LICEO NACIONAL BICENTENARIO DE EXCELENCIA San Bernardo
(Departamento) Ciencias (Iniciales Responsabilidad) LLA
Fecha:
Guía de apoyo Tercero Tercero Medio
1. !unta"e Total
%. &i'el de loro
#. !unta"e $btenido
-
Objetivos de aprendizaje: 1.- Identificar mecanismo y orden de diversas reacciones. 2.- Reconocer orden de reacciones de mas de una etapa. 3.- Obtener la Ley de velocidad y epresi!n de velocidad de reacci!n
Medición de la velocidad reacción "urante una reacci!n #u$mica la concentraci!n de reactantes disminuye mientras #ue la concentraci!n de productos aumenta% esta conversi!n se desarrolla a una cierta velocidad #ue es diferente en cada proceso y durante las etapas del mismo. La velocidad con #ue ocurre una reacci!n% se conoce como velocidad de reacci rea cci!n% !n% y cor corres respon ponde de a la con concen centra traci! ci!n n de rea reacta ctante nte con consum sumido ido%% o de pro produc ducto to for formad mado% o% en un determinado tiempo. &ara una reacci reacci!n !n cual#ui cual#uiera era del del tipo tipo ' (% la velocid velocidad ad de reacci reacci!n !n )v* )v* se deter determina mina en relaci relaci!n !n a la variaci!n )disminuci!n* de la concentraci!n de l reactante ' )+'* )+'* o la variaci!n )aumento* de la concentraci!n del producto ( )"(*% en un intervalo de tiempo determinado )+t*% se,n las si,uientes epresiones:
v=
- [A]/ t
v=
[B]/ t
perimentalmente se /a comprobado #ue la velocidad de una reacci!n es directamente proporcional a la concentraci!n de los reactantes. &ara la reacci!n ' (% la velocidad se epresa como v 0 '. La proporcionalidad se representa como una i,ualdad% incorporando una constante% llamada constante de velocidad )*% as$ la epresi!n de velocidad #ueda: v 4 ' &ara reacciones m5s complejas 2' (% donde dos moles de ' desaparecen por cada mol de ( #ue se forma% la velocidad de desaparici!n de ' es dos veces mayor #ue la velocidad de formaci!n de (% DESARROLLO DE CONTENIDOS
v=
- 1/2 [A]/ t
v=
[B]/ t
El signo negativo ini!a "#e la s#stan!ia esa$a%e!e esa$a%e!e o se !ons#&e en el tie&$o' El n(&e%o 2 %e$%esenta el n(&e%o e &ol e A seg(n la e!#a!i)n "#*&i!a +alan!eaa'
Ejemplos:
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'naliza los si,uientes ejemplos y realiza la actividad planteada
Le, e velo!ia La velocidad de reacci!n depender5 de la concentraci!n% el ,rado de divisi!n de los reactantes% la temperatura y de la presencia de catalizadores. &ara una reacci!n /ipot6tica: a' 7 b(
c8 7 d"
La velocidad disminuye a medida #ue avanza el tiempo% ya #ue la concentraci!n de reactantes va desapareciendo. &or lo tanto% la velocidad de reacci!n es proporcional a las concentraciones de los reactantes ' y (:
v= k [A]α [B]β “La velocidad de una reacción es directamente proporcional al producto de las concentraciones molares de los reactantes elevadas a potencias !ue son i"uales a los respectivos coe#icientes de la ecuación !u$mica%& ste enunciado es v5lido en reacciones elementales% es decir% a#uellas #ue se realizan en una sola etapa. 9i la reacci!n se realiza en varias etapas% la semireacción m's lenta es la !ue limita la velocidad de reacción& n este caso% las potencias no son i,uales a los coeficientes de la ecuaci!n% por lo tanto deben determinarse eperimentalmente.
