Cinetica y equilibrios
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EQUILIBRIOS HOMOGENEOS: LEY DE ACCION DE MASAS.
Un equilibrio es homogeneo cuando todas las especies quimicas presentes se encuentran en la misma fase. Para todo equilibrio homogeneo, expresado en forma general aA + bB ? cC + dD, a una determinada temperatura, existe una relacion constante entre las concentraciones de las sustancias en el equilibrio cuyo valor numerico se denomina constante de equilibrio de la reaccion, Kc.
kc = [C]c [D]d / [A]a [B]b
COCIENTE DE REACCION.
aA + bB ? cC + dD
Qc = [C]c0 [D]d0 / [A]a0 [B]b0
Qc > Kc El sistema no esta en equilibrio y la relacion productos/reactivos es mayor que la que existe en el equilibrio. Por tanto, para alcanzarlo, Qc debe disminuir, haciendose menor el numerador, es decir, han de consumirse productos y formarse reactivos. El sistema se desplazara hacia la izquierda.
Qc = Kc Es sistema esta en equilibrio.
Qc < Kc El sistema no esta en equilibrio y la realcion productos/reactivos es menor que la que existe en el equilibrio. Por tanto, para alcanzarlo, Qc debe aumentar, haciendose mayor el numerador, es decir, han de consumirse reactivos y formarse productos. El sistema se desplazara hacia la derecha.
CONSTANTE DE EQUILIBRIO KP
Kp = P Cc P Dd / P Aa P Bb
PA = A PT
Kc = Kp (RT) - n
Kp = Kc (RT) n
Si n = 0 Kc = Kp
Un sistema quimico esta en equilibrio heterogeneo cuando las sustancias presentes en el no estan en la misma fase.
ENERGIA LIBRE Y CONSTANTE DE EQUILIBRIO
G = G0 + RT ln Q
G0 = - RT ln K
Cuando G0 < 0. La reaccion en el equilibrio tiende a estar desplazada hacia la formacion de los productos.
Cuando G0> 0. La reaccion en el equilibrio tiende a estar desplazada hacia la formacion de los reactivos.
ALTERACION DEL EQUILIBRIO. PRINCIPIO DE LE CHATELIER.
Una alteracion externa de los factores (temperatura, presion o concentraciones) que intervienen en un equilibrio induce un reajuste del sistema para reducir el efecto de dicha alteracion y establecer un nuevo estado de equilibrio.
La cinetica quimica trata de la velocidad con que suceden las reacciones, de los factores que influyen en ella y del mecanismo a traves del cual los reactivos se tranforman en productos.
Velocidad media
aA + bB ? cC + dD
vmedia =
vinstantanea =
TEORIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS
Teoria de las colisiones.
Para que tenga lugar una reaccion quimica debe cumplirse necesariamente una primera condicion: el choque o colision de las particulas de los reactivos, sean atomos, moleculas o iones. Para que el choque de dos particulas garantice la reaccion entre ellas, las particulas deben cumplir las condiciones siguientes:
· Disponer de la energia cinetica suficiente para que tenga lugar un reordenamiento de los enlaces y la formacion de una nueva sustancia.
· Colisionar con la debida orientacion.
Teoria del complejo activado.
Segun la teoria del complejo activado o del estado de transicion, cuando las moleculas de los reactivos se aproximan, experimentan una deformacion que, en el choque, da lugar a un estado intermedio de alta energia y corta duracion: el complejo activado.
La energia de activacion es la energia adicional que deben absorber las moleculas de los reactivos para que, al colisionar, lleguen a formar el complejo activado.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCION
Temperatura de la reaccion. Ecuacion de Arrhenius.
K = Ae
A - factor que tiene en cuenta la frecuencia de las colisiones en la reaccion y cuyas unidades son las de la constante k.
e - numero e, igual a 2,7182812..., base de los logaritmos neperianos.
Ea - energia de activacion (KJ· mol-1)
R - constante de los gases 0,082 atm· L· K-1· mol-1
T - temperatura absoluta (K)
La constante de velocidad es proporcional a la frecuencia de choques, es mayor cuanto menor es el valor de la energia de activacion y aumenta la temperatura absoluta.
Concentracion de los reactivos.
v = k [A]x [B]y
Orden de una reaccion respecto de un reactivo: exponente al que se eleva la concentracion de este en la ecuacion de velocidad.
Orden global de una reaccion: suma de los exponentes a los que estan elevadas las concentraciones de los reactivos en la ecuacion de la velocidad.
En las reacciones homogeneas un aumento de la concentracion de los reactivos favorece la velocidad de reaccion. Esto se debe a que el aumento del numero de particulas por unidad de volumen produce un aumento del numero de colisiones entre las particulas.
Naturaleza, estado fisico y grado de division.
