CINÉTICA QUÍMICA

COLEGIO DOMINGO ORTIZ DE ROZAS

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS

LA LIGUA

PROFESORA: PATRICIA SILVA BASILIO

                                                 CINÉTICA QUÍMICA

 

•      La cinética química se ocupa del estudio de las velocidades de las reacciones químicas y del mecanismo por el cuál éstas se producen.

•      El mecanismo de reacción: Explica cómo se efectúa una reacción. Ejemplo:

2H2   +   O2              2H2O

•      Esta reacción aparentemente queda explicada por la ecuación química, pero no es bien conocida hasta que no se expliquen cada una de las etapas intermedias necesarias para que se efectúe  la reacción. Las reacciones pueden ser sencillas (una etapa) o complejas (varias etapas).

 Velocidad de reacción: Cuando dos reactivos en solución se combinan, se modifican a lo largo del tiempo sus concentraciones (que disminuyen) y la de los productos de la reacción (que aumentan). La velocidad de la reacción está medida por el cociente entre la variación de la concentración (Dc) de un reactivo o de un producto de la reacción, y el intervalo de tiempo (Dt) en el cual se ha producido.

V = Dc

       Dt 

 

•     Las diferentes reacciones químicas no se producen con igual velocidad. Un trozo de hierro reacciona lentamente con el oxígeno del aire; en cambio la explosión de la dinamita ocurre en fracciones de segundos. La digestión es un proceso lento, mientras que la neutralización de ácidos y bases es generalmente instantánea

 

Teoría de los choques

•      Cuando se produce una reacción química, las moléculas, los átomos y los iones chocan entre sí. Estos choques originan una transferencia de energía produciendo rotura y formación de nuevas uniones químicas.

•      Sin embargo existen colisiones que no producen alteración en las moléculas. Sólo cuando las moléculas, átomos o iones chocan con suficiente energía se produce la reacción química. En este caso se origina un compuesto intermedio, llamado “complejo activado” de corta existencia. 

 

•       El complejo activado tiene una estructura diferente de la que presentan los reactivos y los productos de la reacción, y de mayor energía que ellos. La diferencia de la energía potencial del complejo activado y la de los reactivos constituye la energía de activación, que puede ser calculada como: Ea: H2 – H1

 

•      Representación gráfica de la energía de activación:

Cuando el magnesio se quema, la combustión se produce con desprendimiento de luz y calor, según la siguiente ecuación:

Mg   +    ½ O2                       MgO                Q > O

 

•      Cuando los átomos de Mg y O chocan con suficiente energía se forma el complejo activado, de mayor energía potencial, que luego se descompone formando la sustancia óxido de magnesio, más estable y de menor energía potencial que la de las sustancias reaccionantes magnesio y oxígeno.

•      En el gráfico se indica la energía de activación, que es la diferencia entre la energía potencial del complejo activado y  la energía potencial de las sustancias reaccionantes. A medida que se produce la reacción, la energía potencial disminuye, transformándose en calor. La reacción resulta, por lo tanto, exotérmica, es decir que se cumple Q > 0 o bien ΔH < 0.

•      El gráfico 2 la energía potencial de los productos es mayor que la de los reactivos. El sistema absorbió energía, por lo que Q<0  y ΔH >0. Endotérmica

 

•      NATURALEZA DE LOS REACTIVOS:

 

     El hierro expuesta a la intemperie se oxida lentamente, pero ocurre lo contrario con el fósforo blanco, que se inflama espontáneamente. Las reacciones iónicas requieren una baja energía de activación, y por eso son rápidas. En cambio, las reacciones que requiren roturas de enlaces covalentes necesitan una considerable energía de activación, y por lo tanto son lentas.

 

TEMPERATURA

 

  Para una masa constante, al incrementar la temperatura también incrementamos la energía cinética de los gases reaccionantes. Esto dará lugar a que el número de choques por unidad de tiempo aumente y con ello la velocidad de reacción.

   En la práctica, la velocidad de reacción se duplica por cada 10 °C  de aumento de temperatura. Además, el calor relaja las fuerzas de enlace de modo que se favorece el aumento de  la velocidad de reacción.

 

ESTADO DE DIVISIÓN DE LOS REACTIVOS

•      Las reacciones se producen con mayor rapidez cuando mayor es el grado de división de los reactivos. Las reacciones químicas entre sólidos se verifican exclusivamente en la superficie de contacto. Cuando los sólidos están finamente divididos y mezclados íntimamente, ofrecen mayor superficie de contacto, aumenta la posibilidad de choques y, por lo tanto, reaccionan más rápidamente. Tal es el caso del aserrín, que se quema con mayor velocidad que la madera en trozos.

CATALIZADORES

    Algunas sustancias presentan la particularidad de influir sobre la velocidad de una reacción química, permaneciendo inalteradas al cabo de ella. Se llaman CATALIZADORES, y el efecto que producen se conoce con el nobre de CATÁLISIS.

 

   Las sustancias que aumentan la velocidad de reacción se llaman Catalizadores positivos. Las sustancia que disminuyen la velocidad de reacción se llaman catalizadores negativos o inhibidores.

 

CONCENTRACIÓN

•      La velocidad de la reacción aumenta con la concentración de los reactivos.

•       Cuando existe una mayor concentración se origina un mayor contacto entre las sustancias que reaccionan; de tal manera que existirá también un mayor número de choques entre moléculas y un aumento en la  velocidad de reacción.

LEY DE ACCIÓN DE MASAS

•      En 1867, químicos noruegos estudiaron las relaciones cuantitativas entre la velocidad de reacción y los aumentos o disminuciones de la concentración de los reactivos. Comprobaro que si un mol de la sustancia A se combina con un mol de las sustancia B, y la velocidad de reacción es v, se verifica que:

•      Si 2 moles de A reaccionan con 1 mol de B, la velocidad de la reacción será 2v.

•      Si 2 moles de A reaccionan con 2 moles de B la velocidad de la reacción será 4 v.

•      Si 4 moles de A reaccionan con 3 moles de B, la velocidad de reacción será 12 v.

 

•      Se deduce que que la velocidad de reacción es proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes.

                                   v:  K [A] x [B]

K: Constante de proporcionalidad

 

Por lo tanto , la ley de acción de las masas dice:

“La velocidad de reacción es directamente proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes, elevadas a una potencia igual al número de moles que indica la ecuación estequiométrica”

 

EQUILIBRIO QUÍMICO

A medida que se efectúa una reacción, las concentraciones de los reactantes decrecen y la velocidad de la reacción hacia la derecha disminuye. A l mismo tiempo las concentraciones de los productos aumentan y la velocidad de la reacción inversa aumenta. Finalmente las dos reacciones ocurren a la misma velocidad alcanzándose un equilibrio dinámico.

FACTORES QUE AFECTAN UN EQUILIBRIO QUÍMICO

•      La velocidad de reacción se puede modificar si se utilizan o manejan ciertos factores, tales como:

•      -Temperatura: Si una determinada reacción se realiza a una mayor temperatura, se obtendrán más rápidamente el o los productos. Esto indica que el tiempo de reacción es menor.

•      -Concentración de los reactantes: Mientras mayor sea la cantidad de reactantes que se utilice en una determinada reacción, mayor será la velocidad con que se forman el o los productos. Por ejemplo, si al encender un brasero se aplica aire (oxígeno) con un cartón o un secador de pelo, más rápidamente se encenderá el carbón.