Para una reacción general: a' 7 b(
c8 7 d"
enemos v 4 ' 0; ( < jemplos: 1* 2 =2 7 O2 2* >2 7 3 =2 3* =2 7 I2
2 =2O v 4 ; =22 ; O2 2 >=3 v 4 ; > 2 ; =23 2 =I v 4 ; = 2; I2
EL ()*E+ *E ,+A )EA--./+ 0,1M.-A
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&ara entender y controlar la velocidad de una determinada reacci!n #u$mica es importante conocer el camino o mecanismo de dic/a reacci!n% recordando #ue 6ste s!lo se puede determinar eperimentalmente. l ?ecanismo de una reacci!n es una secuencia de reacciones elementales o parciales )etapas* #ue se llevan a cabo en una reacci!n. La velocidad de una reacción m2ltiple 3muc4os intermediarios5 siempre
estar' determinada por a!uella “semietapa% m's lenta& .n cin6tica #u$mica se utiliza el t6rmino @orden de reacci!nA para indicar los eponentes en la ley de velocidad. .s de orden cero en relaci!n a un reactante% si la velocidad es independiente a la concentraci!n de dic/o reactante )eponente cero*. . s de primer orden en relaci!n a un reactante% si al duplicar la concentraci!n del reactante% tambi6n se duplica la velocidad% es decir% la alteraci!n #ue eperimenta el reactante es de la misma ma,nitud #ue eperimenta la velocidad )eponente 1*. . s de se,undo orden en relaci!n a un reactante% si la modificaci!n #ue eperimenta la velocidad de reacci!n es el cuadrado de la modificaci!n #ue eperimenta la concentraci!n del reactante )eponente 2*. .9e suele decir #ue el orden de la reacci!n% en ,eneral% es la suma de los eponentes de sus reactantes.
E+ )E6,ME+: •
•
•
Las leyes de la velocidad siempre se d eterminan en forma eperimental. 8on las concentraciones de reactivo y la velocidad inicial es posible determinar el orden de una reacci!n y consecuentemente la constante de velocidad para 6sta. l orden para una reacci!n se define en todos los casos respecto a las concentraciones de los reactivos% no de los productos. l orden de un reactivo no se relaciona con el coeficiente este#uiom6trico de 6ste en la reacci!n ,lobal )salvo #ue sea una reacci!n elemental*.
ME-A+.6M(6 *E )EA--./+ 8uando observamos una reacci!n #u$mica% solo p ercibimos el cambio #u$mico neto #ue tiene lu,ar% es decir% los reactantes #ue desaparecen y los productos #ue se forman% pero no reconocemos las etapas intermedias #ue permiten esta transformaci!n. sta secuencia de etapas elementales #ue permiten la formaci!n de los productos es lo #ue se denomina mecanismo de reacci!n. l mecanismo de reacci!n es comparable a la ruta o el camino se,uido durante un viaje% la ecuaci!n ,lobal )#ue es la #ue frecuentemente se presenta* ser$a la indicaci!n del ori,en y el destino. &ara describir el nmero de mol6culas #ue reaccionan en una etapa determinada% se utiliza el t6rmino molecularidad. 's$% dependiendo del nmero de mol6culas involucradas podemos encontrar reacciones elementales de tipo:
7 ,nimoleculares: implican la descomposici!n de una sola mol6cula para la ,eneraci!n de los productos. 7 Bimoleculares: antes de reaccionar eiste un c/o#ue efectivo entre dos mol6culas y posteriormente aparecen los productos.
7 8rimoleculares: este tipo de mecanismo es poco probable ya #ue se re#uiere el c/o#ue simult5neo y efectivo de tres part$culas% previamente a la formaci!n de los productos. 8uando un mecanismo implica m5s de una etapa% el producto de la primera etapa% corresponde al reactivo de la se,unda etapa. ste tipo de sustancia se denomina intermediario.
Molecularidad Unimolecular Bimolecular Bimolecular
9aso elemental A A+A A+ B
Epresión productos Velocidad k [A] productos Velocidad k [A]2 productos Velocidad k [A] [B]
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A$li!a!iones e los &e!anis&os e %ea!!i)n isten dos tipos de mecanismo de reacci!n% dependiendo del nmero de etapas #ue posea el proceso en estudio.
