Para que ocurra una reacción química, las especies químicas participantes: iones, átomos o moléculas deben chocar entre sí




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fecha de publicación28.12.2015
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INGENIERÍA QUÍMICA II

TEMA: EQUILIBRIO QUÍMICO
Cinética Química: Es la rama de la química que se ocupa del estudio de las velocidades a las que se efectúan las reacciones químicas.
Velocidad de reacción: Es la cantidad de sustancias reaccionantes que se convierten en productos en la unidad de tiempo.

Tiempo de reacción: Es el tiempo transcurrido desde el inicio de una reacción hasta la aparente terminación de la misma.

TEORÌA DE LAS COLISIONES:
Para poder explicar porque las sustancias son capaces de reaccionar se ha desarrollado un modelo teórico que nos ayuda a comprender como se verifican las reacciones químicas de acuerdo a éste modelo o teoría de las colisiones. Para que ocurra una reacción química, las especies químicas participantes: iones, átomos o moléculas deben chocar entre sí.
No todas las colisiones son efectivas si así fuera todas las reacciones serian instantáneas.
Estas colisiones deben producir la formación de nuevos enlaces y el rompimiento de los ya existentes o ambos procesos.
Cabe aclarar que no todas las colisiones son efectivas, de ser así todas las reacciones serían instantáneas.
Las moléculas con una energía igual o inferior a la promedio, no producen cambios químicos al chocar con las moléculas de otras sustancias. En cambio las más energéticas originan colisiones efectivas, es decir, colisiones que resultan en cambios químicos. A la diferencia de energías entre la energía potencial de un par de moléculas y la energía cinética adicional necesaria para que sus colisiones produzcan el cambio químico que se llama energía de activación, que es la energía necesaria para que se inicie una reacción y es un exceso de energía cinética.


2 HCl (ac)

ZnCI2 (ac)



1.-Zn(s) + + H2

2.- NaOH (s) + H2O (l) Na OH (ac)


Por ejemplo
Si una reacción A + B C + D + energía
Si la reacción A + B C + D se verifica en un recipiente cerrado de tal manera que no haya perdidas de los productos C y D, es razonable suponer que se ha verificado experimentalmente, que las moléculas de C y D puedan producir colisiones y que algunos de ellas conduzcan a la formación de A y B. Esto quiere decir que la reacción es reversible, es decir es un sistema en el que están verificándose dos reacciones, la reacción directa de A y B formando C y D y la reacción inversa de C y D formando A y B . en este paso la reversibilidad de la reacción se indica con una doble flecha en la ecuación de la siguiente manera.
A + B C + D + Energía
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
A partir de las operaciones experimentales se ha encontrado que la velocidad de una reacción está controlada por los siguientes factores. Concentración de los reactivos, temperatura, naturaleza de los reactivos y catalizadores.
Concentración: Se entiende por concentración, la cantidad de masa de una sustancia dada por unidad de volumen. A medida que el número de partículas en un determinado volumen es mayor, aumenta la frecuencia de las colisiones y por lo tanto su velocidad de reacción.
Temperatura: No todo cohesión produce una nueva unión, las partículas deben chocar con energía suficiente para que se efectúen rupturas de enlaces. A la energía requerida, para que se inicie una reacción se le llama energía de actuación. A medida que la temperatura es mayor, aumenta la energía cinética de las partículas lo que provoca que choquen con mayor frecuencia y que adquieran más rápidamente la energía de activación.
Naturaleza de los reactivos: Las diversas sustancias difieren marcadamente en la velocidad a los que sufren los cambios químicos. Estas diferencias pueden atribuirse a la estructura de los átomos, moléculas o iones participantes.
Catalizadores: Los catalizadores son sustancias que con su sola presencia modifican la velocidad de una reacción sin sufrir cambio aparenten su composición o en su masa; es decir no forman parte de los productos y solo ayudan a que estos se formen. La acción catalítica se explica suponiendo que el catalizador modifica la energía de activación, ya sea por la formación de complejos inestables o proporcionando una superficie de activación. Al nivel molecular de los catalizadores presentan sitios activos donde fijan a la molécula de modo que uno de los reactivos la acomodan de tal forma que cuando la molécula del otro reactivo choca con ella, la colisión es efectiva. El sitio activo es la superficie catalítica.
La acción catalítica es de dos formas: cuando el catalizador con su sola presencia aumenta la velocidad de reacción se llama catalizador positivo o simplemente catalizador y cuando disminuye la velocidad de la reacción se identifican como catalizadores negativos o inhibidores. (Conservadores, antioxidantes, etc.)
Por ejemplo: en la reacción de descomposición del clorato de potasio por calentamiento, para producir oxígeno se utiliza dióxido de manganeso, para que el oxígeno se desprenda más rápido.


