Cinética químicaCinética química

La cinética química es el área de la química que estudia la velocidad con que ocurre una reacción química y los mecanismos por los

cuales se llevan a cabo.

Cinética químicaCinética química

TEORÍA DE LAS COLISIONES

• Para que se produzca una reacción química , los átomos, iones o moléculas involucrados deben experimentar colisiones.

• Dos requisitos:Los reactivos deben tener la energía suficiente

para que se rompan determinados enlaces y se formen otros dando lugar a los productos.

Las especies reaccionantes deben tener la orientación adecuada para formar estos enlaces nuevos.

TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN

• Los reactivos pasan por un estado intermedio transitorio de alta energía y corta duración: estado de transición, en donde existe el complejo activado.

• Para alcanzar el estado de transición los reactivos deben poseer una energía cinética mínima: energía de activación

Efecto de la temperatura

Progreso de la reacción Progreso de la reacción

En

ergí

a po

tenc

ial

En

ergí

a po

tenc

ial

En

doté

rmic

a

Exo

térm

ica

Responde más a la temperatura

Responde más a la temperatura

Ea (

dire

cta) E

a (in

vers

a)

Ea (

inve

rsa)E

a (di

rect

a)

La velocidad de reacción es el cambio en la

concentración de un reactivo o de un producto con

respecto al tiempo.

Velocidad de una reacciónVelocidad de una reacción

A B

Reactivos Productos

velocidad = - =[A]t

[B]t

Para lograr una única velocidad de reacción que no Para lograr una única velocidad de reacción que no dependa de si se expresa en función de reactivos o dependa de si se expresa en función de reactivos o

productos, se deben dividir las velocidades respectivas productos, se deben dividir las velocidades respectivas por cada uno de sus coeficientes estequimétricos.por cada uno de sus coeficientes estequimétricos.

2HI (g) H2(g) + I2 (g)

velocidad = - = =[HI]t

[H2]

t12

[I2]

t

VELOCIDAD DE DESAPARICIÓN DE REACTIVOS

• Para 2A + B = 2A’ + B´2A + B = 2A’ + B´

velocidad de desaparición de A = - [A] t

velocidad de desaparición de B = - [B] t

No se colocan los coeficientes estequiométricos

VELOCIDAD DE FORMACIÓN DE PRODUCTOS

• Para 2A + B = 2A’ + B´2A + B = 2A’ + B´

velocidad de formación de A´ = [A´] t

velocidad de formación de B´ = [B´] t

No se colocan los coeficientes estequiométricos

La velocidad de reacción depende de :

1- La concentración de reactivo.

2- Naturaleza de los reactivos

3- Temperatura

4- Catalizadores

Concentración de los Concentración de los reactivos: Ecuación de reactivos: Ecuación de

velocidadvelocidad

+ = orden de reacción

velocidad = k . [A] [B]

k = constante de velocidad específica

Estudio de la ecuación de velocidad:Estudio de la ecuación de velocidad:ResumenResumen

Las ecuaciones de velocidad siempre se determinan experimentalmente.

El orden de una reacción siempre se determina en función 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 ecuación global balanceada.

Ecuación de velocidad:Ecuación de velocidad:¿Que información me brinda?¿Que información me brinda?

Determinar la concentración de reactivos en cualquier tiempo de reacción.

El tiempo para que reaccione una fracción de muestra.

El tiempo necesario para que la concentración de reactivos alcance un nivel esperado.

Cinética de primer ordenCinética de primer orden

2 N2O5 4 NO2 + O2

Ecuación de velocidad: v = k [N2O5] = 1

Unidad de k= s-1

(A producto)

Cinética de segundo ordenCinética de segundo orden

Ecuación de velocidad: v = k [A]

A producto

Unidades de k = M-1 x s-1

A + B producto

Ecuación de velocidad: v = k [A] [B]

Reacciones de orden ceroReacciones de orden cero

2NH3 (g) N2 (g) + 3 H2 (g)

v= k [reactivo]0 = k

Unidad de K= M.s-1

Naturaleza de los ReactivosNaturaleza de los Reactivos

Estado de agregación:El choque de las moléculas se ve favorecido si las moléculas reaccionantes están en el

mismo estado físico.Los medios líquidos o gaseosos favorecen

las colisiones

Grado de división de los reactivos sólidos:

Si uno de los reactivos es sólido es necesario

disminuir el tamaño de las partículas.

Dependencia de la velocidad de Dependencia de la velocidad de reacción con la temperaturareacción con la temperatura

Ea = energía de activación

A

B

3,1 3,2 3,33,0

- 9

- 8

- 7

1/T (1/K)

ln k

Ecuación empírica de Arrhenius

k= A . e -Ea/RT

ln k = ln A - Ea 1

R T

A= factor de frecuencia

La velocidad con la que los grillos emiten su ruido y las luciérnagas encienden su luz aproximadamente se duplica cuando la temperatura se eleva 10°C10°C.

Esto corresponde a una Ea de 50kJ/mol y sugiere que los procesos fisiológicos que gobiernan estos fenómenos implican reacciones químicas.

Efecto de la temperatura

Progreso de la reacción Progreso de la reacción

En

ergí

a po

tenc

ial

En

ergí

a po

tenc

ial

En

doté

rmic

a

Exo

térm

ica

Responde más a la temperatura

Responde más a la temperatura

Ea (

dire

cta) E

a (in

vers

a)

Ea (

inve

rsa)E

a (di

rect

a)

Catalizadores

Un catalizador aumenta la velocidad directa e

inversa de una reacción

Progreso de la reacción

En

ergí

a po

tenc

ial

Reactivos

Productos

Camino original

Ea del camino catalizado

Camino catalizado

Catalizadores: clasificaciónCatalizadores: clasificación

2 H2O2 H2O + O2

Fe2+

Homogéneo: se encuentra en la misma fase que los reactivos.

Heterogéneo: se encuentra en una fase diferente a los reactivos. Por ejemplo, sólidos en contacto con gases.

C2H4 + H2 C2H6

Pt

• Intervienen en alguna etapa de la reacción pero no se modifican pues se recuperan al final y no aparece en la ecuación global ajustada.

• Modifican el mecanismo y por tanto Ea.• No modifican las constantes de los equilibrios. • Pueden ser:

– Positivos: hacen que “v” pues consiguen que Ea. – Negativos: hacen que “v” pues consiguen que Ea.

• Los catalizadores también pueden clasificarse en:– Homogéneos: en la misma fase que los reactivos.– Heterogéneos: se encuentra en distinta fase.

Características de las reacciones catalizadas por enzimas

• Las enzimas son catalizadores biológicos. Los catalizadores bajan la energía de activación de las reacciones.

• Bajar la energía de activación de una reacción, hace que la velocidad de la reacción aumente. Así, las enzimas aceleran las reacciones, bajando la energía de activación.

• Muchas enzimas cambian de forma cuando sus sustratos se unen a ellas. Este efecto se llama "acoplamiento inducido", significando que se requiere la orientación y colocación precisa de la enzima para que su actividad catalítica sea inducida por la unión del sustrato. 

• Las enzimas forman complejos con sus sustratos. La unión de un sustrato con su enzima en el centro activo se llama "complejo enzima-sustrato". Una ecuación genérica para la formación del complejo puede formularse: 

EE + SS ↔ EESS ↔ EE + PP