Cinética Química: Mecanismos e Leis de Velocidade

Cinética Química

Mecanismos de Reacción

• Definición: Secuencia de pasos elementales que describen cómo se llevan a cabo las reacciones químicas.
• Pasos Elementales: Cada reacción tiene una serie de pasos que pueden ser:
  • Reacciones de un solo paso: Ocurren en una etapa.
  • Reacciones de múltiples pasos: Involucran intermediarios y una serie de etapas.
• Intermediarios: Especies formadas durante la reacción que no aparecen en la reacción global.
• Estadio Rate-Determining: Paso más lento que limita la velocidad global de la reacción.

Leyes de Velocidad

• Definición: Relación matemática que conecta la velocidad de reacción con las concentraciones de reactivos.
• Forma General: ( v = k[A]^m[B]^n )
  • ( v ): Velocidad de reacción.
  • ( k ): Constante de velocidad.
  • ( [A], [B] ): Concentraciones de reactivos.
  • ( m, n ): Orden de reacción respecto a cada reactivo.
• Tipos de Reacciones:
  • Reacciones de orden cero: Velocidad independiente de la concentración.
  • Reacciones de primer orden: Velocidad proporcional a la concentración de un reactivo.
  • Reacciones de segundo orden: Velocidad proporcional al cuadrado de la concentración de un reactivo o a la multiplicación de dos.

Factores que Afectan la Velocidad

• Concentración: A mayor concentración de reactivos, mayor velocidad de reacción.
• Temperatura: Incrementar la temperatura generalmente aumenta la velocidad de reacción.
• Presión: Afecta mayormente a reacciones gaseosas; mayor presión puede aumentar la velocidad.
• Catalizadores: Aceleran la reacción sin ser consumidos; disminuyen la energía de activación.

Teoría de Colisiones

• Principio Fundamental: Las reacciones químicas ocurren cuando las partículas colisionan.
• Factores que influyen en la colisión:
  • Frecuencia de colisiones: Cuanto más frecuentemente colisionen las partículas, mayor la velocidad de reacción.
  • Orientación: Las partículas deben colisionar de manera adecuada para reaccionar.
  • Energía de activación: Deben tener suficiente energía para superar la barrera de energía.

Energía de Activación

• Definición: Energía mínima necesaria para que ocurra una reacción química.
• Interpretación:
  • Un alto valor de energía de activación significa que la reacción es más lenta.
  • Un bajo valor de energía de activación sugiere una reacción más rápida.
• Relación con la temperatura: A temperaturas más altas, más partículas tendrán suficiente energía para superar la energía de activación.

Mecanismos de Reação

• A sequência de passos elementales que descreve como as reações químicas ocorrem.
• Os passos elementales podem ser reações de um só passo ou reações de múltiplos passos.
• As reações de um só passo ocorrem em uma única etapa.
• As reações de múltiplos passos envolvem intermediários e uma série de etapas.
• Os intermediários são espécies químicas formadas durante a reação que não aparecem na reação global.
• O passo determinante da velocidade é o passo mais lento que limita a velocidade global da reação.

Leis de Velocidade

• Uma relação matemática que conecta a velocidade de reação com as concentrações de reagentes.
• Sua forma geral é ( v = k[A]^m[B]^n )
  • ( v ): Velocidade de reação.
  • ( k ): Constante de velocidade.
  • ( [A], [B] ): Concentrações dos reagentes.
  • ( m, n ): Ordem da reação relativa a cada reagente.
• Tipos de reações:
  • Reações de ordem zero: A velocidade é independente da concentração.
  • Reações de primeira ordem: A velocidade é proporcional à concentração de um reagente.
  • Reações de segunda ordem: A velocidade é proporcional ao quadrado da concentração de um reagente ou à multiplicação de duas.

Fatores que Afetam a Velocidade

• Concentração: Uma maior concentração de reagentes gera uma maior velocidade de reação.
• Temperatura: O aumento da temperatura, geralmente, aumenta a velocidade da reação.
• Pressão: Afeta principalmente reações gasosas; uma maior pressão pode aumentar a velocidade.
• Catalisadores: Aceleram a reação sem serem consumidos; diminuem a energia de ativação.

Teoria das Colisões

• O princípio fundamental é que as reações químicas ocorrem quando as partículas colidem.
• Fatores que influenciam a colisão:
  • Frequência de colisões: Quanto mais frequentemente as partículas colidem, maior a velocidade da reação.
  • Orientação: As partículas devem colidir de forma adequada para reagir.
  • Energia de ativação: Devem ter energia suficiente para superar a barreira de energia (energia de transição).

Energia de Ativação

• É a energia mínima necessária para que uma reação química ocorra.
• Interpretações:
• Um alto valor de energia de ativação indica uma reação mais lenta.
• Um baixo valor de energia de ativação sugere uma reação mais rápida.
• Relação com a temperatura: Em temperaturas mais altas, mais partículas terão energia suficiente para superar a energia de ativação.