Clase 7 (1).pptx 123456678999876432446677

cientica y termodinamica

1. Química Clase 7: Cinética y termodinámica Dr. Carlos Henríquez C.

2. Cinética Química En las clases anteriores hemos estudiado: Propiedades de los gases, líquidos, sólidos y disoluciones. Se han descrito las propiedades moleculares y analizado algunas reacciones. En las siguientes clases estudiaremos las leyes que rigen las reacciones químicas, como se puede predecir si una reacción se llevará a cabo o no, que tan rápido procede y cuánto avanzará la reacción antes de detenerse. Por lo tanto, la cinética química nos ayuda a comprender la velocidad de reacción.

3. Cinética Química Algunos conceptos importantes: Velocidad de reacción. Ley de velocidad. Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo. Constantes de velocidad y su dependencia de la energía de activación y de la temperatura.

4. La Velocidad de la reacción La cinética química es el área de la química que tiene relación con la rapidez o velocidad con que ocurre una reacción química. En este caso cinética se refiere a la velocidad de reacción, que es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (M/s). Por qué es importante estudiar la velocidad de una reacción? Por ejemplo, algunos procesos como las etapas iniciales de la visión o la fotosíntesis ocurren muy rápidamente (10 -12 a 10 -6 s) Otros como la conversión de grafito en diamante necesitan millones de años. Por lo tanto, el conocimiento de la velocidad de reacción es fundamental para el diseño de fármacos, en el control de la contaminación y en el procesamiento de alimento entre otros.

5. La Velocidad de la reacción Δ[A] y Δ[B] son los cambios en la concentración (molaridad) en un determinado periodo (Δt) . Debido a que la [ ] de A disminuye durante el intervalo de tiempo Δ[A] es una cantidad negativa. Dado que la velocidad de reacción debe ser positiva, es necesario agregar un signo (-) en la expresión. En cambio la velocidad de formación el producto no requiere de un signo negativo porque Δ[B] es una cantidad positiva. En la figura se muestra la disminución en el número de moléculas de A y el incremento en el número de moléculas de B con respecto al tiempo.

6. Como se determina experimentalmente la velocidad de reacción Reacción entre el bromo molecular y el ácido fórmico La disminución en la concentración de Bromo puede observarse como perdida de color en el tiempo

7. Gráfico de la velocidad vs concentración de bromo molecular. La relación lineal muestra que la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de bromo molecular

8. Velocidad de reacción cuando uno de los productos o reactivos es un gas Descomposición del peróxido de hidrógeno a 20 ºC: 2H 2 O 2(ac) 2 H 2 O (l) + O 2(g) La velocidad de descomposición se determina midiendo la velocidad de formación de oxígeno mediante un manómetro. la Presión de oxígeno la podemos convertir a concentración utilizando la ecuación de los gases ideales PV =nRT P= n RT= [O 2 ]RT Por lo tanto la concentración sería [O2] = 1 P La velocidad de reacción puede escribirse como: velocidad = Δ[O2] = 1 ΔP V RT RT Δt Δt La velocidad de descomposición está dada por la pendiente de la tangente multiplicada por 1/RT. Para expresar la velocidad en las unidades comunes de M/s, se convierte mmHg/min en atm/s y despues se multiplica por la pendiente de la tangente ( ΔP / Δt) por 1/RT

9. Velocidad de reacción y estequiometría En una reacción de estequiometría sencilla del tipo A = B podemos expresar la velocidad en términos de disminución de la concentración del reactivo - Δ[A]/Δt, o bien como el aumento de la concentración de producto Δ[B]/Δt. Qué sucede entonces en el caso de la reacción 2A = B? En este caso , desaparecen 2 moles de A por cada mol de B que se forma. Por lo tanto, la velocidad de desaparición de A es el doble de rápida que la velocidad de aparición de B. v= -1Δ[A] o v = Δ[B]/Δt 2 Δt

