Cinètica Química: Velocitat i Factors Influents

Cinètica Química

Velocitat de Reacció

Una reacció elemental és la que es produeix en un sol pas i els ordres parcials de reacció corresponen amb els coeficients estequiomètrics. La constant k només depèn de la temperatura i de l’Ea. La velocitat d’una reacció es mesura per la quantitat de reactiu que es transforma per unitat de temps.

Teoria de Col·lisions

Si les partícules de reactius tenen una gran energia cinètica (Ec), xoquen entre elles contínuament. Aquests xocs poden o no ser eficaços, és a dir, poden produir o no un producte. L’eficàcia d’un xoc depèn de:

• La temperatura: a major temperatura, major velocitat de reacció, perquè les molècules tindran més energia per a fer xocs efectius.
• L’orientació de les partícules: han de topar en una direcció concreta.
• El volum: a major volum, menor probabilitat de xoc i menor velocitat.

L’energia mínima per obtenir productes és l’Ea (energia d'activació), la barrera energètica que cal superar per produir productes.

Teoria de l'Estat de Transició

Pressuposa l’existència d’una espècie química a mig camí entre reactius i productes anomenat complex activat/de transició, el qual sempre té una energia superior a la dels reactius i productes, és inestable i de vida curta, i està integrat per les partícules que han col·lidit. La velocitat d’una reacció és proporcional al nombre de xocs entre molècules de reactius per unitat de volum i temps. Perquè aquests xocs siguin eficaços, cal que les molècules tinguin prou Ec per aconseguir que es trenquin enllaços i/o que se'n formin.

Factors que Intervenen en la Velocitat de Reacció

• Concentració: Depèn dels ordres, però a major concentració de reactius, major probabilitat de xoc.
• Temperatura (T): a major temperatura, major velocitat, perquè augmenta el nombre de xocs.
• Estat físic: Com més gran la possibilitat de contacte, més ràpid transcorre la reacció.
  • Sòlid: Reaccions més ràpides si es troben en forma de pols i les partícules són el més petites possible.
  • Líquid: Si són immiscibles, cal agitar.
  • Gasos: Forma més favorable.
• Naturalesa química dels reactius: La velocitat depèn del tipus i nombre d’enllaços que cal trencar.
• Ea: Indica el nivell mínim d’energia que cal superar per arribar al complex activat i depèn de la naturalesa química dels reactius que influeixen en l’orientació dels enllaços, l’estat físic, etc. A menor Ea, major velocitat.

Catalitzadors

Són substàncies que modifiquen la velocitat d’una reacció sense aparèixer en els productes finals (no es consumeixen), obren nous camins de reacció amb una Ea menor. Tipus de catalitzadors: biocatalitzadors (enzims) i catalitzadors químics (inhibidors, autocatalitzadors, catalitzadors de contacte i catalitzadors transportadors).

Mecanismes de Reacció

Seqüència de xocs intermoleculars i descomposicions que tenen lloc a escala molecular. La majoria de les reaccions es produeixen en diferents etapes que determinen el mecanisme de reacció.

• Etapa determinant de la velocitat: Etapa més lenta.
• Intermedi de reacció: Substància que es forma en una de les etapes d’un mecanisme de reacció, però que reacciona en una altra etapa, ja que és una espècie força reactiva. No apareix en la reacció global.

Les reaccions mai tenen ordre global més gran de 3 i si la molecularitat és major a 3 no serà elemental. Poden ser negatius i fraccions.

Models Cinètics

• Col·lisions: La velocitat d’una reacció és proporcional al nombre de xocs entre les molècules de reactius per unitat de volum i temps. L’Ea és l’Ec mínima que cal que assoleixin les molècules de reactiu per reaccionar quan xoquen: com més petita sigui, més alta serà la velocitat.
• Estat de Transició: És un intermedi inestable per la seva elevada energia. La velocitat d'una reacció depèn de l'Ea que han d'assolir les molècules de reactius per arribar a l'estat de transició o complex d'activitat: com més petita sigui, més alta serà la velocitat.
• Efecte de la Temperatura: Un augment de la temperatura implica que hi haurà més molècules amb una Ec mínima per a fer xocs efectius i, per tant, augmentarà la velocitat de reacció.
• Efecte del Volum: En augmentar el volum, la probabilitat de xocar de les molècules disminueix i, per tant, disminueix la velocitat de la reacció.
• Catalitzador: La velocitat d'una reacció depèn de l'Ea que han d'assolir les molècules de reactius per arribar a l'estat de transició: com més petita sigui, més alta serà la velocitat, i el catalitzador disminueix l'Ea i, doncs, hi haurà més molècules que aconsegueixen aquesta energia i, doncs, augmentarà la velocitat de la reacció.

Energia d'activació: és l’Ec mínima que cal que assoleixin les molècules de reactius per reaccionar quan xoquen: com més alta sigui, més baixa serà la velocitat de reacció.