el tiempo.10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.

[v] =molL-1sg-1Unidades

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CINETOQUMICA10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.

v ==A B

A + B C + D

===

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CINETOQUMICA

10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.

v ==

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CINETOQUMICA10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.2A B

v ==

aA + bB c C + dD

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CINETOQUMICA10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.2A B

v ==

aA + bB c C + dD

V =v=

3O2 2O3

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CINETOQUMICA10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.

Ley de velocidades de una reaccin.- Expresin matemtica que da la velocidad como funcin de la concentracin de cada una de las especies que influyen en ella.

Debe determinarse experimentalmente y, en general, no puede deducirse de los coeficientes de la ecuacin qumica.Orden de reaccin = x + yv = K [A]x[B]y

aA + bB + hH cC + dDaA + bB c C + dD

aA + bB cC + dD

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CINETOQUMICA10.2.- Concepto de velocidad de reaccin.

v = k [A]m [B]nEcuacin de velocidadConstante develocidad

rdenes parcialesde reaccinm+n Orden total de reaccinUnidades de k

M1-(m+n) s-1

Se determinan experimentalmente y notienen relacin alguna con la estequiometrade la reaccin.

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CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de primer orden.

v = k[A]

A B

ln[A] ln[A]0 = kt

k s-1

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CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de primer orden.

A B

01002003004005006007008009001000tiempo

-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.5ln[A]

ln[A]o

-K

01002003004005006007008009001000tiempo

-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1[A]

[A]o

t[A]Ln[A]t1[A]1Ln[A]1t2[A]2Ln[A]2t3[A]3Ln[A]3t4[A]4Ln[A]4t1[A]5Ln[A]5t2[A]6Ln[A]6t3[A]7Ln[A]7t4[A]8Ln[A]8

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CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de primer orden.

= - k dt[H2O2] d[H2O2 ]

[A]0[A]t

0t = -ktln[H2O2 ]t

[H2O2 ]0

ln[H2O2]t = -kt + ln[H2O2]0H2O2(aq) H2O(l) + O2(g)= -k [H2O2] d[H2O2 ]dt[k] = s-1

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CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de primer orden.

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CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de segundo orden.

A B

K mol-1ls-1

TEMA 10CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de segundo orden.

A B

01002003004005006007008009001000tiempo

0.00.20.40.60.81.0[A]

[A]o

01002003004005006007008009001000tiempo

1.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.01/[A]

1/[A]o

Ky = mx + b

t[A]1/[A]t1[A]11/[A]1t2[A]21/[A]2t3[A]31/[A]3t4[A]41/[A]4t1[A]51/[A]5t2[A]61/[A]6t3[A]71/[A]7t4[A]81/[A]8

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CINETOQUMICA10.3.-Reacciones de segundo orden.

t A + B Productost = 0 [A]0 [B]0 0t [A]0-X [B]0-X nX

y = mx + b

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CINETOQUMICA10.4.-Reacciones de orden cero.

CINETOQUMICA

A Productos

k moll-1s-1

0100200300400500tiempo

0.00.20.40.60.81.01.2[A]

[A]o

-K

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CINETOQUMICA

CINETOQUMICA

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CINETOQUMICA10.5.-Vida fraccionaria.

CINETOQUMICA El tiempo necesario para que cierta fraccin de un reactivo se convierta en productos.

vida media o perodo de semireaccin (t1/2) El tiempo necesario para que se haya transformado en productos la mitad de un reactivo.

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CINETOQUMICA10.5.-Vida fraccionaria.

CINETOQUMICA

Orden cero Orden uno Orden dos

[A]=[A]0/2, t=t1/2

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CINETOQUMICA10.5.-Vida fraccionaria.

Orden tresCINETOQUMICA Orden n

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CINETOQUMICAOrden012Ecuacin integrada[A]=[A]0-ktln[A]=ln[A]0-kt1/[A]=1/[A]0+ktUnidades de kMs-1 o moll-1s-1s-1M-1s-1 o mol-1ls-1

t1/2[A]0/2kln2/k1/k[A]0

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10.6.- Teora de las colisiones

Reaccin rpida a temperatura ambienteReaccin lenta a temperatura ambiente

CINETOQUMICA Basada en la teora cintica de los gases Fallo: Toda colisin produce una reaccin qumica

Las sustancias reaccionantes tienen que tener: La energa adecuada. La orientacin adecuada.

A BBBBBBPerfil de reaccin.

