Guía: “Velocidad de reacción”

Nombre: ____________________________________________________________________ Curso:____________

La cinética química es la rama de la química que estudia la velocidadde las reacciones químicas y sus mecanismos. Rama muy importante,pues gracias a ella es factible, por ejemplo, predecir la velocidad con laque actuará un medicamento, analizar la destrucción de la capa deozono, entre otros.

La velocidad de reacción se define como como el cambio en la concentración molar (M) de un reactante o producto por unidad detiempo en segundos (s).

Suponiendo lasiguiente ecuación general:

A↔BPara este mecanismo, entenderemos que los reactivos representadospor A deben colisionar efectivamente para que se obtengan losproductos representados como B, y en la medida en que los Adisminuyan, los B aumentarán, como se muestra en el grafico 1.En síntesis la velocidad se expresa matemáticamente como:

Gráfico 1. Concentración vs tiempo

Modelos de la Colisiones:Teoría, desarrollada por Lewis y otros químicos en la década de 1920,explica cómo y por qué transcurre una reacción química y también por qué la velocidad de reacción se ve afectada por diferentes factores. Esta teoría señala que para que los choques entre molécula sean efectivos se requiero que:

1. Las moléculas de los reactantes deben tener energía suficiente paraque pueda ocurrir el rompimiento de enlaces, un reordenamiento delos átomos y luego la formación de los productos; de lo contrario, lasmoléculas colisionan pero rebotan unas con otras, sin formar losproductos.

2. Los choques entre las moléculas deben efectuarse con la debidaorientación en los reactantes.

En síntesis, existen dos factores fundamentales para que ocurran loschoques efectivos que darán origen a una nueva sustancia: la orientaciónde las moléculas y la energía de activación. Este último lo abordaremosen la sesión “Perfil de una reacción”.

Observa atentamente el siguiente gráfico que representa la reacción: A + B → C + D En él se distinguen los siguientes conceptos:

Energía de Activación (Ea):Mínima energía requerida para que se inicie una reacción químicaPara que los choques entre las moléculas sean efectivos y produzcan una nueva sustancia, dichas moléculas deben poseer una energía cinética mayor o igual que la energía de activación.

Completo activado (≠): Asociación transitoria de las moléculas o estado intermedio entre los reactantes y los productos, formado por átomos, moléculas o iones, que se caracteriza por no ser aislable, de muy corta vida y de altísima energía.

Departamento de cienciasQuímica- IV° MedioProfesoras: Bernardita Adasme-Jordana Salinas- Solange Rebolledo

Tipos de reacciones: Existen 2 tipos de reacciones químicas las irreversibles y las reversibles:

Reacciones Reversibles: en ella los reactivos se consumen completamente paratransformarse en productos de características y composición diferente alos reactivos iniciales. Un ejemplo de reacción irreversible es aquella de una tableta efervescente con agua, la cual transcurre hastaque la tableta desaparece del medio, liberando como uno de los productos finales el gas dióxido de carbono (CO2) al ambiente.

Reacciones Irreversibles: en este tipo de reacciones latransformación de reactantes en productos es parcial, pudiendo losproductos volver a generar los reactantes. Por ende, una reacciónreversible ocurre en ambos sentidos; es decir, la velocidad de reacciónneta es la diferencia entre la velocidad directa y la indirecta. Pararepresentar un proceso reversible, en las ecuaciones se dispone de dosflechas, una que apunta a los reactantes, y otra que apunta a losproductos, como muestra el siguiente mecanismo general:

A  +  B  ⇄  C  +  DUn ejemplo de reacción reversible es la reacción entre los gases hidrógeno(H2) y nitrógeno (N2) para producir amoníaco (NH3). Parte del amoniacogenerado descompone, regenerando las sustancias iniciales, hidrógeno ynitrógeno. La ecuación química que representa este proceso es:3 H2(g)  +  N2 (g)  ⇄ 2NH3 (g).

Ecuación o Ley de Velocidad:se define en función de la concentración, de cada unade las sustancias que influyen en ella, es decir, reactivos y productos. Esde vital importancia en la industria química, pues su aplicación permitedeterminar el o los usos que tendrá determinado sistema químico; asítambién en el propio cuerpo humano.

