La cinética química es la rama de la química que se dedica al análisis de las velocidades o las tasas de las reacciones químicas. Hay muchos factores que afectan las velocidades de las reacciones y el mecanismo por el cual comienzan las reacciones se conoce como cinética química. La información sobre la velocidad de la reacción también es útil para explicar el mecanismo de la reacción a nivel molecular en el paso de reactivo a producto.
Por ejemplo, si tomamos dos o más sustancias y les permitimos reaccionar, obviamente reaccionarán y formarán una nueva sustancia ahora para obtener información sobre qué tan rápido o lento se lleva a cabo la reacción, cuánto tiempo se requiere para formar y cuáles son los factores que afectan o juegan un papel vital en el cambio de su formación.
¿Qué es una reacción química?
Para que la reacción proceda, debe haber una cantidad suficiente de energías para que las moléculas choquen. Si la velocidad de colisión es alta, significa que mayor será la velocidad de reacción. En una reacción, el número de colisiones que tienen lugar por segundo por unidad de volumen se define como «Frecuencia de colisión» . Entonces podemos concluir que si ocurre una reacción, debe haber una colisión para que ocurra entre los iones, átomos o moléculas.
La reacción química (ruptura y formación de enlaces) puede proceder a diferentes velocidades, depende del tipo o podemos decir la naturaleza de las especies que reaccionan. Como la velocidad de las diferentes reacciones es diferente, la velocidad de cualquier reacción también difiere de la temperatura. La reacción iónica tiene lugar muy rápido ya que los iones ya están presentes, lo que no requiere la ruptura de enlaces.
Velocidad de una reacción química
La velocidad de reacción se define como el cambio en la concentración de cualquiera de los reactivos o productos por unidad de tiempo.
En general, se escribe en la forma-
Velocidad de reacción = Disminución en la concentración de un reactivo R / Intervalo de tiempo
o
Velocidad de reacción = Aumento de la concentración de un producto P / Intervalo de tiempo
Si consideramos, [R 1 ] y [P 1 ] son las concentraciones molares del reactivo y el producto respectivamente en cualquier tiempo t 1 y [R 2 ] y [P 2 ] son las concentraciones de reactivo y producto en el tiempo t 2 , entonces los cambios en las concentraciones del reactivo y el producto serán d [R] = R 2 – R 1 y d [P] = P 2 – P 1 y el intervalo de tiempo es dt = t 2 – t 1 y la velocidad de reacción en términos de reactivo o producto está dada por
Velocidad de reacción = -(R 2 – R 2 )/ (t 2 – t 1 ) = + (P 1 – P 2 )/(t 2 – t 1 )
o
Velocidad de reacción = – d[R]/dt =+ d[P]/dt.
Importancia de los signos negativos y positivos
El signo de la velocidad de reacción indica el aumento y la disminución de la concentración.
- El signo negativo indica que la concentración del reactivo está disminuyendo.
- El signo positivo indica que la concentración del producto está aumentando.
Unidades de velocidad de reacción: la concentración se indica en moles/litro y el tiempo en segundos o minutos. Entonces, la unidad de velocidad de reacción = mol L -1 s -1 o mol L -1 min -1 .
Velocidad promedio de reacción
De principio a fin, la velocidad de reacción no es la misma, puede variar de vez en cuando. Por lo tanto, la velocidad de reacción se define como la ‘velocidad de reacción promedio’ .
Velocidad media de reacción: (r av ) = – d[R]/dt =+ d[R]/dt
En general,
r av = dx/dt
Tasa de reacción instantánea : la tasa de reacción en cualquier instante de tiempo es la tasa de cambio de concentración de cualquiera de los reactivos o productos en ese instante de tiempo particular. Supongamos que el pequeño cambio de concentración se da dx en el pequeño intervalo de tiempo dt. Entonces la velocidad de reacción en ese instante está dada por dx/dt.
Así, Tasa instantánea: (r inst ) = dx/dt
r instante = – d[R]/dt
= d[R]/dt como dt ⇢ 0
Expresar la velocidad de reacción en términos de diferentes reactivos y productos.
Para entender esto, consideremos una reacción: a A + b B ⇢ x X + y Y
Entonces la velocidad de reacción viene dada por:
Velocidad = – 1/ad[A]/dt = – 1/bd[B]/dt = + 1/xd[X]/dt = + 1/yd[Y]/dt
donde d[A], d[B] representan una pequeña disminución en las concentraciones de A y B respectivamente y d[X] y d[Y] representan un pequeño aumento en las concentraciones de X e Y respectivamente en el pequeño intervalo de tiempo dt.
