CINETICA QUIMICA Y NANOTECNOLOGIA

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

QUÍMICA VI UNIDAD

CINETICA QUIMICA Y NANOTECNOLOGIA

ALUMNO: MARTINEZ CANSECO PABLO JESUS

I “B”

INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROFESORA: GLORIA ELIZABETH ATRISTAIN VASCONCELOS

04/12/2012

CONTENIDO

1.-DEFINICIÓN DE LOS CONCEPTOS DE EQUILIBRIO QUÍMICO, CINÉTICA QUÍMICA, MECANISMOS DE REACCIÓN, COMPLEJO ACTIVADO Y ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

2.-FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA Y AQUELLOS QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO Y DESCRIBIR EL EFECTO DE CADA UNO.

3.-PRODUCTO DE SOLUBILIDAD Y SOLUCIÓN AMORTIGUADORA.

4.-DEFINICIÓN DE LA CONSTATE DE EQUILIBRIO.

5.-INVESTIGACIÓN SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS NUEVOS MATERIALES GENERADOS POR LA NANOTECNOLOGÍA.

6.-INVESTIGACION SOBRE LAS TENDENCIAS DE LOS NUEVOS MATERIALES DE USO INDUSTRIAL.

7.-MAPAS CONCEPTUALES DE CINÉTICA QUÍMICA Y NANOTECNOLOGÍA

EQUILIBRIO QUÍMICO

EQUILIBRIO QUÍMICO ES LA DENOMINACIÓN QUE SE HACE A CUALQUIER REACCIÓN REVERSIBLE CUANDO SE OBSERVA QUE LAS CANTIDADES RELATIVAS DE DOS O MÁS SUSTANCIAS PERMANECEN CONSTANTES, ES DECIR, EL EQUILIBRIO QUÍMICO SE DA CUANDO LA CONCENTRACIÓN DE LAS ESPECIES PARTICIPANTES NO CAMBIA, DE IGUAL MANERA, EN ESTADO DE EQUILIBRIO NO SE OBSERVAN CAMBIOS FÍSICOS A MEDIDA QUE TRANSCURRE EL TIEMPO; SIEMPRE ES NECESARIO QUE EXISTA UNA REACCIÓN QUÍMICA PARA QUE EXISTA UN EQUILIBRIO QUÍMICO, SIN REACCIÓN NO SERÍA POSIBLE.

UNA VEZ INICIADA UNA REACCIÓN QUÍMICA PUEDE REACCIONAR DE DOS MANERAS DIFERENTES: LA REACCIÓN PUEDE DESARROLLARSE HASTA QUE SE AGOTE UNO DE LOS REACTIVOS O BIEN TRANSCURRIR HASTA UN CIERTO PUNTO EN EL QUE, AUNQUE EXISTAN REACTIVOS EN CANTIDAD SUFICIENTE, LA REACCIÓN, APARENTEMENTE, SE DETIENE. EN EL SEGUNDO CASO SE DICE QUE EL SISTEMA FORMADO POR LOS REACTIVOS, LOS PRODUCTOS Y EL MEDIO DE REACCIÓN HA ALCANZADO UN ESTADO DE EQUILIBRIO.

A PESAR DE QUE UN SISTEMA QUÍMICO EN EQUILIBRIO PARECE QUE NO SE MODIFICA CON EL TIEMPO, ESTO NO SIGNIFICA QUE NO ESTÁ OCURRIENDO NINGÚN CAMBIO. INICIALMENTE, LOS REACTIVOS SE COMBINAN PARA FORMAR LOS PRODUCTOS, PERO LLEGA UN MOMENTO EN QUE LA CANTIDAD DE PRODUCTO ES LOS SUFICIENTEMENTE GRANDE QUE ESTOS PRODUCTOS REACCIONEN ENTRE SÍ VOLVIENDO A FORMAR LOS REACTIVOS INICIALES. DE ESTA MANERA TRANSCURREN SIMULTÁNEAMENTE DOS REACCIONES: DIRECTA E INVERSA.

EL EQUILIBRIO SE ALCANZA CUANDO LOS REACTIVOS SE TRANSFORMAN EN PRODUCTOS CON LA MISMA VELOCIDAD QUE LOS PRODUCTOS VUELVEN A TRANSFORMARSE EN REACTIVOS.(VELOCIDAD DE REACCIÓN DIRECTA IGUAL A VELOCIDAD DE REACCIÓN INVERSA)

CONDICIONES [EDITAR]

UN SISTEMA EN EQUILIBRIO DEBE CUMPLIR LOS SIGUIENTES REQUISITOS:

* SÓLO PUEDE EXISTIR EQUILIBRIO EN UN SISTEMA AISLADO: UN SISTEMA EN EL QUE NI LA ENERGÍA NI LAS SUSTANCIAS ENTREN O SALGAN CONTINUAMENTE.

* CUANDO SE ALCANZA EL ESTADO DE EQUILIBRIO, LAS PROPIEDADES OBSERVABLES DEL SISTEMA (COLOR, MASA DEL REACTIVO SIN REACCIONAR, TEMPERATURA, ETC.), NO VARÍAN CON EL TIEMPO.