10. La ley de la velocidad Durante esta clase aprendimos que la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de reactivos. Conocimos la constante de proporcionalidad ( k ) o constante de velocidad. La ley de velocidad expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la concentración de los reactivos, elevados a alguna potencia. Para la reacción aA + bB cC + dD La ley de velocidad tiene la forma: v = k [A] x [B] y donde x, y se determinan experimentalmente y en general no son iguales a los coeficientes estequiométricos a y b. Los exponentes x, y k se pueden utilizar la ley de velocidad para calcular la velocidad de la reacción dadas las concentraciones de A y B Los exponentes x, y especifican las relaciones entre las concentraciones de los reactivos A y B y la velocidad de reacción, por lo que al sumarlos se obtiene el orden de la reacción global

11. Relación entre las concentraciones de los reactivos y el tiempo El orden de la reacción permite comprender la dependencia de la reacción con las concentraciones de los reactivos. Por lo tanto, las leyes de velocidad se pueden ocupar para determinar las concentraciones de los reactivos en cualquier momento del curso de la reacción

12. Química Clase 8: Equilibrio químico y equilibrio ácido base Dr. Carlos Henríquez C.

13. Conceptos a desarrollar en la clase Explica en qué consiste el equilibrio químico durante una reacción química en equilibrios homogéneos y heterogéneos durante una reacción química en equilibrios homogéneos y heterogéneos. Identifica las constantes de equilibrio y realiza una interpretación de los resultados para apreciar el sentido en que se produce una reacción química y calcular los productos relacionando esto con procesos biológicos y farmacológicos conocidos. Identifica cálculos de grado de disociación en relación a la ley de acción de masas relacionando esto con procesos biológicos y farmacológicos conocidos. Explica cuáles son los factores que afectan el equilibrio de una reacción de acuerdo al principio de Le Chatelier , para realizar predicciones sobre una reacción en estudio. 

14. Introducción al Equilibrio Químico Que entendemos por equilibrio : Podríamos decir que es un estado en el que no se observan cambios durante el tiempo transcurrido. Por lo tanto, en la química, podemos decir que cuando una reacción química llega a su estado de equilibrio, l as concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo , sin que se produzcan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, hemos aprendido que, a nivel molecular: 

15. El concepto de equilibrio y la constante de equilibrio El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan , por lo que la concentración neta de reactivos y productos permanecen constantes . Por lo tanto, necesariamente participan dos tipos de sustancias : Reactivos y Productos . Puede participar una sola sustancia en la reacción , como ocurre en la evaporación del agua . Al equilibro entre dos fases se le denomina equilibrio físico .

16. La constante de equilibrio Sabemos que las concentraciones de los gases se expresan en molaridad y se pueden calcular a partir del nro de moles presentes en el inicio, del nro de moles en el equilbrio y del volumen del matraz. El análisis de los datos muestra que la proporción [NO 2 ]/[N 2 O 4 ] en el equilibrio presenta valores muy dispersos.  La proporción [NO 2 ] 2 /[N 2 O 4 ] es casi constante y en promedio es 4.63 x 10 -3   Por lo tanto, K es la constante para la reacción en equilibrio. En la presente tabla se muestan algunos datos experimentales para el sistema NO2-N2O4 a 25º C. El exponente 2 es igual al coeficiente estequimétrico del NO 2 en la reaccion reversible

17. Podemos entonces generalizar para una reacción reversible A, b, c, d son los coeficientes estequimétricos de las especies reactivas A, B, C, D, para la reacción . Esta ecuación , es la expresión de la ley de acción de masas propuesta por Guldberg y Waage en 1864: Para una reacción reversible en equilibrio y a una temperatura constante , una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante K. Debemos destacar que aunque las concentraciones pueden variar , el valor de K para una reacción dada permanece constante , siempre y cuando la reacción esté en equilibrio y la temperatura no cambie .