Factores que afectan la velocidad de reacción química
Hay varios factores que afectan la velocidad de reacción que son-
- Concentración de reactivos: cuanto más rápida sea la concentración de la reacción, más rápidamente ocurrirá la reacción. Además, a medida que disminuyen las concentraciones de los reactivos, disminuye la velocidad de reacción.
- Temperatura: la velocidad de reacción aumenta con el aumento de la temperatura. En muchos casos, la velocidad de reacción se vuelve casi el doble para un aumento de temperatura de 10°. Hay algunas reacciones que no tienen lugar a temperatura ambiente sino a altas temperaturas.
- Presencia de luz: algunas reacciones no tienen lugar en la oscuridad, pero pueden proceder en presencia de luz. Por ejemplo, H 2 + Cl 2 ⇢ 2 HCl. Esta reacción se conoce como “reacción fotoquímica”.
- Presencia de catalizador: el objetivo principal del catalizador es aumentar la velocidad de reacción sin involucrarse en las reacciones. Entonces el catalizador aumenta la velocidad de reacción.
- Área de superficie: una mayor área de superficie significa que se producirán más colisiones y, por lo tanto, mayor es la velocidad de reacción.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Por qué siempre preferimos la tarifa instantánea en lugar de la tarifa promedio?
Responder:
La velocidad promedio de reacción depende de la concentración del reactivo y su velocidad cambia (disminuye) constantemente. Por lo tanto, la tasa instantánea proporciona resultados precisos en comparación con la tasa promedio.
Pregunta 2: ¿Por qué hervir un huevo o cocinar arroz en un recipiente abierto toma más tiempo en una estación de montaña?
Responder:
En altitudes elevadas o en estaciones de montaña la presión atmosférica es muy baja y el agua hierve a bajas temperaturas. Por lo tanto, la velocidad de reacción continúa disminuyendo y, por lo tanto, lleva más tiempo cocinar.
Pregunta 3: ¿Es posible que la velocidad de reacción sea igual a la velocidad instantánea?
Responder:
Sí, es posible cuando el intervalo ‘dt’ se aproxima a cero, es decir, se vuelve muy pequeño en ese caso, la tasa promedio se vuelve igual a la tasa instantánea.
Pregunta 4: El dirust de nitrógeno (NO 2 ) reacciona con el flúor (F 2 ) para formar fluoruro de nitrilo (NO 2 F) como,
2NO 2 (g) + F 2 (g) ⇢ 2NO 2 F (g)
Escriba la velocidad de reacción en términos de:
- Tasa de formación de NO 2 F
- Tasa de desaparición de NO 2 y
- Tasa de desaparición de F 2 .
Responder:
- Tasa de formación de NO 2 F = + 1/2 d[NO 2 F]/dt.
- Tasa de desaparición de NO 2 = – 1/2 d[NO 2 ]/dt.
- Tasa de desaparición de F 2 = + 1/6 d[H 2 O]/dt.
Pregunta 5: Exprese la velocidad de la siguiente reacción en términos de diferentes reactivos y productos: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) ⇢ 4 NO(g) + 6 H 2 O (g). Si la tasa de formación de NO es 2.4 ×10 -3 mol L -1 s -1 , calcule:
- La tasa de desaparición de NH 3 y
- La velocidad de formación de H 2 O.
Responder:
Velocidad de reacción = -1/4 d[NH 3 ]/dt = -1/5 d[NO 2 ]/dt = +1/4 d[NO]/dt = +1/6 d[H 2 O]/ dt
- Tasa de desaparición de NH 3 = Tasa de formación de NO = 2,4 × 10 -3 mol L -1 s -1 .
- Tasa de formación de HO = 6/4 tasa de formación de NO.
d[H2O ] /dt = 3/2 ×(2,4×10 -3 mol L -1 s -1 ) = 3,6 × 10 -3 mol L -1 s -1 .
Pregunta 6: Para una reacción elemental, 2 A+ 2B ⇢ 4C, la velocidad de aparición de C en un tiempo ‘t’ es 1.3 10 -4 mol L -1 s -1 . Calcular en este momento, la velocidad de reacción y la velocidad de desaparición de A.
Responder:
Velocidad de reacción = -1/2 d[A]/dt = – 1/2d[B]/dt = +1/4 d[C]/dt .
Dado: d[C]/dt = 2,3 × 10 -4 mol L -1 s -1 .
Velocidad de reacción = 1/4 d[C]/dt
= 1/4×2.3 ×10 -4 mol L -1 s -1
= 5.75 × 10 -5 mol L -1 s -1
Tasa de desaparición de A = – d[A]/dt
= 2/3 d[C]/dt
= 2/4 × 2,3 10 -4 mol L-1 s -1
= 1,15 × 10 -4 mol L -1 s -1 .
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por divyanshirawat366 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA