Cinética química1.- Velocidad de reacción2.- Teoría de las reacciones químicas a) Teoría de las colisiones b) Teoría del estado de transición

3.- Factores que influyen en la velocidad de reacción

La velocidad de una reacción química indica cómo varía la concentración de reactivos o productos con el tiempo

Ejemplo:

Para la reacción

aA + bB cC + dD

La velocidad de la reacción se puede expresar:

dt

Dd

ddt

Cd

cdt

Bd

bdt

Ad

av

1111

1.Velocidad de reacción

Ecuación cinética

Expresión matemática que relaciona la velocidad de reacción con las concentraciones molares de todas las sustancias que intervienen en el proceso. Ejemplo : Para la reacción

aA+ bB cC + dD la ecuación cinética sería:

v = k A B siendo

k constante cinética o de velocidad y órdenes parciales + orden total

Las reacciones químicas se producen por los choques eficaces entre las moléculas de reactivos

I

I

H

H

Choqueeficaz

No eficaz

I

I

I

I

H

H

H

H

I

I

H

H

I

I

H

H

I2 + H2

HI + HI

I2 H2

Veamos la reacción de formación del HI a partir de I2 e H2

Además del choque adecuado las moléculas tienen que tener una energía suficiente, esta energía mínima se denomina energía de activación.

2a) Teoría de las colisiones

Estudia el perfil energético de la reacción

Se postula la existencia de una especie denominada

COMPLEJO ACTIVADO que posee una estructura química intermedia entre los reactivos y los productos.

Está en equilibrio con los reactivos, es muy inestable por su elevada energía y se descompone de forma casi instantánea, originando los productos de la reacción.

H2 + I2 2 H I Complejo activado H I

H I

2b) Teoría del estado de transición

Energía de activación

En

ergí

a p

oten

cial

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H<0

Energía de activación

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H>0En

ergí

a p

oten

cial

Reacción exotérmica Reacción endotérmica

Productos

Productos

Energía de activación

En

ergí

a p

oten

cial

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H<0

Energía de activación

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H>0En

ergí

a p

oten

cial

Reacción exotérmica Reacción endotérmica

Productos

Productos

El complejo activado es unaasociación transitoria muy inestable, ya que su energía es superior a las moléculas de reactivo y producto

2.- Estado físico de los reactivos

3.- Concentración de los reactivos

4.- Temperatura

5.- Catalizadores

Las reacciones son más rápidas si los reactivos son gaseosos o están en disolución.

En las reacciones heterogéneas la velocidad dependerá de la superficie de contacto entre ambas fases, siendo mayor cuanto mayor es el estado de división.

Un incremento de la temperatura provoca un incremento en la energía cinética de las moléculas, lo que hace que sea mayor el número de moléculas que alcanza la energía de activación.

1.- Naturaleza química de un proceso

Las reacciones que no implican reajuste de enlaces suelen ser rápidas

3. Factores que influyen en la velocidad de reacción

Ejemplos 2+ 2-

Ca (ac) + CO3 (ac) CaCO3 (s) rápida

No requiere ni rotura ni formación de enlaces; sólo se precisa la atracción eléctrica de los iones.

2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) moderada

Se rompe un enlace doble O=O y se forman enlaces nuevos

CHCH (g) + 2 H2 (g) CH3 – CH3 (g) muy lenta

Se rompe un enlace triple y dos enlaces simples y se forman seis enlaces nuevos

Las reacciones que no implican reajustes de enlaces suelen ser rápidas.Las que requieren ruptura y formación de muchos enlaces covalentes son lentas, sobre todo si hay enlaces múltiples.

1.- Naturaleza química de un proceso

a) Reacciones homogéneas

2 CO (g) + O2 (g) CO2 (g)

Entre gases son las más rápidas

3+ 2+ 2+ 3+

Fe (ac) + Cr (ac) Fe (ac) + Cr (ac)

Entre sustancias disueltas (sobre todo en agua) son más lentas

b)Reacciones heterogéneas

C (s) + O2 (g) CO2 (g)

C6H6 (l) + 3 H2 (g) C6H12 (l)

Cuando interviene un sólido, es muy importante su grado de división.

Más pulverizado mayor su superficie de contacto más rápida

2.- Estado físico de los reactivos

La velocidad de la reacción se incrementa al aumentar la concentración de los reactivos, ya que aumenta el número de choques entre ellos.

3.- Concentración de los reactivos

La velocidad aumenta mucho con la temperatura.

Van´t Hoff comprobó que la velocidad se duplicaba cuando la temperatura subía 10ºC.

En 1889, Arrhenius demostró que la dependencia con la temperatura de la constante cinética es:

–Ea/RT

k = A . e

K constante cinéticaA factor de frecuencia (a veces este factor también depende de T)Ea energía de activaciónT temperatura absoluta o Kelvin

4.- Efecto de la temperatura

5.- Catalizadores e inhibidores

Catalizador: Toda sustancia capaz de hacer evolucionar un sistema químico más rápidamente, sin alterar las propiedades del sistema ni consumirse durante el proceso.

Inhibidor: son sustancias que hacen la reacción más lenta.

No actúan por su mera presencia sino que toman parte activa en el proceso formando compuestos intermedios que conducen al avance (o retroceso) de la reacción por un mecanismo más favorable, en el cual las energías de activación son menores (mayores).

Proceso catalizado por levaduras

Cubas de fermentación de cerveza

1.- No es ni reactivo ni producto. Por tanto no aparece en la ecuación química global.

2.- Son eficaces, incluso, en muy pequeña cantidad.

3.- Se recupera al final del proceso.

4.- No altera las variables termodinámicas del proceso. - ni aporta ni consume energía del sistema - no cambia ni H, ni G de la reacción

Un proceso que no sea espontáneo no se ve favorecido por la presencia de un catalizador.

5.- Acelera (o inhibe) por igual las reacciones directa e inversa

6.- Son específicos - activan una reacción en concreto

Características:

Energía de activación

En

ergí

a p

oten

cial

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H<0

Energía de activación

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H>0En

ergí

a p

oten

cial

Reacción exotérmica Reacción endotérmica

Productos

Productos

E.A

Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de reacción

Reacción no catalizadaReacción catalizada

Energía de activación

En

ergí

a

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H<0

Energía de activación

Transcurso de la reacción

Complejoactivado

Reactivos

H>0

En

ergí

a

Reacción exotérmica Reacción endotérmica

Productos

Productos

E.A

E.A

Los catalizadoresnegativos aumentan laenergía de activación

Los catalizadorespositivos disminuyen

la energía de activación

E.A sin catalizadorE.A con catalizador negativoE.A con catalizador positivo