MnO2

2

KClO3 2KCl + 3O2 Dióxido de manganeso

MnO2 = Catalizador

Otro ejemplo es: el tetra etilo de plomo, empleado como antidetonante en las gasolinas, esta sustancia hace que la gasolina se queme lentamente lo que produce un mejor rendimiento y menos contaminación.
Ejercicio: Identificar a que acción catalítica hace referencia los siguientes enunciados:

Actividad

Catalizador positivo

Catalizador negativo

Usar cremas antigüedad







Tomar hormonas de crecimiento







Agregar jugo de limón al aguacate







Consumir sustancias anabólicas







Salar y secar la carne







Aplicar cremas bronceadoras







Adicionar ablandantes a la carne







Fertilizar las tierras de cultivo







Tomar laxantes







Tomar viagra







EQUILIBRIO QUÍMICO
Al introducir hidrogeno (H) y yodo (I) gaseoso en un recipiente cerrado, estos elementos reaccionan formando cierta cantidad de Yoduro de hidrogeno gaseosos de acuerdo a la siguiente reacción.
H2(g) + I2(g) 2HJ (g)
Tan pronto se forman las moléculas de yoduro de hidrogeno comienzan a formar yodo e hidrogeno por medio de la reacción inversa, (puesto que existe un mayor numero). Al principio la velocidad de formación de HI es mayor que la correspondiente a la reacción inversa, puesto que existe un mayor número de moléculas de H2 e J2 por unidad de volumen. Por tanto la frecuencia de colisiones entre las moléculas de reactantes es mayor que entre las moléculas del producto y la reacción directa se verifica con más rapidez que la inversa. No obstante al transcurrir del tiempo las concentraciones de J2 y H2 disminuye la del HI aumenta, lo que trae como resultado y a la velocidad de la reacción directa disminuye y la velocidad inversa aumenta. Esto continua, hasta que las dos velocidades resulten iguales lograr a lo cual se dice que el sistema está en equilibrio químico.
Para una reacción general, tal como
a A +bB eC + Dd
La velocidad de formación de C y D o la velocidad de desaparición de A y B es proporcional a ciertas potencias que se determinan experimentalmente de las concentraciones de A y de B. Este postulado se llama Ley de la acción de las masas, lo dijo Guldbing y Naage

La velocidad de reacción es proporcional a ciertas potencias que se determinan experimentalmente de las concentraciones de los reactivos.

La ley de acción de masas se expresa como sigue:
Velocidad: α [A] a [B]b
[ ] Concentración
Donde A y B son los exponentes a potencias que se determinan experimentalmente aunque por lo general son numéricamente iguales a los coeficientes de la ecuación química respectivamente, por lo tanto
Velocidad= K [A] a [B]b


La velocidad de la reacción directa en el sistema HI el equilibrio es R1 y la velocidad de la reacción inversa es R2, entonces tendremos
H2 (g) +I2 (g) 2HI (g)

K1 = [H2 (g)] [I2 (g)] = K2 [HI (g)] z
Esta ecuación puede expresarse en la siguiente formula
K1 = [HI (g)]z

K2 [H2 (g)] [I2(g)]
Puesto que K1 y K2 son constantes. La relación de ellos debe ser también constante, por lo tanto
Keq.= [ HI (g)] 2

[H2 (g)] [I2 (g)]
Donde Keq. Es la constante de equilibrio
Debe de haber dos procesos opuestos llevándose a cabo a la misma velocidad.
Esta expresión de la constante de equilibrio constituye la ley del equilibrio químico, aunque los exponentes de la ecuación de velocidad se determinan experimentalmente y pueden o no pueden ser iguales a los coeficientes de la ecuación balanceada, en la expresión de la Keq. Estos exponentes son siempre iguales a los respectivos coeficientes de la ecuación balanceada, por ejemplo la Keq. Para la siguiente reacción general es:
aA + bB cC + dD

Keq.= [C]c [D]d

[A]a [B]b


Reacción


Dada la siguiente ecuación cual es la expresión matemática para
CO(g) + 2 H2(g) CH3 – OH

Keq = [CH3 – OH]

[CO] [H2]
Keq = Velocidad de reacción inversa

Velocidad de reacción directa
Ejercicios:
Dada la ecuación 4NH3(g) +5O2(g) ↔4NO(g) +6H2O(l). su representación de la contante de equilibrio es la siguiente:


Keq = [ NO(g)]4[6H2 O(l)]6

[NH3(g)]4 [O2(g)]5
EJERCICIOS.
1.De acuerdo a la siguiente reacción, representa la expresión matemática y calcula el valor de la constante de equilibrio. R=810
2SO2 (g) + O2(g) 2 SO3(g)
[SO2(g)]=0.2 mol/l

[O2(g)]=0.1 mol/l

[SO3(g)]=1.8 mol/l
2.En una experiencia realizada a 490oC, para el estudio de la reacción:

H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Se encontró que, una vez alcanzado el equilibrio, las concentraciones de hidrógeno,iodo e ioduro de hidrógeno eran respectivamente 0.000862, 0.00263 y 0.0102 moles/litro. representa la expresión matemática y calcúlese a) el valor de la constante de equilibrio. R=45.892
3. .De acuerdo a la siguiente reacción, representa la expresión matemática y calcula el valor de la constante de equilibrio.

2H2(g) + O2(g) 2H2 O(g)
[O2(g)]= 1x10-7 mol/l

[H2 O(g)]= 1x10-14 mol/l

[H2(g)]=1x10-7 mol/l



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