Unas sustancias reaccionan mas rapidamente que otras debido a la naturaleza quimica de las sustancias.
El estado fisico de una sustancia.
El grado de division de los solidos.
Cuanto mas aumenta la superficie de contacto entre ellos, mayor es la probabilidad de que tenga lugar el choque de moleculas, ya que la reaccion sucede en dicha superficie.
CATALIZADORES.
Un catalizador es una sustancia que estando presente en una reaccion quimica produce una variacion de su velocidad sin ser consumida durante el transcurso de la reaccion.
Los catalizadores pueden ser positivos (aumentan la velocidad de reaccion) y negativos o inhibidores (disminuyen la velocidad de reaccion).
Tres formas importantes de accion de los catalizadores en una reaccion son: la catalisis homogenea, la heterogenea y la enzimatica.
Catalisis homogenea.
Un catalizador se denomina homogeneo si esta en la misma fase que los reactivos. En las reacciones de gases, el catalizador homogeneo es un gas y, en las reacciones entre liquidos, puede ser otro solido o liquido disuelto. Ejemplos: la hidrolisis de los esteres, la descomposicion del peroxido de hidrogeno (H2O2).
Catalisis heterogenea.
Un catalizador es heterogeneo o de contacto si no esta en la misma fase que los reactivos. Suelen ser solidos que actuan en reacciones entre gases o entre liquidos, y son muy utilizados en la industria quimica para la obtencion de muchos productos. Ejemplo: la sintesis del amoniaco NH3, la sintesis del trioxido de azufre (SO3) y la hidrogenacion de las grasas.
Catalisis enzimatica.
Las enzimas son proteinas cuya funcion es catalizar reacciones bioquimicas especificas en el metabolismo de los seres vivos. Estos catalizadores biologicos se caracterizan por su eficacia y su especificidad.
· Gran eficacia. Pueden multiplicar la velocidad de reaccion entre 106 y 1012 veces.
· Gran especificidad. Cada enzima cataliza una reaccion bioquimica determinada.
Grado de disociacion.
Es la parte de un mol que se disocia en una reaccion quimica.
Molecularidad de una reaccion.
Es el numero de atomos o moleculas independientes que intervienen en ella. Reacciones unimoleculares o bimoleculares .
Las reacciones endotermicas absorben calor, tienen el incremento de la entalpia positivo.
Las reacciones exotermicas desprenden calor, tienen el incremento de la entalpia negativo.
Un equilibrio es homogeneo cuando todas las especies quimicas presentes se encuentran en la misma fase. Para todo equilibrio homogeneo, expresado en forma general aA + bB ? cC + dD, a una determinada temperatura, existe una relacion constante entre las concentraciones de las sustancias en el equilibrio cuyo valor numerico se denomina constante de equilibrio de la reaccion, Kc.
kc = [C]c [D]d / [A]a [B]b
COCIENTE DE REACCION.
aA + bB ? cC + dD
Qc = [C]c0 [D]d0 / [A]a0 [B]b0
Qc > Kc El sistema no esta en equilibrio y la relacion productos/reactivos es mayor que la que existe en el equilibrio. Por tanto, para alcanzarlo, Qc debe disminuir, haciendose menor el numerador, es decir, han de consumirse productos y formarse reactivos. El sistema se desplazara hacia la izquierda.
Qc = Kc Es sistema esta en equilibrio.
Qc < Kc El sistema no esta en equilibrio y la realcion productos/reactivos es menor que la que existe en el equilibrio. Por tanto, para alcanzarlo, Qc debe aumentar, haciendose mayor el numerador, es decir, han de consumirse reactivos y formarse productos. El sistema se desplazara hacia la derecha.
CONSTANTE DE EQUILIBRIO KP
Kp = P Cc P Dd / P Aa P Bb
PA = A PT
Kc = Kp (RT) - n
Kp = Kc (RT) n
Si n = 0 Kc = Kp
Un sistema quimico esta en equilibrio heterogeneo cuando las sustancias presentes en el no estan en la misma fase.
ENERGIA LIBRE Y CONSTANTE DE EQUILIBRIO
G = G0 + RT ln Q
G0 = - RT ln K
Cuando G0 < 0. La reaccion en el equilibrio tiende a estar desplazada hacia la formacion de los productos.
Cuando G0> 0. La reaccion en el equilibrio tiende a estar desplazada hacia la formacion de los reactivos.
ALTERACION DEL EQUILIBRIO. PRINCIPIO DE LE CHATELIER.
Una alteracion externa de los factores (temperatura, presion o concentraciones) que intervienen en un equilibrio induce un reajuste del sistema para reducir el efecto de dicha alteracion y establecer un nuevo estado de equilibrio.
