Cinética Química - created from Mind Map

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La rapidez de una reacción

La ley de la rapidez

Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo

Constantes de rapidez y su dependencia de la energía de activación y de la temperatura

Mecanismos de reacción

Catálisis

Reacción de bromo molecular y ácido fórmico

Descomposición del peróxido de hidrógeno

Rapideces de reacción y estequiometría

Estudia la velocidad o rapidez en la que ocurre una reacción química.

En disoluciones acuosas el bromo molecular reacciona con el ácido fórmico

Rapidez instantánea "rapidez"

Constante de rapidez "k"

La medición del cambio de la concentración de bromo desde el tiempo inicial hasta el final permite determinar la rapidez promedio

-([〖Br〗_2 ]final-[〖Br〗_2 ]inicial)/(t final-t inicial)

La rapidez es directamente proporcional a la concentración, a mayor concentración, mayor rapidez

Proporcionalidad entre la rapidez de la reacción y la concentración del reactivo

La rapidez es directamente proporcional a la concentración

Si algun elemento de la reacción es un gas, se utiliza el monómetro para medir su rapidez

Puede medir la rapidez de descomposición del peroxido de hidrogeno

Ecuación de los gases ideales: n/V∙RT=[O_2 ]RT

2A→B

Es un ejemplo para describir que la rapidez en la que se forma B es la mitad de la rapidez con la cual A desaparece

Para la reacción: aA+bB→cC+dD se necesitan las expresiones y cálculos de rapidez de formación del producto y de separación del reactivo

Para expresar rapidez

Utilizar el signo adecuado y el recíproco del coeficiente estequiométrico

Cinética: rapidez de la reacción , es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto respecto del tiempo (M/s)

Utilidad: diseño de fármacos, control de la contaminación y el procesamiento de medicamentos

Reactivos→Productos

En el transcurso de una reacción, los reactivos se consumen mientras se forman los productos

La rapidez se expresa como: -∆[A]/t o ∆[B]/t

Expresa la relación de la rapidez de una reacción con la constante de rapidez y la concentración de los reactivos, elevados a alguna potencia

La ley de la rapidez tiene la forma: k[A]^x [B]^y

Siempre se determinan de manera experimental

Si se determina el orden de de la reacción se obtendrá la constante de rapidez.

El orden de la reacción siempre se define en términos de las concentraciones de los reactivos y no de los productos

El orden de un reactivo no está relacionado con el coeficiente estequiométrico del reactivo en la reacción global balanceada

Orden de la reacción Global: la suma de los exponentes a los que se elevan todas las concentraciones de reactivos que aparecen en la ley de la rapidez

Permite comprender la dependencia de la reacción con las concentraciones de los reactivos.

Reacciones de primer orden

Reacciones de segundo orden

Reacciones de orden cero

Leyes de la rapidez más comunes

Reacción cuya rapidez depende de la concentración de un reactivo elevada a la primera potencia.

Vida media de una reacción

Características

Es el tiempo que tarda para que la concentración de un reactivo disminuya a la mitad, puede utilizarse para determinar la constante de rapidez

Independiente de la reacción

En cuanto menor sea la vida media, mayor será k

Disminución de la concentración del reactivo con el tiempo

Se podría calcular la constante de rapidez con base en la pendiente de una gráfica

Su rapidez dependen de la concentración de uno de los reactivos elevada a la segunda potencia o de la concentración de dos reactivos diferentes, cada uno elevado a la primera potencia.

Reacciones de seudoprimer orden

Reaccione de vida media

La concentración del reactivo no cambiará durante el curso de la reacción

Uno de los reactivos está en exceso respecto al otro

Dada por k_obs=k[B]

"k" es la constante de rapidez de segundo orden

"Obs" significa "observada"

Reacción de segundo orden tipo A

Es inversamente proporcional ala concentración inicial del reactivo

La vida media debe ser menor en las primeras etapas de la reacción, están presentes más moléculas de reactivo que chocan entre sí

Es una forma de distinguir entre una reacción de primer orden y una de segundo orden

Tipos de reacciones más conocidas

Es una constante, independiente de la concentración de los reactivos

Para calcular la vida media de una reacción de orden cero se obtiene

t_2^1=[A]_0/2k

La teoría de las colisiones en la cinética química

La ecuación de Arrhenius

Dependencia de la constante de rapidez respecto de la temperatura

Las reacciones químicas son el resultado de las colisiones entre las moléculas de reactivos

Teoría de las colisiones: la rapidez de una reacción es directamente proporcional al número de colisiones moleculares por segundo

rapidez=k[A][B]

Teóricamente, siempre habrá una reacción cuando chocan las moléculas de A y B, sin embargo, no todas las colisiones permiten que la reacción proceda.

Para que ocurra una reacción, las moléculas que chocan deben tener energía cinética total o mayor que la energía de activación

A+B→AB +→C+D

Según el complejo activado

Debido a que la mayor temperatura están presentes más moléculas con mayor energía, la rapidez de formación del producto también es mayor a más alta temperatura.

rapidez∝(número de colisiones)/s

Dependencia de la reacción con la concentración

Las colisiones de A-B pueden producir formación de productos

Existen cuatro colisiones posibles entre dos moléculas de A y dos de B

Al duplicar el número de cualquier tipo de molécula, pero no de ambas, el número de colisiones incrementa a 8

Al duplicar las moléculas de A y B, el número de colisiones aumenta a 16

En muchos casos, las colisiones por sí mismas no garantizan que se lleve a cabo una reacción.

