Concentracion de Los Reactantes y La Velocidad

 

CONCENTRACION CONCENTRACIO N DE LOS REACTANTES Y LA VELOCIDAD

Experimentalmente podemos comprobar que una vela arde lentamente en presencia del aire atmosférico (contiene 21% en volumen de oxigeno) y la misma vela se consume con mayor rapidez en presencia de aire enriquecido (contiene 90% de 0 2) tal como se muestra en la siguiente figura. figura 3.7 combustión de una vela con diferentes velocidades a)combustión lenta b) combustión rápida, la energía luminosa es más notoria.

¿ A qué se debe la diferencia de velocidades en la combustión de una vela tal como se mostró en la figura anterior? En la figura anterior de velocidades se debe a la diferencia de la concentración de uno de los reactivos: el oxígeno. A mayor concentración de oxígeno, mayor velocidad de reacción. La explicación teórica seria en base a la teoría de coaliciones: al aumentar la concentración de oxigeno de incrementa en número de moléculas O2 que interactúan con las moléculas de la cera(vela) por lo que la velocidad velocidad se incrementa. Otro ejemplo práctico es la reacción entre una tira de cinc metálico con ácido

clorhídrico con diferente concentración .

En los experimentos anteriores, la rapidez con la que transcurre la reacción la

 

deducimos al observar observar la cantidad cantidad de H2(g) que se libera en forma de burbujas. En el experimento A, la cantidad de burbujas que sale de la solución es pequeña y en el experimento B es mucho mayor. Muchos experimentos similares son los citados anteriorme anteriormente nte permitieron a los químicos noruegos Guldberg y Waage, formalizar mediante la influencia directa de la concentración de los reactivos en la velocidad velocidad de la reacción, reacción, Dicha ley es conocida como LEY DE ACCION DE MASAS (LAM) que establece lo siguiente: La velocidad de una reacción química es proporcional a las masas activas de las sustancias reaccionantes.

Dentro del marco de la cinética química, las masas activas son las concentraciones molares y dentro del marco de la termodinámica química son las actividades de los reactantes. Sea la siguiente reacción general

La velocidad de la reacción según la ley de Acción de Masas será

Donde: K

: constante de velocidad específica a determinada temperatura

x,y :números enteros o fraccionarios, positivos o negativos que se determinan experimentalmente x: y

: Orden de la reacción respecto al reactante A : Orden de la reacción respecto al reactante B

x+y : Orden global de la reacción o simplemente orden de la reacción reacción asi tenemos: x+y=0 : reacción de orden 0 x+y=1 : reacción de primero orden x+y=2 : reacción de segundo orden x+y=3 :reacción de tercer orden orden En algunas reacciones complejas el orden puede ser un numero fraccionario.

¡IMPORTANTE! Los valores de y, x y K solo pueden determinarse det erminarse experimentalmente, Los valores x e y por lo general no son iguales a los coeficientes de la ecuación química balanceada de la reacción, ya que la mayoría de las reacciones químicas son complejas.

 

 

En 1889, el químico sueco, Svante Arrhenlus, al partir de observaciones experimentales demostró que para la gran mayoría de las reacciones químicas existe una relación re lación de la constante de velocidad (X) con la temperatura absoluta (7) y la energía de activación (£,)

Donde A : el factor de frecuencia frecuencia está relacionado con con la frecuencia de las las colisiones de las moléculas y la probabilidad de que las mismas tengan una orientación favorable para la reacción. R : Constante universal de gases (8.314J x mol -1 x K-1  e : base de los logaritmos naturales naturales o neperianos. neperianos. Por otro lado, analizando los cambios de temperatura tenemos:

Estas conclusiones están en concordancia con el efecto de la temperatura en forma directa sobre la velocidad de la reacción, que ya se trató an anteriormente teriormente según la teoría de colisiones. Si tomamos el logaritmo natural en ambos lados de la ecuación de arnehtius.

Tenemos

Gráfica 3.6 Determinación gráfica de la energía de activación (E0) a partir de la pendiente de la recta.

Esta última relación relación es la ecuación de una reacta con var variables: iables: y= LnK ; X=1/T La pendiente es –Ea/R e intersecta al eje y cuando Y=LnA.

 

Esto nos demuestra que en forma gráfica es posible determinar la pendiente de la recta y con ello la energía de activación (E0), tal como se indica en la gráfica 3.6. Para temperaturas diferentes T 1  y T2, con constantes de velocidad k1, y K2  respectivamente, la expresión anterior se transforma fácilmente para obtener la siguiente relación:

¿Cómo se determina la Ley de la velocidad? La expresión de velocidad se determina experimentalmente. El método más usual se llama método de las velocidades iniciales que consiste en trabajar con las velocidades iniciales de la reacción porque es más fácil medir las concentraciones iniciales de los reactantes. En los diversos experimentos se van alterando las concentraciones iniciales de uno de los reactivos en una cantidad que puede ser el doble, el triple, etc. manteniendo constante la concentración de los otros reactivos. Veamos un ejemplo específico. Para la siguiente reacción entre dicloruro de mercurio y el ion oxalato se midieron las velocidades iniciales en tres experimentos con diferentes concentraciones iniciales de HgCl, y C2O-24? a 25C tal como se indica en la siguiente tabla:

Tabla 3.2 En cada experimento

Experimento

Concentraciones iniciales (molxL1)

Velocidad inicial (molxL-1xmin-1)

1

0,105

0,15

1,8x10-5

2

0,105

0,30

7,2x10-5

3

0,052

0,30

3,6x10-5

Se pide determinar: I. 

Ley de la velocidad

II. 

Orden de la reacción

III. 

Constante de la velocidad especifica

 

Segun la accion de masas, la expression de la velocidad sera:

Experimento 1: Experimento 2: Experimento3: Dividiendo la expression (1) entre (2)

Y=2

Análogamente, calculamos “X”, dividamos la expresión (2) entre (3). 

X=1 I. 

La ley de la velocidad es

II. 

Orden de la reacción es

III. 

Para determinar el valor de la constante de velocidad podemos emplear cualquiera de las tres expresiones. Utilizando la expresión (1) tenemos

x+y=1+2=3 (tercer orden)

Como se ve en el ejemplo anterior, la ley de la velocidad y el orden de la reacción se determina a partir de datos experimentales y no a partir de la ecuación química balanceada.