11: Cinética Química I

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La cinética química es el estudio de qué tan rápido proceden las reacciones químicas de los reactivos a los productos. Este es un tema importante porque si bien la termodinámica nos dirá sobre la dirección del cambio espontáneo, no dice nada sobre la rapidez con que ocurrirán los procesos. Pero además, el poder de estudiar las velocidades de reacción es que nos da una idea de las vías reales que siguen los procesos químicos para pasar de los reactivos a los productos.

11.1: Velocidad de reacción
La velocidad de una reacción química (o la velocidad de reacción) se puede definir por el tiempo necesario para que ocurra un cambio en la concentración. Pero hay un problema en que esto permite que la definición se haga en base a cambios de concentración tanto para los reactivos como para los productos. Además, debido a preocupaciones estequiométricas, ¡las tasas a las que las concentraciones son generalmente diferentes!
11.2: Medición de las velocidades de reacción
Existen varios métodos que se pueden utilizar para medir las tasas de reacciones químicas. Un método común es utilizar la espectrofotometría para monitorear la concentración de una especie que absorberá la luz. Si es posible, es preferible medir la apariencia de un producto en lugar de la desaparición de un reactivo, debido a la baja interferencia de fondo de la medición.
11.3: Leyes de tarifas
Una ley de velocidad es cualquier relación matemática que relaciona la concentración de un reactivo o producto en una reacción química con el tiempo. Las leyes de tasa se pueden expresar en forma derivada (o relación, para intervalos de tiempo finitos) o integrada.
11.4: Ley de Tasa de 0º Orden
Si la reacción sigue una ley de tasa de orden cero, se puede expresar en términos del tiempo-tasa de cambio de [A]. La solución de la ecuación diferencial sugiere que una gráfica de concentración en función del tiempo producirá una línea recta.
11.5: Ley de tasa de 1er orden
Si la reacción sigue una ley de tasa de primer orden, se puede expresar en términos de la tasa de tiempo de cambio de [A]. La solución de la ecuación diferencial sugiere que una gráfica de concentración logarítmica en función del tiempo producirá una línea recta.
11.6: Leyes de Tarifas de 2do Orden
Si la reacción sigue una ley de tasa de segundo orden, se puede expresar en términos de la tasa de tiempo de cambio de [A]. La solución de la ecuación diferencial sugiere que una gráfica de 1/concentración en función del tiempo producirá una línea recta.
11.7: El Método de las Tasas Iniciales
El método de tasas iniciales es una técnica comúnmente utilizada para derivar leyes de tasas. Como su nombre lo indica, el método implica medir la velocidad inicial de una reacción. La medición se repite para varios conjuntos de condiciones de concentración inicial para ver cómo varía la velocidad de reacción. Esto podría lograrse determinando el tiempo necesario para agotar una cantidad particular de un reactivo (¡preferiblemente uno del que la velocidad de reacción no dependa!)
11.8: El método de las vidas medias
Otro método para determinar el orden de una reacción es examinar el comportamiento de la vida media a medida que avanza la reacción. La vida media se puede definir como el tiempo que tarda la concentración de un reactivo en caer a la mitad de su valor original. El método de semividas implicó medir la dependencia de la semivida de la concentración.
11.9: Dependencia de la temperatura
En general, los aumentos de temperatura incrementan las tasas de reacciones químicas. Es fácil ver por qué, ya que la mayoría de las reacciones químicas dependen de colisiones moleculares. Y como discutimos en el Capítulo 2, la frecuencia con la que colisionan las moléculas aumenta con el aumento de la temperatura. Pero también, la energía cinética de las moléculas aumenta, lo que debería aumentar la probabilidad de que un evento de colisión conduzca a una reacción. Arrhenius propuso un modelo empírico para dar cuenta de este fenómeno.
11.10: Teoría de Colisiones
La Teoría de Colisiones fue introducida por primera vez en la década de 1910 por Max Trautz (Trautz, 1916) y William Lewis (Lewis, 1918) para tratar de explicar las magnitudes de las constantes de velocidad en términos de la frecuencia de colisiones moleculares, la energía colisional y las orientaciones relativas de las moléculas involucradas en la colisión .
11.11: Teoría del Estado de Transición
11.E: Cinética Química I (Ejercicios)
Ejercicios para el Capítulo 11 “Cinética Química I” en el Mapa de texto de Química Física de Fleming.
11.S: Cinética Química I (Resumen)
Resumen para el Capítulo 11 “Cinética Química I” en el Mapa de texto de Química Física de Fleming.