cinÉtica quÍmica-chang.pptx
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CINTICA QUMICA
CINTICA QUMICAQumica de Chang.
LA VELOCIDAD DE UNA REACCINQumica de Chang.
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN La cintica qumica es el rea de la qumica que tiene relacin con la rapidez o velocidad, con que ocurre una reaccin qumica.
Cintica se refiere a la velocidad de reaccin, que es el cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (M/s).LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN Hay muchas razones para estudiar la velocidad de una reaccin. Para empezar existe una curiosidad intrnseca con respecto a la razn por la que las reacciones ocurren a diferentes velocidades.
10-12 a 10-6s
Millones de aos para completarseLA VELOCIDAD DE UNA REACCIN Se sabe que cualquier reaccin puede representarse por la ecuacin general:
Reactivos Productos
Esta ecuacin expresa que durante el transcurso de una reaccin, los reactivos se consumen mientras se forman los productos.Como resultado, es posible seguir el progreso de una reaccin al medir, ya sea la disminucin en la concentracin de los reactivos o el aumento en la concentracin de los productos.LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
En la siguiente figura se muestra el progreso de una reaccin sencilla donde las molculas de A se convierten en molculas de B:AB
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN En la presente figura se muestra la disminucin en el nmero de molculas de A y el incremento en el nmero de molculas de B con respecto al tiempo.
7LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN En general, es ms conveniente expresar la velocidad de reaccin en trminos del cambio en la concentracin con respecto al tiempo. As, para la reaccin A B, la velocidad se expresa como:
Donde [A] y [B] son los cambios en la concentracin (molaridad) en un determinado periodo de tiempo t.
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN Debido a que la concentracin de A disminuye durante el intervalo de tiempo, [A] es una cantidad negativa.
La velocidad de reaccin es una cantidad positiva, de modo que es necesario un signo menos en la expresin de la velocidad para que la velocidad sea positiva.
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN Por otra parte, la velocidad de formacin del producto no requiere un signo menos porque [B] es una cantidad positiva (la concentracin de B aumenta con el tiempo).
Estas velocidades son velocidades promedio porque representan el promedio en cierto periodo t.LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
LA VELOCIDAD DE UNA REACCIN
VELOCIDADES DE REACCIN Y ESTEQUIOMETRIA
VELOCIDADES DE REACCIN Y ESTEQUIOMETRIA
LEY DE VELOCIDADQumica de Chang.
LA LEY DE VELOCIDADLa ley de velocidad expresa la relacin de la velocidad de una reaccin con la constante de velocidad y la concentracin de los reactivos, elevados a alguna potencia. Para la reaccin general:
LA LEY DE VELOCIDADLos exponentes x y y especifican las relaciones entre las concentraciones de los reactivos de A y B y la velocidad de reaccin.
Al sumarlos, se obtiene el orden de reaccin global, que se define como la suma de los exponentes a los que se elevan todas las concentraciones de reactivos que aparecen en la ley de velocidad.
Para la ecuacin 13.1 el orden de reaccin global es x + y. De manera alternativa puede decirse que la reaccin es de orden x en A, de orden y en B y de orden (x+y) global.
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
LA LEY DE VELOCIDAD
RELACIN ENTRE LA CONCENTRACIN DE LOS REACTIVOS Y EL TIEMPOQumica de Chang.
RELACIN ENTRE LA CONCENTRACIN DE LOS REACTIVOS Y EL TIEMPO
REACCIONES DE PRIMER ORDENQumica de Chang.
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
REACCIONES DE PRIMER ORDEN
VIDA MEDIAQumica de Chang.
VIDA MEDIA
VIDA MEDIA
VIDA MEDIA
VIDA MEDIA
REACCIONES DE SEGUNDO ORDENQumica de Chang.
REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN
REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN
REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN
REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN
REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN
REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN
RESUMEN DE LA CINTICA PARA LAS REACCIONES DE PRIMERO Y SEGUNDO ORDEN
CONSTANTES DE VELOCIDAD Y SU DEPENDENCIA DE LA ENERGA DE ACTIVACIN Y LA TEMPERATURAQumica de Chang.
CONSTANTES DE VELOCIDAD Y SU DEPENDENCIA DE LA ENERGA DE ACTIVACIN Y LA TEMPERATURACon muy pocas excepciones, la velocidad de las reacciones aumenta al incrementar la temperatura.
Por ejemplo, el tiempo que se requiere para cocer un huevo en agua es mucho menor si la reaccin se lleva a cabo a 100 C (aproximadamente 10 min.) que a 80 C (aproximadamente 30 min.)
Por el contrario, una forma efectiva de conservar alimentos consisten en almacenarlos a temperaturas bajo cero, para que disminuya la velocidad de una reaccin y la temperatura.CONSTANTES DE VELOCIDAD Y SU DEPENDENCIA DE LA ENERGA DE ACTIVACIN Y LA TEMPERATURAEn la figura 13.13 se ilustra el ejemplo tpico de la relacin entre la constante de velocidad de una reaccin y la temperatura.