Complejo activado o estado de transición: esto sucede cuando las moléculas chocan

Es una especie transitoria formada por moléculas de reactivos como resultado de una colisión, ANTES de formar un producto

La energía de activación es la mínima cantidad de energía que se requiere para iniciar una reacción química.

Rompe enlaces e inician la reacción

Los reactivos de A y B se convierten en los productos de C y D

AB+ es el complejo activado es una especie altamente inestable con alta energía potencial

Reacciones exotérmicas

Reacciones endotérmicas

Si los productos son más estables que los reactivos

Si los productos son menos estables que los reactivos

Es la dependencia de la constante de rapidez de una reacción de la temperatura, se expresa con la ecuación:

Para reacciones más complejas se considera el factor de orientación

Para ecuaciones sencillas se iguala el factor de frecuencia

k=A℮^(-Ea/RT)

Ea: energía de activación de la reacción en kJ/mol

R. constante de los gases

E: temperatura absoluta

e: es la base de la escala de logaritmos naturales

A: factor de frecuencia

En una gráfica de Ink contra 1/T da una línea recta cuya pendiente es m es igual a -Ea/R y cuya intersección b con la ordenada eje y

Es la orientación de las moléculas reactivas unas con otras

En la ecuación de Arrhenius, con las colisiones entre las especies reactivas

Las constantes de la rapidez de la mayor parte de las reacciones se incrementa con el aumento de la temperatura

Las leyes de rapidez y las etapas elementales

En una reacción elemental el orden de la reacción respecto a cada reactivo es igual a su coeficiente estequiométrico

No es posible decir a simple vista si la reacción ocurre tal y como se muestra en una ecuación balanceada,, se determina en el laboratorio

La etapas elementales deben cumplir dos requisitos

Descomposición del peróxido de hidrógeno

La reacción del yoduro de hidrógeno

La descomposición del peróxido de hidrógeno está catalizada por el ion yoduro.

Pasos para determinante de la reacción

Medición de la rapidez de una reacción

Formulación de la ley de rapidez

Postulación de un mecanismo de reacción razonable

La suma de las etapas elementales debe dar la ecuación global balanceada para la reacción

El paso determinante de la reacción debe predecir la misma ley de rapidez que la que se determina de manera experimental

A partir de hidrógeno molecular y de yodo molecular, muestran formas de determiniar un mecanismo de reacción a partir de estudios experimentales

Es una sustancia que aumenta la rapidez de una reacción mediante la disminución de la energía de activación, mediante una trayectoria alternativa de una reacción

Existen tres tipos generales de catálisis

Puede reaccionar para formar un intermediario con el reactivo, pero se regenera en alguna de las etapas subsiguientes, no se consume en la reacción

Un catalizador acelera una reacción al proporcionar una serie de etapas elementales con cinéticas más favorables que las existentes en su ausencia

Un catalizador disminuye la energía de activación tanto para la reacción planteada de izquierda a derecha como para la inversa

Catálisis heterogénea

Catálisis homogénea

Catálisis enzimática

Los reactivos y el catalizador se encuentran en fases distintas

El catalizador es un sólido y los reactivos son gases o líquidos generalmente

Es el tipo de catálisis más importante en la industria química

Tres tipos de catálisis heterogénea para la producción de productos químicos

La síntesis de Haber del amoniaco

La fabricación del ácido nítrico

Convertidores catalíticos

Se utiliza en la industria de los fertilizantes, en la manufactura de explosivos, etc.

La superficie del catalizador sólido por lo general es el sitio donde se lleva a cabo la reacción

Implica la disociación del N2 y del H2 en la superficie del metal

Es uno de los ácidos inorgánicos más importantes

Se utiliza en la producción de fertilizantes, colorantes, fármacos y explosivos

Proceso de producción: proceso Ostwald

El amoniaco y el oxígeno molecular, se calientan en presencia de un catalizador de platino-rodio, aproximadamente a 800℃

A altas temperaturas, dentro de un motor en un automóvil en marcha, el nitrógeno y el oxígeno gaseoso reaccionan para formar óxido nítrico

Los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase, generalmente líquida

También puede llevarse a cabo en fase gaseosa

Pueden llevarse a cabo en condiciones atmosféricas

Son más baratos que los metales preciosos que se utilizan en la catálisis heterogénea

Catalizadores biológicos

Sorprendente y esencial evolución en sistemas vivos

Aumenta la rapidez de una reacción, además, son altamente específicas

Actúa sobre determinadas moléculas, llamadas sustratos, mientras no afecta al resto del sistema

Es homogénea porque el sustrato y la enzima están presentes en disolución acuosa

La rapidez para dichas reacciones: rapidez=∆[P]/∆t

Una enzima es una molécula grande de una proteína que contiene sitios activos donde se lleva a cabo la interacción de los sustratos

=k_2 [ES]

La rapidez permanece constante aunque se aumente la concentración de sustrato

La rapidez depende de qué tan rápido se rompe el intermediario ES y no de las moléculas de sustrato presentes