7 Mecanismos elementales: son a#uellos #ue tienen solo una etapa. B Mecanismos complejos: son a#uellos #ue tienen m5s de una etapa y se caracterizan por la formaci!n de intermediarios. La velocidad de una reacci!n #ue presenta un mecanismo de al menos dos etapas elementales% va a depender de la etapa m5s lenta entre ellas% #ue suele ser la primera% la cual se conoce como etapa determinante de la velocidad. &ara poder comprender este proceso analizaremos la formaci!n de 5cido yod/$drico a partir de /idr!,eno y yodo molecular : =2),* 7 I2),* 2=I),* 9e sabe eperimentalmente #ue la ecuaci!n de velocidad para esta reacci!n #ue se desarrolla en dos etapas es: v 4 = 2 I2 I2 2I- primera etapa )lenta* 2=I se,unda etapa )r5pida* =2 7 2I- 2=I ecuaci!n ,lobal =2 7 I2 La primera etapa re#uiere #ue se rompan los enlaces entre los dos 5tomos de yodo #ue conforman al yodo molecular% y en la se,unda etapa se debe producir el c/o#ue de tres mol6culas una de /idr!,eno molecular y dos de yodo at!mico. La suma de las dos etapas resulta en la ecuaci!n ,lobal en la cual no aparece la sustancia intermediaria% #ue en este caso corresponde al 5 tomo de yodo. 8ada una de las etapas ocurre a una determinada velocidad% tiene su propio complejo activado y su correspondiente ener,$a de activaci!n. La primera etapa )la r5pida* ocurre a tal velocidad #ue no afecta la cin6tica de la reacci!n% #uedando 6sta determinada por la se,unda etapa )lenta*.
Ejercicios: ;&< scribe las epresiones de la velocidad para las si,uientes reacciones% en funci!n de la transformaci!n de reactantes y en productos.
2C3),* a& 3C2),* & D>=3),* 7 EO2),* c& 8=D),* 7 2O2),*
D>O),* 7 F=2O),* 8O2),* 7 2=2O),*
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>&< ' una temperatura de 3C G8 la constante de velocidad de la reacci!n #u$mica '
( es i,ual E s-1. sta reacci!n es de se,undo orden respecto de ' y de primer orden respecto de (. 9i la concentraci!n de ' es C%1 ? y la de ( C%3 ?.
a.H8u5l es la velocidad y el orden total de la reacci!n ?&< Jna reacci!n de un reactivo ' con un reactivo ( muestra los si,uientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de ' y de (: ' )?* C%1 C%2 C%E C%E
( )?* C%1 C%1 C%1 C%E
Kelocidad inicial )moll.s* D 1C-D 1%F1C-3 11C-2 11C-2
=allar .Orden de reacci!n .9u ecuaci!n de velocidad .La velocidad cuando '4 (4C%3
@&< Jna reacci!n de un reactivo ' con un reactivo ( muestra los si,uientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de ' y de (: ' )?* C%2 C%D 1 1
( )?* C%2 C%2 C%2 1
Kelocidad inicial )moll.s* M 1C-D 3%21C-3 21C2 21C2
=allar a* Orden de reacci!n b* 9u ecuaci!n de velocidad c* La velocidad cuando '4 (4C%E
5 Jna reacci!n de un reactivo ' con un reactivo ( muestra los si,uientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de ' y de (: ' )?* C%C2 C%C2 C%CD C%CD
( )?* C%C1 C%C2 C%C2 C%CD
Kelocidad inicial )moll.s* D%D1C-D 1N%F1C-D 3E%21C-D 1DC%M1C-D
=allar su ecuaci!n velocidad si su '4 C%C2 ( 4 C%CCF
5 Jna reacci!n de un reactivo ' con un reactivo ( muestra los si,uientes datos de velocidad cuando se estudia a diferentes concentraciones de ' y de (: ' )?* C%2E C%EC C%2E C%EC
( )?* C%2E C%2E C%EC C%EC
Indica cu5les de las si,uientes afirmaciones son correctas: a* La reacci!n es de primer orden respecto a ' b* La reacci!n es de primer orden respecto a ( c* l orden total de la reacci!n es 3 d* l valor de la constante de velocidad es C%F.
Kelocidad inicial )moll.s* C%C1E C%C3C C%CFC C%12C
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