CONSTANTES DE VELOCIDAD Y SU DEPENDENCIA DE LA ENERGA DE ACTIVACIN Y LA TEMPERATURAEn la figura 13.13 se ilustra el ejemplo tpico de la relacin entre la constante de velocidad de una reaccin y la temperatura.
Para explicar este comportamiento, es necesario preguntarse cmo inician las reacciones.
LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICAQumica de Chang.
LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICALa teora cintica molecular de los gases establece que las molculas de los gases chocan frecuentemente unas con otras.
Por tanto, parece lgico suponer, y en general es cierto, que las reacciones qumicas suceden como resultado de las colisiones entre las molculas de los reactivos.
En trminos de la teora de las colisiones de la cintica qumica, es de esperarse que la velocidad de una reaccin sea directamente proporcional al nmero de colisiones moleculares por segundo o la frecuencia de las colisiones moleculares:LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICA
Esta sencilla relacin explica la dependencia de la velocidad de reaccin con la concentracin.LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICA
LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICASegn la teora de las colisiones siempre hay una reaccin cuando chocan las molculas de A y B. Sin embargo, no todas las colisiones conducen a la reaccin.
Los clculos basados en la teora de la cintica molecular muestran que, a presiones y temperaturas normales (1 atm y 298 K), ocurren alrededor de 1x1027 colisiones binarias (colisiones entre dos molculas en un volumen de 1 mL, cada segundo, en fase gaseosa.
En los lquidos hay todava ms colisiones por segundo. Si cada colisin binaria condujera a un producto, la mayora de las reacciones se completara de manera instantnea. LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICAEn la prctica, se encuentra que las velocidades de las reacciones varan mucho. Esto significa que, en muchos casos, las colisiones por s mismas no garantizan que se lleve a cabo una reaccin.
Cualquier molcula en movimiento posee energa cintica; cuanto ms rpido se mueve, su energa cintica es mayor.
Pero una molcula que se mueve rpidamente no se romper en fragmentos por s misma.
Para reaccionar, debe de chocar con otra molcula.LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICACuando las molculas chocan, parte de su energa cintica se convierte en energa vibracional.
Si la energa cintica inicial es grande, las molculas que chocan vibrarn tan fuerte que se rompern algunos de los enlaces qumicos.
Esta fractura del enlace es el primer paso hacia la formacin del producto.
Si la energa cintica inicial es pequea, las molculas prcticamente rebotarn intactas.LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICAHablando en trminos energticos, existe una energa mnima de choque, por debajo de la cual no habr ningn cambio despus del choque. Si no esta presente esta energa, las molculas permanecern intactas y no habr cambios por la colisin.
Se postula que, para que ocurra una reaccin, las molculas que chocan deben tener una energa cintica total igual o mayor que la energa de activacin (Ea).
Ea, es la mnima cantidad de energa que se requiere para iniciar una reaccin qumica.LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICACuando las molculas chocan, forman un complejo activado (tambin denominado estado de transicin) que es una especie formada temporalmente por las molculas del reactantivo, como resultado de la colisin, antes de formar el producto.
En la siguiente figura se muestran dos perfiles diferentes de energa potencial para la reaccin
A + B C + DLA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICASi los productos son ms estables que los reactivos, entonces la reaccin se ver acompaada por una liberacin de calor, es decir, la reaccin es isotrmica. Por otra parte, si los productos son menos estables que los reactivos, entonces la mezcla de reaccin absorber calor de los alrededores y se tendr una reaccin endotrmica.
LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICAPuede pensarse a la Ea como una barrera que evita que reaccionen las molculas menos energticas.
Debido a que, en una reaccin comn, el nmero de molculas reactivas es muy grande, la velocidad y, por tanto, la energa cintica de las molculas, varan mucho.
En general, slo una pequea fraccin de las molculas que chocan, las que se mueven ms rpido, tienen suficiente energa cintica para superar la energa de activacin. Estas molculas pueden, entonces, participar en la reaccin.LA TEORA DE LAS COLISIONES EN LA CINTICA QUMICAAhora es explicable el aumento de la velocidad (o constante de velocidad) con la temperatura: la velocidad de las molculas obedece la distribucin de Maxwell. Compare la distribucin de las velocidades a dos temperaturas diferentes. Debido a que mayor temperatura estn presentes ms molculas con mayor energa, la velocidad de formacin del producto tambin es mayor a mayor temperatura.
LA ECUACIN DE ARRHENIUSLa dependencia de la constante de velocidad de una reaccin respecto a la temperatura se expresa por medio de la siguiente ecuacin, conocida como la ecuacin de Arrhenius:
Donde Ea es la energa de activacin (en KJ/mol), R es la constante de los gases (8.314 J/K . mol), T es la temperatura absoluta, e es la base de la escala de logaritmos naturales. La cantidad A representa la frecuencia de las colisiones y se llama factor de frecuencia. Se puede tratar como una constante para un sistema de reaccin determinado en un amplio intervalo de temperatura.