La cinetica quimica trata de la velocidad con que suceden las reacciones, de los factores que influyen en ella y del mecanismo a traves del cual los reactivos se tranforman en productos.
Velocidad media
aA + bB ? cC + dD
vmedia =
vinstantanea =
TEORIA DE LAS REACCIONES QUIMICAS
Teoria de las colisiones.
Para que tenga lugar una reaccion quimica debe cumplirse necesariamente una primera condicion: el choque o colision de las particulas de los reactivos, sean atomos, moleculas o iones. Para que el choque de dos particulas garantice la reaccion entre ellas, las particulas deben cumplir las condiciones siguientes:
· Disponer de la energia cinetica suficiente para que tenga lugar un reordenamiento de los enlaces y la formacion de una nueva sustancia.
· Colisionar con la debida orientacion.
Teoria del complejo activado.
Segun la teoria del complejo activado o del estado de transicion, cuando las moleculas de los reactivos se aproximan, experimentan una deformacion que, en el choque, da lugar a un estado intermedio de alta energia y corta duracion: el complejo activado.
La energia de activacion es la energia adicional que deben absorber las moleculas de los reactivos para que, al colisionar, lleguen a formar el complejo activado.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCION
Temperatura de la reaccion. Ecuacion de Arrhenius.
K = Ae
A - factor que tiene en cuenta la frecuencia de las colisiones en la reaccion y cuyas unidades son las de la constante k.
e - numero e, igual a 2,7182812..., base de los logaritmos neperianos.
Ea - energia de activacion (KJ· mol-1)
R - constante de los gases 0,082 atm· L· K-1· mol-1
T - temperatura absoluta (K)
La constante de velocidad es proporcional a la frecuencia de choques, es mayor cuanto menor es el valor de la energia de activacion y aumenta la temperatura absoluta.
Concentracion de los reactivos.
v = k [A]x [B]y
Orden de una reaccion respecto de un reactivo: exponente al que se eleva la concentracion de este en la ecuacion de velocidad.
Orden global de una reaccion: suma de los exponentes a los que estan elevadas las concentraciones de los reactivos en la ecuacion de la velocidad.
En las reacciones homogeneas un aumento de la concentracion de los reactivos favorece la velocidad de reaccion. Esto se debe a que el aumento del numero de particulas por unidad de volumen produce un aumento del numero de colisiones entre las particulas.
Naturaleza, estado fisico y grado de division.
Unas sustancias reaccionan mas rapidamente que otras debido a la naturaleza quimica de las sustancias.
El estado fisico de una sustancia.
El grado de division de los solidos.
Cuanto mas aumenta la superficie de contacto entre ellos, mayor es la probabilidad de que tenga lugar el choque de moleculas, ya que la reaccion sucede en dicha superficie.
CATALIZADORES.
Un catalizador es una sustancia que estando presente en una reaccion quimica produce una variacion de su velocidad sin ser consumida durante el transcurso de la reaccion.
Los catalizadores pueden ser positivos (aumentan la velocidad de reaccion) y negativos o inhibidores (disminuyen la velocidad de reaccion).
Tres formas importantes de accion de los catalizadores en una reaccion son: la catalisis homogenea, la heterogenea y la enzimatica.
Catalisis homogenea.
Un catalizador se denomina homogeneo si esta en la misma fase que los reactivos. En las reacciones de gases, el catalizador homogeneo es un gas y, en las reacciones entre liquidos, puede ser otro solido o liquido disuelto. Ejemplos: la hidrolisis de los esteres, la descomposicion del peroxido de hidrogeno (H2O2).
Catalisis heterogenea.
Un catalizador es heterogeneo o de contacto si no esta en la misma fase que los reactivos. Suelen ser solidos que actuan en reacciones entre gases o entre liquidos, y son muy utilizados en la industria quimica para la obtencion de muchos productos. Ejemplo: la sintesis del amoniaco NH3, la sintesis del trioxido de azufre (SO3) y la hidrogenacion de las grasas.
Catalisis enzimatica.
Las enzimas son proteinas cuya funcion es catalizar reacciones bioquimicas especificas en el metabolismo de los seres vivos. Estos catalizadores biologicos se caracterizan por su eficacia y su especificidad.
· Gran eficacia. Pueden multiplicar la velocidad de reaccion entre 106 y 1012 veces.
· Gran especificidad. Cada enzima cataliza una reaccion bioquimica determinada.
Grado de disociacion.
Es la parte de un mol que se disocia en una reaccion quimica.
Molecularidad de una reaccion.
Es el numero de atomos o moleculas independientes que intervienen en ella. Reacciones unimoleculares o bimoleculares .
Las reacciones endotermicas absorben calor, tienen el incremento de la entalpia positivo.
Las reacciones exotermicas desprenden calor, tienen el incremento de la entalpia negativo.