CAPITULO 3. LEYES CINETICAS Y

ESTEQUIOMETRIA

PARTE I: LEYES CINETICAS

IMPORTANCIA : Balances molares requieren de

Paso 1: Velocidad de reaccin

Paso 2: Estequiometra

Paso 3: Combinacin de pasos 1 y 2

rA g Ci

Ci h X

rA f X

rA f X

Mole Balance

Rate Laws

Stoichiometry

3.1 Definiciones bsicas

Reaccin Homognea: Envuelve solamente una fase

Reaccin Heterognea: Envuelve ms de una fase, ocurre cerca la

interface entre las fases

Reaccin Irreversible: Se da en una sola direccin hasta que los reactantes

sean consumidos

Reaccin Reversible: Procede en ambas direcciones segn la

concentracin de reactivos y productos relativo a la concentracin de

equilibrio

3.2 Velocidades relativas de reaccin

Si se tiene la reaccin qumica

Por estequiometra:

Igualmente entre C y D

En trminos generales:

Velocidades

relativas de

reaccin

3.3 La velocidad de reaccin,

es funcin de la temperatura y concentracin, luego:

Donde (T) se conoce como la constante de velocidad

Caractersticas:

Fase gaseosa = f (presin total, catalizador)

Fase lquida = f (presin total, enlaces inicos, etc)

Fase slida = f (temperatura, rea superficial, porosidad, etc)

3.4 Ley de la Potencia y velocidades elementales

es funcin de las concentracin de las especies reactantes. Se determina

experimentalmente

Para una reaccin A + B productos

Una expresin comn lo representa la ley de la potencia:

r- A

r- A

r- A

NOTA: Antes de ir al laboratorio a determinar la

ecuacin cintica de su reaccin, revise las siguientes

referencias

n

Los exponentes de la ley de potencia estn relacionados con el orden de la

reaccin, as:

orden respecto al reactante A

orden respecto al reactante B

orden global de la reaccin

Las unidades de la constante cintica varan segn el orden de la reaccin:

En general, las unidades se hallan por

Orden Ecuacin Cintica Unidades de K

0

1

2 ??

3 ??

3.5 Ecuacin cintica elemental

Una reaccin tiene una ecuacin cintica elemental s el orden de reaccin

de cada especie es igual al coeficiente estequiomtrico de esa especie, ie:

Ecuacin cintica elemental:

Ejemplos de reacciones que siguen una cintica elemental de primer y

segundo orden son :

3.6 Ecuacin cintica no-elemental

3.7 Reacciones reversibles

Se caracterizan porque en el equilibrio la velocidad de reaccin para todas las

especies es cero (0), es decir,

Para la reaccin general:

Las concentraciones en equilibrio se relacionan con la constante de equilibrio

Kc:

Las unidades de Kc son:

Ejemplo para la reaccin

simblicamente

0 r- A

: constante cintica hacia adelante

: constante cintica reversa

La velocidad de desaparicin de B es:

La velocidad de formacin de B es:

La velocidad neta es la suma de las velocidades de desaparicin y formacin:

Agrupando KB

B

B

K

K

Introduciendo la constante termodinmica de equilibrio, KC

OJO: Se debe chequear si la ecuacin de velocidad es consistente

termodinamicamente en el equilibrio con

En el equilibrio,

Rearreglando se obtiene

Ecuacin similar a la ecuacin obtenida termodinamicamente, es decir,

HAY CONSISTENCIA TERMODINMICA ENTRE LA VELOCIDAD

DE REACCIN Y LA ECUACIN DE EQUILIBRIO

TERMODINMICO !!!!

Como es la relacin existente entre las constantes cinticas entre especies en

reacciones reversibles. ??? Aplique la ley de velocidad relativa

Dependencia de la constante de equilibrio termodinmica con la

temperatura

Cuando no hay cambio en el numero total de moles y

se puede encontrar por la ecuacin :

Por lo tanto, si se conoce KC1 a una T1 y se puede hallar KC2 a una T2

3.8 La constante de velocidad de reaccin, K(T)

K es principalmente funcin de la temperatura.

Arrhenius encontr que

3.8 La constante de velocidad de reaccin, K(T)

OJO : Leer sobre significado de energa de activacin , E y factor de

frecuencia, A

Como se calcula E y A ?? Experimentalmente a varias temperaturas de

reaccin. Tomando el logaritmo de la ec. de Arrhenius

Pendiente = E/R

Intercepto = A