Temperatura T2 > T1Fraccin de molculas con un valor dado de EcT1T2MediasEnerga cintica

TEMA 10Dos molculas no pueden reaccionar a menos que superen una energa umbral denominada energa de activacin Ea10.6.- Teora de las colisionesCINETOQUMICAEaA+ B2 AB + BA BBA BBA B B

ABBA B B

A+ B2 AB + B

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10.6.- Teora de las colisionesCINETOQUMICAA factor de frecuencia.Ea energa de activacin (kJ/mol).R =8,314 J/Kmol.T temperatura (K).Ecuacin de Arrhenius.

v = k[A]x[B2]y

TEMA 1010.6.- Teora de las colisionesOrientacin

CINETOQUMICAN2O + NO N2 + NO2

Temperatura T2 > T1Fraccin de molculas con un valor dado de EcT1T2MediasEnerga cintica

TEMA 10Dos molculas no pueden reaccionar a menos que superen una energa umbral denominada energa de activacin Ea10.6.- Teora de las colisionesCINETOQUMICAEaA+ B2 AB + BABBA+ B2 AB + B

TEMA 1010.7.- Teora del estado de transicin.

Figura 9.-Perfil de reaccin para la reaccin N2O(g) + NO(g) N2(g) + NO2(g). Este perfil de reaccin simplificado muestra las variaciones de energa en el transcurso de la reaccin. Las molculas de reactivos y productos, as como el complejo activado, se muestran mediante modelos moleculares.

Figura 10

CINETOQUMICA

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CINETOQUMICA10.7.- Teora del estado de transicin.

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Figura 11.- a) Una colisin que llevara a la reaccin de I- + CH3Cl para dar CH3I + Cl-. El I- debe aproximarse por el lado de la parte de atrs del enlace C-Cl. b)Dos colisiones que no estn en la orientacin adecuada. CINETOQUMICA10.7.- Teora del estado de transicin.I + CH3Cl CH3I + Cl

TEMA 1010.8.- Mecanismos de reaccin.CINETOQUMICA El conjunto de procesos elementales por los cuales trascurre una reaccin para pasar de reactivos a productos A + B CD + E

TEMA 1010.8.- Mecanismos de reaccin.CINETOQUMICAdt

= k[H2][ICl]d[P]H2(g) + 2ICl(g) I2(g) + 2HCl(g)

H2(g) + ICl(g) HI(g) + HCl(g)Mecanismo postulado:

H2(g) + 2 ICl(g) I2(g) + 2 HCl(g)lentorpidoHI(g) + ICl(g) I2(g) + HCl(g)

dt

= k[H2][ICl]d[HI]dt

= k[H2][ICl]d[P]

dt= k[HI][ICl]d[I2]

Etapa lenta es la determinante de la velocidad de reaccin.Orden 1 en H2 y ICl. Reaccin bimolecular

TEMA 1010.8.- Mecanismos de reaccin.CINETOQUMICA

Intermedio de reaccin

TEMA 1010.8.- Mecanismos de reaccin.CINETOQUMICACuando los procesos elementales tiene una velocidad comparable hay que aplicar la aproximacin del estado estacionario.2A

B + C

Primera etapa: A + A A* + A Segunda etapa: A* B + CVformacin A* = Vdestruccin A*

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.

CINETOQUMICA La naturaleza de los reactivos.

La temperatura.

La presencia de luz.

La presencia de catalizadores.

La concentracin de los reactivos.

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.

CINETOQUMICA La naturaleza de los reactivos.

Influye:

El estado fsico de las sustancias.

La extensin de la subdivisin.

Las identidades qumicas.

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.CINETOQUMICA La temperatura.k = AeEa/RT

ln k = ln A R

EaT

1

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin. La temperatura.Figura 12.- Un mtodo grfico para determinar la energa de activacin.

CINETOQUMICA

y = m x + b

1/TLn kPte = -Ea/R....lnA

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin. La temperatura.Figura 12.- Un mtodo grfico para determinar la energa de activacin.

CINETOQUMICA

1/TLn kPte = -Ea/R....

lnA

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin. La luz.

Las reacciones fotoqumicas se aceleran con la luzCINETOQUMICA

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin. Catalizadores.CINETOQUMICA Sustancias que, an no interviniendo en el balance global de una reaccin, su presencia condiciona ciertas variables en la velocidad de la reaccin. Pueden ser: Homogneos.

Heterogneos.

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.Catalizadores Catlisis homognea.- Estn en la misma fase que los reactivos.

CINETOQUMICA

Proceso no catalizado:Proceso catalizado:

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.Catalizadores Catlisis heterogneaCINETOQUMICA

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.Catalizadores Catlisis heterogneaCINETOQUMICA

TEMA 1010.8.-Factores que afectan a la velocidad de reaccin.Catalizadores

Figura 17.- Perfil de reaccin para una reaccin catalizada por una superficie. La Energa de activacin, Es, del perfil de reaccin (azul) para una reaccin catalizada por una superficie es considerablemente inferior a la del perfil de reaccin (rojo)para una reaccin en fase gaseosa no catalizada, Eg. CINETOQUMICA