Cinètica Química: Factors que Afecten la Velocitat de Reacció

Cinètica Química: Velocitat i Mecanisme de Reacció

La cinètica estudia la velocitat a la qual tenen lloc els processos químics i el mecanisme pel qual es produeixen.

El Paper del Catalitzador

CATALITZADOR: Acelera el procés, augmentant la velocitat de reacció. S'afegeix als reactius i es recupera al final, per tant, no apareix mai a la reacció global. (Exemples: MnO₂, Hg, HgO, Se, Cu, Pb).

Ordres de Reacció Parcials

• En duplicar la concentració de A, la velocitat es duplica (Ordre 1).
• En duplicar la concentració de A, la velocitat es multiplica per 4 (Ordre 2).
• En duplicar la concentració de A (mantenint B constant), la velocitat es duplica, i al revés (Ordre 2 respecte a A).
• En duplicar la concentració de A, la velocitat es multiplica per 8 (Ordre 3).
• En duplicar la concentració de A (mantenint B constant), la velocitat es duplicarà (Ordre 3).
• Si dupliquem la concentració de B (mantenint A constant), la velocitat es multiplicarà per 4.

Teoria de les Col·lisions i Estat de Transició

Temperatura de l'Estat de Transició

Teoria de les col·lisions: Les partícules dels reactius es mouen a certa velocitat, i aquest moviment aleatori produeix xocs. Només aquells xocs que siguin efectius donaran productes. Els factors que determinen un xoc efectiu són l'energia cinètica i l'orientació del xoc.

Quan les partícules dels reactius es transformen en productes, ho fan creant una espècie intermèdia anomenada complex activat. Aquest és una espècie altament inestable, de curta durada i alta energia.

Entalpia de Reacció (ΔH)

ΔH = E₀ - E'₀ (on E₀ és l'energia dels productes i E'₀ la dels reactius, o viceversa segons la notació utilitzada). Si l'ΔH del producte és més gran que la dels reactius, la reacció és endotèrmica; si és menor, és exotèrmica.

Mecanisme de Reacció

Etapes Elementals

Etapa elemental: Cadascuna de les etapes d'un mecanisme. Els ordres parcials de reacció sí coincideixen amb els factors estequiomètrics en aquesta etapa. Cada etapa elemental té una equació de velocitat i una energia d'activació pròpia.

Mecanisme: Conjunt d'etapes elementals a través de les quals transcorre una reacció.

Intermedi de reacció: Substància que es forma com a producte en una etapa elemental, es consumeix com a reactiu en una altra etapa elemental i no apareix en la reacció global.

Molecularitat i Reaccions en Cadena

Molecularitat: Nombre de molècules que xoquen en una etapa elemental.

REACCIÓ EN CADENA: És un tipus de mecanisme format per tres etapes:

1. Iniciació: Es generen els intermedis que provocaran la reacció de propagació.
2. Propagació: Es generen nous intermedis i els productes.
3. Terminació: Els intermedis són destruïts.

La reacció global s'obté de la suma de les etapes de propagació.

Factors que Modifiquen la Velocitat de la Reacció

1. Teoria de Col·lisions i Concentració

CONCENTRACIÓ: Augmentar la concentració incrementa els xocs entre partícules, la qual cosa augmenta la probabilitat de xocs efectius i, per tant, augmenta la velocitat. Al llarg de la reacció, la velocitat disminueix perquè els reactius es van consumint.

2. Temperatura

TEMPERATURA:

• Efecte en l'Energia Cinètica: L'augment de temperatura fa que l'energia cinètica de les partícules augmenti (es mouen més ràpid), incrementant els xocs i les probabilitats de xocs efectius, per tant, augmenta la velocitat.
• Distribució de Maxwell-Boltzmann: La temperatura puja fa que l'energia cinètica mitjana augmenti i que el nombre de partícules amb una energia superior a l'energia d'activació (Ea) augmenti, en conclusió, augmenta la velocitat.

3. Estats Físics dels Reactius

La velocitat segueix l'ordre: V_gasos > V_líquids > V_sòlids.

Sòlids

Per augmentar la velocitat en sòlids, cal polvoritzar (disminuir la mida del sòlid). Això fa que augmenti la superfície de contacte, incrementant els xocs i la probabilitat de xocs efectius, augmentant així la velocitat.

Líquids

Augmentar el líquid (per exemple, agitar) farà que la reacció tingui més xocs, la qual cosa augmentarà la probabilitat de xocs efectius i la velocitat.

4. Naturalesa dels Reactius

Com més enllaços s'hagin de trencar, més lenta serà la reacció i més alta serà l'energia d'activació necessària.

5. Catalitzadors

Els catalitzadors modifiquen la velocitat proporcionant una via de reacció alternativa amb una energia d'activació inferior.