* TODA SITUACIÓN DE EQUILIBRIO SE ALTERA CUANDO SE MODIFICA LA TEMPERATURA, PERO SE RESTABLECE CUANDO EL SISTEMA VUELVE A LA TEMPERATURA ORIGINAL.

* TAMBIÉN PUEDE HABER MODIFICACIONES EN EL EQUILIBRIO CON VARIACIONES EN LA PRESIÓN/VOLUMEN Y CON VARIACIONES EN LA CONCENTRACIÓN DE LAS SUSTANCIAS PARTICIPANTES EN LA REACCIÓN.

CUANTIFICACIÓN DEL EQUILIBRIO QUÍMICO

CUANDO SE ALCANZA EL ESTADO DE EQUILIBRIO, LAS CONCENTRACIONES DE LOS REACTIVOS Y LOS PRODUCTOS SE ENCUENTRAN EN UNA RELACIÓN NUMÉRICA CONSTANTE. EXPERIMENTALMENTE SE COMPRUEBA QUE LAS CONCENTRACIONES DE LAS SUSTANCIAS IMPLICADAS EN UN SISTEMA EN EQUILIBRIO SE ENCUENTRAN RELACIONADAS POR LA SIGUIENTE EXPRESIÓN MATEMÁTICA:

AA + BB → CC + DD

EN ESTA EXPRESIÓN EL NUMERADOR ES EL PRODUCTO DE LAS CONCENTRACIONES DE EQUILIBRIO DE LOS PRODUCTOS, ELEVADA CADA UNA DE ELLAS A UN EXPONENTE QUE ES IGUAL AL NÚMERO DE MOLES DE CADA PRODUCTO QUE APARECE EN LA ECUACIÓN QUÍMICA. EL DENOMINADOR ES EL PRODUCTO DE LAS CONCENTRACIONES DE EQUILIBRIO DE LOS REACTIVOS, ELEVADA CADA UNA DE ELLAS A UN EXPONENTE QUE ES IGUAL AL NÚMERO DE MOLES DE CADA REACTIVO QUE APARECE EN LA ECUACIÓN QUÍMICA. LA RAZÓN, K, ENTRE EL NUMERADOR Y EL DENOMINADOR ES LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE LA REACCIÓN. SI EL VALOR DE K ES MUY PEQUEÑO, MUCHO MENOR QUE 1, LA REACCIÓN DIRECTA SÓLO OCURRE EN UNA PEQUEÑA EXTENSIÓN ANTES DE ALCANZAR EL EQUILIBRIO. ES DECIR, LOS REACTIVOS NO REACCIONAN DEL TODO. EN CAMBIO, SI EL VALOR DE K ES GRANDE, MUCHO MAYOR QUE 1, LA REACCIÓN DIRECTA ESTÁ AMPLIAMENTE FAVORECIDA; ESTO ES, LOS REACTIVOS ORIGINALES SE TRANSFORMAN EN PRODUCTOS EN UNA GRAN AMPLITUD.

PODEMOS CONCLUIR:

* SI K < 1, SE FAVORECE LA FORMACIÓN DE REACTIVOS.

* SI K > 1, SE FAVORECE LA FORMACIÓN DE PRODUCTOS.

EL RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN QUÍMICA SE VE DISMINUIDO POR LA TENDENCIA A ALCANZAR EL ESTADO DE EQUILIBRIO, YA QUE LOS REACTIVOS NO SE TRANSFORMAN AL CIEN POR CIENTO EN PRODUCTOS. PARA CONSEGUIR QUE EL EQUILIBRIO SE ROMPA DESPLAZÁNDOSE EN EL SENTIDO QUE NOS INTERESA, ES NECESARIO SABER QUÉ FACTORES SE PUEDEN MODIFICAR.

CINETICA QUIMICA

ESTE CAMPO ESTUDIA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN DE LOS PROCESOS QUÍMICOS EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE LAS ESPECIES QUE REACCIONAN, DE LOS PRODUCTOS DE REACCIÓN, DE LOS CATALIZADORES E INHIBIDORES, DE LOS DIFERENTES MEDIOS DISOLVENTES, DE LA TEMPERATURA, Y DE TODAS LAS DEMÁS VARIABLES QUE PUEDEN AFECTAR A LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN.

CUANDO ALGUNAS SUSTANCIAS REACCIONAN LO HACEN EN FORMA LENTA, POR EJEMPLO EL HIERRO EN PRESENCIA DE AIRE; OTRAS REACCIONAN RÁPIDAMENTE, COMO POR EJEMPLO EL SODIO TAMBIÉN EN PRESENCIA DE AIRE; Y HAY SUSTANCIAS COMO EL PAPEL EN PRESENCIA DE AIRE QUE NO REACCIONARÍAN JAMÁS SIN EL AUXILIO DEL FUEGO, PERO UNA VEZ COMENZADA LA REACCIÓN ÉSTA SE DESARROLLA RÁPIDAMENTE.

ENTONCES, TANTO PARA QUE UNA REACCIÓN OCURRA, COMO PARA MODIFICAR SU VELOCIDAD, SE DEBERÁN TENER EN CUENTA VARIOS FACTORES.

