APUNTE DE CINETICA - QUIMICA

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CARDOZO,GASTON EZEQUIEL 
 
QUE ES 
La cinética química es el área de la química 
que se ocupa del estudio de la velocidad o 
rapidez con que ocurre una reacción química , 
el mecanismo de la reacción (los pasos o 
etapas) y los factores que alteran la velocidad 
de reacción. 
Estudia la velocidad de reacción, expresado 
principalmente por el cambio de concentración 
respecto al tiempo y los factores que pueden 
alterar dicha velocidad. 
 
 
 
 
 
 
 
La velocidad de reacción es la derivada de la 
concentración de un reactivo o producto 
respecto del tiempo (definición concreta). 
Representa, por tanto, la rapidez con que varía 
la concentración molar de un reactivo o 
producto respecto del tiempo. Por tanto: 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMO CALCULAR LA VELOCIDAD MEDIA 
En la reacción aA + bB → cC + dD donde a, 
b, c, d son los coeficientes estequiométricos: 
 
 
De manera que podemos calcularla a partir de 
cualquiera de los reactivos o productos si 
conocemos el resto de los datos. Date cuenta 
del signo negativo en los reactivos y positivo en 
los productos, ya que evidentemente la Vmedia 
tiene que dar positiva. 
FACTORES QUE ALTERAN LA VELOCIDAD 
a) TEMPERATURA. Se sabe que un incremento 
de temperatura se relaciona directamente 
con el grado de movimiento molecular, su 
energía cinética y fuerza de colisión 
molecular. Por ello se cumple: 
 
 
b) CONCENTRACIÓN. Al aumentar la 
concentración de los reactivos, aumentará 
su frecuencia de colisiones y favorecerá 
la formación de productos. 
 
 
c) GRADO DE DIVISIÓN DEL SÓLIDO A 
medida que el sólido se subdivide, 
aumenta el área de contacto y de 
interacción, incrementando con ello la 
frecuencia de colisiones y la velocidad 
de reacción. 
 
CINETICA 
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d) NATURALEZA DE LA SUSTANCIA Cada 
sustancia posee cierto grado de reactividad, en 
base a sus propiedades específicas o 
particulares, esto influye en la velocidad de 
reacción. Por ejemplo se pude tomar en cuenta 
propiedades como el carácter metálico y 
carácter no metálico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ECUACION DE VELOCIDAD 
• Si bien las ecuaciones anteriores permiten 
conocer la velocidad de reacción, es conveniente 
encontrar una ecuación general, la ecuación de 
velocidad. 
La ecuación de velocidad es una expresión 
matemática que relaciona la velocidad 
instantánea de una reacción en un momento 
dado con las concentraciones de los reactivos 
presentes en ese momento. 
A partir de la expresión de la velocidad de 
reacción se puede conocer la ecuación de 
velocidad pero hay muchas variables que 
afectan a la velocidad de reacción y que 
dependen de cada caso concreto. Por este 
motivo la ecuación de velocidad se suele 
determinar experimentalmente. 
 • Para el proceso general 
 
La ecuación de velocidad se puede escribir de 
la siguiente forma : 
 
 
donde, m y n son dos coeficientes que no 
tienen por qué coincidir con los coeficientes 
estequiométricos a y b de la reacción 
ajustada. Estos coeficientes se determinan 
experimentalmente en el laboratorio. 
k es una constante, llamada constante de 
velocidad, característica de cada reacción 
química. Su valor: 
• Depende de la temperatura. 
• Es independiente de las concentraciones 
de los productos de la reacción. 
• Sus unidades dependen de la ecuación 
de velocidad, es decir, dependen de la 
reacción química y son tales que hacen 
coherente las unidades de la ecuación 
de velocidad. Su valor también se suele 
determinar experimentalmente. 
• El orden total de la reacción es m + n, 
es decir la suma de los ordenes 
parciales. 
Para determinar el orden parcial respecto de un 
reactivo, se emplean métodos de tanteo, que 
consisten en mantener constante la concentración 
de uno de los reactivos, y estudiar como varía 
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la velocidad si duplicamos la concentración del 
otro reactivo. Así si al duplicar la concentración 
de dicho reactivo, la velocidad se duplica, el 
orden parcial sería 1; si se hace 4 veces mayor 
el orden es 2, etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Si x=a ; y=b , la reacción será elemental. ▪ Si 
x≠a o y≠b , la reacción será no elemental. El 
orden se usará para proponer el mecanismo de 
reacción y las posibles etapas en que se lleve 
a cabo. 
VIDA MEDIA DE UN REACTIVO 
El tiempo que debe transcurrir para que la 
concentración de un reactivo se reduzca a la 
mitad . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TEORIA DE COLISIONES 
• Hipótesis básica: para que tenga lugar una 
reacción química se debe de dar un choque 
efectivo entre las partículas reactivas. 
• Acerca del término choque efectivo: si cada 
choque entre partículas reactivas diera lugar a 
la reacción química las reacciones serían 
instantáneas ya que en los sistemas materiales 
el número ingente de partículas (moléculas o 
átomos) en continuo movimiento se están 
produciendo miles de millones de choques por 
segundo. Por tanto, no todos los choques entre 
partículas reaccionantes dan lugar a reacción 
química, sólo unos pocos choques efectivos sí lo 
hacen. 
• Factores que determinan el choque eficaz 
entre reactivos: 
1º) Energía cinética. Las partículas deben tener 
la energía cinética suficiente. Recordar aquí que 
según la Teoría Cinético-Molecular (TCM) la 
velocidad de las partículas está relacionada con 
la temperatura. Así: 
- Si dos moléculas chocan con la energía 
cinética suficiente se produce reacción química y 
la energía cinética se transforma en parte en 
energía vibratoria que provoca la rotura de 
enlaces químicos. 
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- Si la energía cinética no es suficiente se 
produce un rebote sin reacción química. 
2º) Orientación. Aunque las partículas que 
chocan tengan la energía cinética mínima, no se 
produce reacción si la orientación del choque no 
es la adecuada. La figura siguiente ilustra este 
factor en la reacción de formación del dióxido 
de carbono a partir del monóxido de carbono 
y oxígeno. 
 
