Cinética Química Aplicada y Clasificación de Reacciones

Necesidades en el diseño de reactores

Velocidad de reacción química, transporte de materia y calor, mecánica de fluidos, termodinámica, parámetros económicos (material de construcción y accesorios) Objetivo: Cinética Química Aplicada

La cinética química aplicada

Tiene como objetivo predecir y entender el comportamiento de las reacciones químicas, y proporciona la metodología para su descripción matemática (ecuación cinética).

Factores que afectan a la velocidad

Cinéticos (estequiometría, temperatura, concentración), Termodinámica (reversibilidad, equilibrio químico), Ambientales: presencia de catalizador, agitación y mezcla, etc.

Clasificación de las reacciones químicas

Una reacción química es un proceso en el que unas especies químicas denominadas reactivos pierden su identidad para convertirse en otras especies químicas que se denominan productos de la reacción. La clasificación de las reacciones se puede realizar atendiendo a distintos aspectos: nº de fases, Catalizador, Estequiometría.

En función del número de fases que intervienen

Homogéneas: ocurren en una sola fase, normalmente entre gases o líquidos miscibles entre sí. Heterogéneas: ocurren en un medio con más de una fase y normalmente en los alrededores de la interfase que separa las mismas.

En presencia o no de catalizador

No catalíticas: en ausencia de catalizador. Catalíticas: El paso de reactivos a productos ocurren en presencia de sustancias, catalizadores, que aceleran este proceso, y que al final se recuperan en su estado original. Catálisis homogénea: El catalizador está en la misma fase que reactivos y productos. Catálisis heterogénea: El catalizador está en distinta fase que reactivos y productos. Autocatalíticas: Cuando el propio producto de la reacción actúa como catalizador.

En función del sentido en el que ocurre

Irreversibles: ocurre en una sola dirección hasta que se agota el reactivo limitante. Reversibles: es la que puede ocurrir en ambas direcciones, dependiendo de las concentraciones de reactivos y productos con relación a las concentraciones permitidas por el equilibrio químico.

En función de la cinética

Elementales: La cinética se corresponde con la estequiometría. El orden de reacción coincide con la molecularidad. No elementales: La cinética no se corresponde con la estequiometría.

En función de la estequiometría, o esquema de reacción

Simples: Sólo existe una ecuación estequiométrica y una ecuación cinética. Múltiples: Están representadas por varias ecuaciones estequiométricas y a veces por varias ecuaciones cinéticas.

Variables que influyen en la velocidad de la reacción

Reacciones homogéneas: todas las especies en la misma fase, únicos factores que afectan a la etapa química. Reacciones heterogéneas: existen varias fases. La velocidad de reacción se refiere a otras variables ≠ V (área de interfase S o masa de catalizador W).Modelo potencial (o de Variables Separables) frecuente en reacciones homogéneas y no catalizadas. Órdenes parciales de reacción no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos. Reacciones elementales: n₁ = a, n₂=b Modelo hiperbólico (o de variables no separables) Reacciones unimoleculares y no elementales. Reacciones químicas catalizadas (catálisis homogénea o heterogénea) Proceso elemental: la estequiometría de la reacción coincide con los exponentes a los que están elevados los reactivos en la ecuación cinética. Además el proceso químico se puede representar por una única ecuación química. Proceso no elemental: existe diferencia entre el orden de reacción y los coeficientes estequiométricos. El proceso está constituido por una secuencia de etapas elementales que constituyen el mecanismo de reacción.

FENÓMENO DE CATALISIS

Catálisis: Fenómeno por el cual se modifica la velocidad de reacción. “Un catalizador es una sustancia que químicamente altera un mecanismo de reacción así como la velocidad total de la misma, regenerándose en el último paso de la reacción.” Catálisis homogénea: Los reactantes y el catalizador se encuentran en la misma fase, gaseosa o líquida. Acceso fácil al mecanismo. Ausencia de envenenamiento. Catálisis heterogénea: Los reactantes y el catalizador se encuentran en distinta fase. La más importante desde el punto de vista industrial. Catalizador generalmente sólido. Reactantes y productos fluidos. Reacción en interfase.