Informe de Velocidad de Reacción

República Bolivariana de Venezuela.

Ministerio del Poder Popular para la Educación.

Colegio San Agustín, El Marqués.

4to “B”.

Profesor: Wilmer Camacho.

Informe de Velocidad de Reacción

Integrantes

Samuel Rodríguez #27

Alejandro Scherer #30

Andrés Vidal #35

22 de marzo de 2020

Objetivos

Objetivo General:

        Estudiar cómo influyen las características ambientales o del compuesto en la velocidad de reacción del mismo, como sería el caso de la concentración del compuesto, la temperatura o el estado físico del compuesto.

Objetivos Específicos:

• Observar si el aumento de temperatura en un compuesto ácido y básico influye en cómo reacciona con una sustancia.
• Estudiar si la cantidad de concentración de un hidróxido influye en la velocidad de reacción del mismo.
• Medir diferentes temperaturas de una combinación de hierro con un ácido y ver como reaccionan dependiendo de la temperatura
• Realizar una disolución de zinc en polvo con  y otra con la misma cantidad de zinc pero en pastilla y ver si el estado físico del zinc influye en cómo reacciona el compuesto.[pic 1]

Fundamentación teórica

             En la práctica realizamos una serie de experimentos para poder determinar los factores que influyen en la velocidad de reacción, pero primero debemos saber que la velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tardar muchos años, pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundos. La cinética química es la parte de la fisicoquímica que estudia las velocidades de reacción, la dinámica química estudia los orígenes de las diferentes velocidades de las reacciones de cinética química se aplica en muchas disciplinas, tales como la ingeniería química.

             En la velocidad de reacción influyen algunos factores tales como la naturaleza de la reacción, como lo dice su nombre, algunas reacciones por su naturaleza reaccionan más rápido que otras; la velocidad de reacción también aumenta con la concentración, como está descrito por la ley de velocidad y explicada por la teoría de colisiones. Al incrementarse la concentración de los reactantes, la frecuencia de colisión también se incrementa. Otro factor es la presión y si en una reacción existe una mayor presión en el sistema, ésta va a variar la energía cinética de las moléculas. Entonces, si existe una mayor presión, la energía cinética de las partículas va a aumentar y la reacción se va a volver más rápida; al igual que en los gases, que al aumentar su presión aumenta también el movimiento de sus partículas y, por tanto, la rapidez de reacción es mayor. Esto es válido solamente en aquellas reacciones químicas cuyos reactantes sean afectados de manera importante por la presión, como los gases. En reacciones cuyos reactantes sean sólidos o líquidos, los efectos de la presión son ínfimos. (S/A 19 de diciembre de 2019)

               Uno de los factores más importantes es la presencia de catalizadores conjunto con la concentración de reactivos. Los catalizadores aumentan o disminuyen la rapidez de una reacción sin transformarse. Suelen empeorar la selectividad del proceso, aumentando la obtención de productos no deseados. La forma de acción de los mismos es modificando el mecanismo de reacción, usando pasos elementales con mayor o menor energía de activación.

Existen catalizadores homogéneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos (por ejemplo, el hierro III en la descomposición del peróxido de hidrógeno) y catalizadores heterogéneos, que se encuentran en distinta fase (por ejemplo, la malla de platino en las reacciones de hidrogenación).

Los catalizadores también pueden retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen conocer como retardantes o inhibidores, los cuales impiden la producción.

Los catalizadores no modifican la entalpía, la entropía o la energía libre de Gibbs de los reactivos. Ya que esto únicamente depende de los reactivos. Positivo: acelera la velocidad Negativo: disminuye la velocidad.

               La mayoría de las reacciones son más rápidas en presencia de un catalizador y cuanto más concentrados se encuentren los reactivos, habrá mayor frecuencia de colisión.

Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones.

El ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más violento cuanto mayor es la concentración del ácido.

La obtención de una ecuación que pueda emplearse para predecir la dependencia de la rapidez de reacción con las concentraciones de reactivos es uno de los objetivos básicos de la cinética química. Esa ecuación, que es determinada de forma empírica, recibe el nombre de ecuación de velocidad.

De este modo, si consideramos de nuevo la reacción hipotética, la rapidez de reacción "v" puede expresarse como [pic 2]

Los términos entre corchetes son las molaridades de los reactivos y los exponentes m y n son coeficientes que, salvo en el caso de una etapa elemental no tienen por qué estar relacionados con el coeficiente estequiométrico de cada uno de los reactivos. Los valores de estos exponentes se conocen como orden de reacción.

Hay casos en que la velocidad de reacción no es función de la concentración, en estos casos la cinética de la reacción está condicionada por otros factores del sistema como por ejemplo la radiación solar, o la superficie específica disponible en una reacción gas-sólido catalítica, donde el exceso de reactivo gas hace que siempre estén ocupados todos los centros activos del catalizador.

                 Por norma general, la velocidad de reacción aumenta con la temperatura porque al aumentarla incrementa la energía cinética de las moléculas. Con mayor energía cinética, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia y con más energía. El comportamiento de la constante de velocidad o coeficiente cinético frente a la temperatura =  esta ecuación linealizada es muy útil y puede ser descrito a través de la ecuación de Arrhenius: [pic 3][pic 4]

Donde:

• es la constante de la rapidez[pic 5]
•  es el factor de frecuencia[pic 6]
• es la energía de activación necesaria[pic 7]
• es la temperatura[pic 8]

Al linealizarla se obtiene que el logaritmo neperiano de la constante de rapidez es inversamente proporcional a la temperatura, como sigue:  la hora de calcular la energía de activación experimentalmente, ya que la pendiente de la recta obtenida al graficar la mencionada ley es:, haciendo un simple despeje se obtiene fácilmente esta energía de activación, tomando en cuenta que el valor de la constante universal de los gases es 1.987cal/K mol. Para un buen número de reacciones químicas la rapidez se duplica aproximadamente cada diez grados centígrados.[pic 9][pic 10]

                  Por ultimo si en una reacción interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es mayor, la rapidez es mayor.

Al encontrarse los reactivos en distintas fases aparecen nuevos factores cinéticos a analizar. La parte de la reacción química, es decir, hay que estudiar la rapidez de transporte, pues en la mayoría de los casos estas son mucho más lentas que la rapidez intrínseca de la reacción y son las etapas de transporte las que determinan la cinética del proceso.

No cabe duda de que una mayor área de contacto reduce la resistencia al transporte, pero también son muy importantes la difusividad del reactivo en el medio, y su solubilidad, dado que este es el límite de la concentración del reactivo, y viene determinada por el equilibrio entre las fases.

              Para poder medir la velocidad de reacción debemos tomar en cuenta la cinética química la cual tiene como objetivo medir la rapidez de las reacciones químicas y encontrar ecuaciones que relacionen la celeridad de una reacción.

Experimentalmente la velocidad de una reacción puede ser descrita a partir de la(s) concentración(es), las especies involucradas en la reacción y una constante, sin embargo, esta puede depender de numerosos factores (el solvente utilizado, el uso de catalizadores, fenómenos de transporte, material del reactor, etc.), haciendo muy complejo el proceso de determinación de velocidades de reacción.

Se puede clasificar a las reacciones en simples o complejas dependiendo del número de pasos o de estados de transición que deben producirse para describir la reacción química: si solo un paso es necesario (un estado de transición) se dice que la velocidad de reacción es simple y el orden de la reacción corresponde a la suma de coeficientes estequiométricos de la ecuación, de lo contrario se debe proponer una serie de pasos (cada uno con un estado de transición) denominado mecanismo de la reacción que corresponda a la velocidad de reacción encontrada.

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