CINÉTICA DE LAS REACCIONES

Guayaquil, 31 de abril del 2016.

Definición formal de velocidad de reacción

Si se considera una reacción química típica:

aA + bB → pP + qQ

Las letras minúsculas (a, b, p, y q) representan los coeficientes estequiométricos, mientras que las letras mayúsculas representan a los reactivos (A y B) y los productos (P y Q).La velocidad instantánea de reacción v (también r o R) de una reacción química que se da en un sistema cerrado bajo condiciones de volumen constante, sin que haya acumulación de intermediarios de reacción, está definida por:

Para cualquier sistema en general, debe tomarse en cuenta el balance de masas completo: ENTRANTE - SALIENTE + GENERACIÓN = ACUMULACIÓN.

Cuando se aplica al caso más simple señalado previamente, esta ecuación se reduce a:

Cuando se forman productos laterales o intermediarios de reacción se recomienda el uso de los términos velocidad de aparición y velocidad de desaparición para los productos y reactantes, respectivamente.

Ecuación de velocidad

Para una reacción química n A + m B → C + D, la ecuación de velocidad o ley de reacción es una expresión matemática usada en cinética química que relaciona la velocidad de una reacción con la concentración de cada reactante. Es del tipo:

Ejemplos

Para la reacción

La ecuación de velocidad es:

La ecuación de velocidad no refiere simplemente los coeficientes estequiométricos de los reactantes en la reacción global: es de primer orden en H₂, aunque el coeficiente estequiométrico es 2, y es de segundo orden en NO.

No todos los pasos afectan la velocidad de reacción; normalmente sólo el paso elemental más lento es el que afecta la velocidad de reacción. Por ejemplo, en:

Las reacciones 1 y 3 son muy rápidas comparadas con la segunda, por lo que es la reacción más lenta la que es reflejada en la ecuación de velocidad. El paso lento es considerado la etapa limitante de la velocidad. Los órdenes de la ecuación de velocidad son aquellos de la etapa limitante.

Eduportfolio.org | Ing de las Reacciones Qcas

Eduportfolio.org | Ing de las Reacciones Qcas

CINÉTICA DE LAS REACCIONES

Guayaquil, 30 de abril del 2016.

En este apartado empezaré definiendo conceptos claves para comprender la materia de ingeniería de las reacciones químicas y su importancia dentro del mundo profesional. 

En cuanto a que la cinética química comprende una área de la fisicoquímica que se encarga de la rapidez de la reacción, como cambia la rapidez de la reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se van a ir efectuando mediante una reacción general.

Reacción química: definida como una operación unitaria la cual su objetivo a seguir es distribuir de forma distinta los átomos de unas moléculas, es decir, compuestos reaccionantes o reactantes para la formación de productos.

El lugar donde se realizan las reacciones químicas es denominado REACTORES QUÍMICOS, los cuales los hay de diferentes tipos en la industria.

Las reacciones químicas pueden distinguirse en dos grupos:

HOMOGÉNEAS: Son aquellas que tienen una sola fase, en las cuales, se dan las condiciones de presión, temperatura y concentración constantes.

HETEROGÉNEAS: Son las que tienen más de una fase.

Por lo general en cada reacción química se obtiene el producto deseado y una impureza, definiéndolo así:

A à B + C

En donde, B es el producto deseado (producto que se vende) y C es una impureza resultante de la reacción, de lo cual se debe proceder a separar y purificar; con esto se producen costos de separación y purificación. Por lo tanto, los ingenieros deben ver la manera de maximizar el producto deseado optimizando recursos y cumpliendo así con los estimado de la producción.

Si hablamos de cinética de las reacciones, implica hablar sobre qué es la velocidad de la reacción, propiedad intrínseca, de la cual se puede definir de dos maneras:

·         Velocidad a la cual se logra un producto

·         Velocidad a las que se transforma un reactivo

ESPECIE QUÍMICA: Se refiere a cualquier elemento o compuesto químico con una identidad dada, en la cual se va a conocer la identidad por su composición, número de átomos, etc. Sabiendo que si cambian la configuración geométrica cambiarán las propiedades del elemento.

VARIABLES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

REACCIONES HOMOGÉNEAS:

·         Presión

·         Temperatura

·         Concentración

REACCIONES HETEROGÉNEAS:

·         Transferencia de masa y calor

DEFINICIÓN DE VELOCIDAD DE REACCIÓN

Aà B

r _{A =  dCA/dt}

r _{B = k[A]}

r _{A = -K [A]}

De lo cual, para el caso de los reactivos tendrán el símbolo negativo debido a que se van consumiendo, mientras que será positivo para los productos, ya que estos se están produciendo.

Y el orden de la reacción es considerado experimentalmente mas no con los coeficientes estequiométricos, y éstos mismos pueden ser tanto número entero como fracción.

Hay 4 tipos de definiciones de velocidad de reacción:

TIPOS DE REACCIONES (EJEMPLOS)

REACCIONES SIMPLES

Cuando el transcurso de la misma se puede representar por una sola ecuación estequiométrica y una sola ecuación cinética.

REACCIONES MÚLTIPLES

Reacciones con más de una ecuación cinética que describe su comportamiento. Combinación de dos tipos fundamentales, piezas básicas de esquemas más complicados:

*Reacciones en paralelo (competitivas):

Se las denomina reacciones competitivas, en la cual el reactivo se consume  en dos reacciones diferentes para formar productos diferentes.

A à R

A àS

*Reacciones en serie (consecutivas):
Son también denominadas reacciones consecutivas, el reactivo forma un producto intermedio, que posteriormente reacciona para producir un nuevo producto.

A à R à S

*Reacciones Químicas en simultáneo:
Muchas veces las reacciones múltiplen suelen implicar la combinación de reacciones (serie y paralelo).

EJEMPLOS DE REACCIONES QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS DE REACCIONES MÚLTIPLES Y SUS DERIVADAS.