 
 
 
 
 
Esta teoría relaciona la constante cinética con el 
número de choques o colisiones eficaces entre 
las moléculas. Del número total de colisiones, son 
eficaces las que se producen con una 
orientación adecuada, y de manera tal que las 
partículas que chocan tengan una energía 
cinética igual o superior a la energía necesaria 
para romper los enlaces (moléculas activadas). 
La energía mínima que debe superarse, es la 
que llamamos energía de activación. 
TEORIA DEL ESTADO DE TRANSICION 
Teoría de la velocidad de reacción que 
establece que los reactivos pasan por estados 
de transición de alta energía por un período 
corto de tiempo antes de convertirse en 
productos. Cuando los átomos pasan del estado 
de transición a las moléculas de productos, se 
desprende energía. Si en la reacción se produce 
un desprendimientoneto de energía mayor a la 
energía de activación, regresa a los alrededores 
y la reacción es Exotérmica. Si en la reacción 
hay una absorción neta de energía, se libera 
una cantidad de energía menor a la Ea cuando 
el estado de transición se convierte en producto 
la reacción es Endotérmica. 
Esta teoría estudia el perfil energético de la 
reacción. Para ello se postula la existencia de 
una especie denominada complejo activado, que 
es una estructura intermedia entre reactivos y 
productos, en la cual se han debilitado los 
enlaces antiguos y se han empezado a formar 
los enlaces nuevos. Es muy inestable por su 
elevada energía y se descompone de forma 
casi instantánea originando los productos de la 
reacción. 
La región próxima al máximo de energía se 
llama estado de transición y la diferencia de 
energía entre el complejo activado (que ocupa 
la cima) y los reactivos, es la energía de 
activación (Ea directa). Constituye esa barrera 
energética, esa energía mínima que hay que 
superar para que se produzca la reacción. El 
proceso inverso también tiene su propia energía 
de activación (Ea inversa). Es importante que 
sepáis dibujar una gráfica tanto con perfil 
exotérmicocomo endotérmico: 
 
 
 
 
 
 
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En las gráficas podemos observar todos los 
elementos mencionados anteriormente: En el 
primer proceso observamos que la entalpia de 
los productos es menor que la de los reactivos 
con lo que el proceso desprende calor 
(exotérmico), mientras que en el segundo, la 
entalpia de los productos es mayor lo que 
implica un consumo de energía (endotérmico). 
Como se puede observar, podemos calcular 
fácilmente ΔH y además de dos maneras: 
 
Recordad que cuando la energía de activación 
era pequeña, la reacción trascurría a mayor 
velocidad tal como desmostrábamos con la 
ecuación de Arrhenius. Así muchas moléculas 
alcanzan el estado de transición y la reacción 
es más rápida. Ese es precisamente el efecto 
que tendría un catalizador que, al disminuir 
significativamente los valores de las energías de 
activación (tanto directa como inversa), hace 
que la reacción se lleve a cabo a mayor 
velocidad. Sin embargo, como el catalizador ni 
aporta ni consume energía del sistema no altera 
ΔH ni ΔG que siguen teniendo el mismo valor. 
ENERGIA DE ACTIVACION INVERSA 
Ea(inversa)=Ea(directa)+ ∆E 
ECUACION DE ARRHENIUS 
La constante de velocidad, y por tanto la 
velocidad de reacción, aumenta si aumenta la 
temperatura, porque la fracción de moléculas 
que sobrepasan la energía de activación es 
mayor. En la figura adjunta se puede ver que 
a T2 hay un porcentaje mayor de moléculas 
con energía suficiente para producir la reacción 
(área sombreada). 
 
 
 
 
 
 
 
La variación de la constante de velocidad con 
la temperatura viene recogida en la ecuación 
de Arrhenius: 
 
 
Donde Ea es la energía de activación de la 
reacción (en kJ/mol), R la constante de los 
gases (8,314 J/Kmol), T la temperatura 
absoluta, A representa la frecuencia de 
colisiones y se conoce como factor de 
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frecuencia y e la base de la escala de 
logaritmos naturales. 
La ecuación se expresa normalmente de forma 
logarítmica para así poder calcular Ea a partir 
de la ecuación de la recta que surge en dicha 
ecuación: 
 
 
 
 
CATALISIS 
El uso de ciertas sustancias denominadas 
catalizadores es un procedimiento que permite 
influir en la velocidad de reacción. 
Un catalizador es una sustancia que, estando 
presente en una reacción química, produce una 
variación de su velocidad sin ser consumida 
durante el transcurso de la reacción. 
Los catalizadores aumentan la velocidad de 
reacción y su mecanismo general de actuación 
es la disminución de la energía de activación 
(tanto directa como inversa), que como hemos 
visto en la ecuación de Arrhenius, implicaría un 
aumento de K y de la velocidad de la 
reacción. También se caracterizan por no alterar 
las variables termodinámicas del proceso (∆H y 
∆G) pues el catalizador ni aporta ni consume 
energía del sistema. 
Factores como aumentar la concentración de los 
reactivos, la temperatura o añadir un 
catalizador, son los que podemos emplear para 
aumentar la velocidad de una reacción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Altera el mecanismo de reacción 
• Disminuye la energía de activación 
• No altera la espontaneidad