MECANISMOS DE REACCIÓN

DEFINICIÓN: ES EL CAMINO QUE SIGUEN LOS REACTIVOS PARA LOGRAR CONVERTIRSE EN PRODUCTOS.

DESCRIBE LA TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE LAS MOLÉCULAS: RUPTURA Y FORMACIÓN DE ENLACES Y EN QUÉ ORDEN.

* DESCRIPCIÓN DE UN MECANISMO DE REACCIÓN:

* LA IDENTIFICACIÓN DE CAMBIOS ESTRUCTURALES QUE PRODUCEN EN CADA UNA DE LAS ETAPAS: CUANDO LOS ENLACES SE ROMPEN, FORMACIÓN DE ENLACES, LA POSICIÓN GEOMÉTRICA DE CADA ÁTOMO EN CADA MOMENTO.

* DESCRIPCIÓN DE CAMBIOS DE ENERGÍA Y RADIODISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA QUE VAN PARALELOS A LOS CAMBIOS ESTRUCTURALES.

* TIPOS DE REACCIONES

SEGÚN LOS PRODUCTOS SE LES AGRUPA EN:

* RX DE SUSTITUCIÓN.

* RX DE ADICIÓN.

* RX DE ELIMINACIÓN.

* RX DE TRANSPOSICIÓN

* RX DE OXIDACIÓN

* RX DE REDUCCIÓN

REACCIÓN DE SUSTITUCIÓN

HAY RUPTURA Y FORMACIÓN DE ENLACES SENCILLOS; EL RESULTADO ES NETO ES LA SUSTITUCIÓN DE UN GRUPO ATÓMICO QUE ESTÁ UNIDO POR UN ENLACE Σ A UN CARBONO, POR OTRO GRUPO ATÓMICO.

POR EJEMPLO LA HIDRÓLISIS ALCALINA DE LOS HALUROS DE ALQUILO.

REACCIÓN DE ADICIÓN: CUANDO DOS GRUPOSATÓMICOS FORMAN ENLACES Σ CON E- DE UN ENLACE Π, ES DECIR LA REACCIÓN DE UN DOBLE ENLACE FORMANDO EN LACES SENCILLOS, GENERALMENTE EL PRODUCTO TIENE TODOS LOS ÁTOMOS DE LOS REACTANTES. POR EJEMPLO, LA REACCIÓN DE UN ALQUENO CON UN HALÓGENO.

REACCIÓN DE ELIMINACIÓN: SE PIERDEN DOS SUSTITUYENTES UNIDOS POR UN ENLACE Σ A DOS ÁTOMOS DE CARBONO Y SE FORMA UN ENLACE Π ENTRE AMBOS. POR EJEMPLO LA PÉRDIDA DE ACIDO HALOGENHIDRICO EN UN CLOROALCANO EN PRESENCIA DE UNA BASE FUERTE:

REACCIÓN DE TRANSPOSICIÓN: CAMBIO DE LUGAR, DE UN SUSTITUYENTE, POR LO REGULAR DE UN ÁTOMO 1 AL ÁTOMO 2, O EL ÁTOMO 3, EN ESTE ÚLTIMO CASO, SI TAMBIÉN SE MUEVE UN ENLACE LA TRANSPOSICIÓN SE LLAMA ALILICA, COMO OCURRE EN EL EJEMPLO EN EL QUE SE MUEVE UN H₂ Y EL DOBLE ENLACE.

REACCIÓN DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN:

* OXIDACIÓN: HAY PÉRDIDA DE ELECTRONES, DE HIDRÓGENOS O AUMENTO DE OXÍGENOS.

* REDUCCIÓN: AUMENTAN LOS ELECTRONES, LOS HIDROGENO O DISMINUYE EL OXIGENO.

DESDE UN PUNTO DE VISTA TERMODINÁMICO, UNA ECUACIÓN QUÍMICA, LOS REACTIVOS SON EL ESTADO INICIAL Y LOS PRODUCTOS EL ESTADO FINAL, HAY UNA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE. LA ENERGÍA LIBRE DEBE SER NEGATIVA YA QUE SERÁ UNA REACCIÓN ESPONTÁNEA, ES DECIR, QUE LA REACCIÓN PODRÁ LLEVARSE A CABO SIN NINGÚN IMPEDIMENTO TERMODINÁMICO.

PARA HACER MÁS FÁCIL LA EXPLICACIÓN SERÁ MEJOR HACERLA CON UN EJEMPLO:

∆G'= -

PARA HACER EL ENLACE A-B, LOS REACTIVOS SE TIENEN QUE CORTAR LAS DISTANCIAS, PERO ESTO AUMENTA LA FUERZA DE REPULSIÓN DE LOS ELECTRONES. PARA EVITAR ESTA REPULSIÓN, LOS REACTIVOS TENDRÁN QUE ACERCARSE CON SUFICIENTE ENERGÍA CINÉTICA. POR ENCIMA DE ESTA ENERGÍA, LAS MOLÉCULAS A Y B FORMAN ENLACES Y A

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