Para la reacción general A  +  B  ⇄  C  +  D, su expresión de la ley de velocidad es la siguiente:

v=Velocidadk=Constante de velocidad[A ]=Concentraciónmolar del reactante A[B ]=Concentraciónmolar delreactante Bm=orden parcialn=orden parcialLa sumatoria de ambosexponentes (m y n), entrega el orden de reacción global o total, que se definecomo la suma de los exponentes a los que se elevan todas lasconcentraciones de reactivos que aparecen en la ley de velocidad.

* Los cálculos asociados a esta ecuación o ley se verán cuando se reanuden las clases.

Factores que afectan a la velocidad de reacción:A partir de lo propuesto por la teoría de las colisiones, es lógico deducirque mientras más condiciones favorezcan las colisiones entre losreactivos, mayor será la probabilidad de que ocurra la reacción y, porende aumente la velocidad de la reacción. Veamos qué factores son losque afectan la velocidad de reacción:

1. Grado de división de los reactantes: Cuando hay diferentes estados de división en los reactantes, la velocidad de la reacción dependerá de la superficie de contacto.

Ejemplo: mientras más pequeña esté papa, más rápida será su reacción de cocción.

2. Concentración:El aumento en la concentración de los reactivos aumenta la probabilidad de colisiones entre las moléculas de los mismos.

3. Presión:Al aumentar la presión ejercida sobre una especie gaseosa se incrementa su concentración (se reduce el volumen total) lo que aumenta significativamente la energía cinética de las moléculas y la probabilidad de choques efectivos, que consecuentemente, trae consigo el aumento de la velocidad de la reacción.

4. Temperatura:El incremento de temperatura aumenta la velocidad de movimiento y la energía de las moléculas y, por lo tanto, el número y efectividad de las colisiones.

5. Catalizadores:son sustancias que modifican la rapidez deuna reacción química sin sufrir un cambio químico permanente en elproceso, es decir, sin ser parte de los productos obtenidos.Existen catalizadores positivos y negativos.

catalizadores positivos:aumentan la velocidad de la reacción sin ser consumidos en ella ydisminuyendo la energía de activación.

catalizadores negativos oinhibidores: aumentan la energía de activación, disminuyendo lavelocidad de la reacción.

Actividad:Responda las siguientes preguntas:

1) ¿Cuáles son las unidades de medida de la velocidad de reacción?

2) Observa los siguientes perfiles de reacción. En cada uno, completa losrecuadros dispuestos y luego indica: ¿qué tipo de reacción representan(exo o endotérmica)? ¿Cuál de las dos es más rápida? ¿Por qué?

3)Para las siguientes reacciones, elabora el perfil de reacción yexplícalo brevemente.

a. NO (g)  +  O3( g ) → NO2 (g)  + O2 (g) DatosΔH =  − 200 kJ/mol ; Ea = 10,5 kJ/mol

b. CO (g) + N2O (g) → CO2 (g)  + N2 (g)Datos: ΔH =  − 365 kJ/mol E a = 96 kJ/mol

4)Imagina la siguiente situación. Un grupo de amigos se reúnen paracelebrar un cumpleaños y deciden hacer hamburguesas en la parrilla acarbón. Antes de prender el fuego, conversan respecto a lo rápido quedeben desarrollar la cocción para que cuando llegue el festejado estétodo listo. Considerando sus conocimientos en relación con los factoresque aceleran o retardan una reacción química, en este caso decombustión respondan:

a. ¿Qué harían para acelerar la reacción? Justifiquen su respuesta.

b. Según la decisión que han tomado, ¿a qué factor que influye en la velocidad de una reacción química se asocia correctamente?

c. ¿Existe otra forma de acelerar la reacción, además de la que ya hanmencionado? Justifiquen su respuesta.

5) Para la reacción en fase gaseosa, A + B → C + D, indiquen cómo varía lavelocidad de reacción si:

a. disminuye el volumen del sistema a la mitad.

b. se modifican las concentraciones de los productos sin alterar elvolumen del sistema.

c. aumenta la temperatura.

d. la concentración inicial de A y B se mantiene constante, pero cambiala temperatura.