LA ECUACIN DE ARRHENIUSQumica de Chang.
LA ECUACIN DE ARRHENIUSLa ecuacin de Arrhenius muestra que la constante de velocidad es directamente proporcional a A y, por tanto, a la frecuencia de las colisiones.
Por el signo negativo asociado por el exponente Ea/RT, la constante de velocidad disminuye cuando aumenta la energa de activacin y aumenta con el incremento en la temperatura.
Esta ecuacin se expresa de una forma ms til, aplicando el logaritmo natural en ambos lados.LA ECUACIN DE ARRHENIUS
LA ECUACIN DE ARRHENIUS
LA ECUACIN DE ARRHENIUS
LA ECUACIN DE ARRHENIUS
LA ECUACIN DE ARRHENIUS
LA ECUACIN DE ARRHENIUS
MECANISMO DE REACCINQumica de Chang.
MECANISMO DE REACCINUna ecuacin qumica global balanceada no indica mucho con respecto de cmo se lleva a cabo la reaccin.
En muchos casos, slo representa la suma de varios pasos elementales, o reacciones elementales, una serie de reacciones sencillas que representan el avance de la reaccin global a nivel molecular.
El trmino que se utiliza para la secuencia de pasos elementales que conducen a la formacin del producto es el mecanismo de reaccin.
El mecanismo de reaccin es comparable con la ruta, o el camino, que se sigue durante el viaje, la ecuacin qumica global slo especifica el origen y el destino.
MECANISMO DE REACCIN
MECANISMO DE REACCIN
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALESQumica de Chang.
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
LAS LEYES DE VELOCIDAD Y LOS PASOS ELEMENTALES
CONFIRMACIN EXPERIMENTAL DE LOS MECANISMOS DE REACCIN Cmo se puede comprobar si es correcto el mecanismo que se propone para una reaccin en particular?
En el caso de la descomposicin del perxido de hidrgeno se podra tratar de detectar la presencia de los iones IO- por mtodos espectroscpicos. La evidencia de su presencia confirmar el esquema de la reaccin.
Para la reaccin de yoduro de hidrgeno, la deteccin de tomos de yodo confirmara el mecanismo en dos pasos.
Por ejemplo, el I2, se disocian tomos cuando se irradia con luz visible. Por tanto, se puede predecir que la formacin de HI a partir de H2 y de I2 aumenta a medida que aumenta la intensidad de la luz , ya que as incrementa la concentracin de tomos de I.
CATLISIS Como se observ antes, en la descomposicin del perxido de hidrgeno la velocidad de reaccin depende de la concentracin de iones yoduro I- a pesar de que no aparecen en la ecuacin global.
Se mencion que el I- acta como catalizador para la reaccin.
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reaccin qumica sin consumirse.
El catalizador puede reaccionar para formar un intermediario, pero se regenera en un paso subsecuente de la reaccin.
CATLISISQumica de Chang.
CATLISIS Un catalizador acelera una reaccin al involucrar una serie de pasos elementales con cinticas ms favorables que aquellas que existen en ausencia.
A partir de la ecuacin (13.8) se sabe que la constante de velocidad k (y, por tanto, la velocidad) de una reaccin depende del factor de frecuencia de A y de la energa de activacin Ea; cuanto mayor sea A, o menor Ea, mayor ser la velocidad.
En muchos casos, un catalizador aumenta la velocidad disminuyendo la energa de activacin de una reaccin.
CATLISIS
CATLISIS
CATLISIS HETEROGNEA En la catlisis heterognea, los reactivos y el catalizador estn en fases distintas.
Por lo general, el catalizador es un slido y los reactivos son gases o lquidos.
En la catlisis homognea los reactivos y el catalizador estn dispersos en una sola fase generalmente lquida.
La catlisis cida y la bsica constituyen los tipos ms importantes de catlisis homognea en disolucin lquida.CATLISIS HOMOGNEA CATLISIS ENZIMTICALas enzimas son catalizadores biolgicos.
Lo ms asombroso de las enzimas no slo es que pueden aumentar la velocidad de reaccin bioqumica por factores que van de 106 a 1018, sino que tambin son altamente especficas.
Una enzima acta slo en determinadas molculas, llamadas sustratos (es decir, reactivos) mientras que deja el resto del sistema sin afectar.
Se ha calculado que una clula viva promedio puede contener alrededor de 3000 enzimas diferentes, cada una de las cuales cataliza una reaccin especfica en la que un sustrato se convierte en los productos adecuados.
La catlisis enzimtica es homognea porque el sustrato y las enzimas estn presentes en disolucin acuosa.
GRACIAS POR SU ATENCIN!!!