Guc3ada 7 Factores Que Afectan La Velocidad de Reaccic3b3n

7/26/2019 Guc3ada 7 Factores Que Afectan La Velocidad de Reaccic3b3n

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GUIA DE EJERCICIOS N° 7“FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN”

Sra. Alicia Lilian Lizama Cordero (Ing. Químico).Profesor: Héctor Adrin Soto !uiz.

I"ACAP #$$$.

Introduccin!

%sta guía de e&ercicios inclu'e: los factores ue afectan la elocidad dereacci*n+ las le'es ue lo rigen+ e&ercicios desarrollados de a,licaci*n a la le' deacci*n de las masas+ al ,rinci,io de Le C-atelier+ ' al conce,to de euilirio uímico.

Por ultimo se ,resenta un set de e&ercicios ,ara ue el alumno los desarrolle.

O"#$ti%o&!

• Identificar los factores ue afectan el euilirio uímico.

• /esarrollar e&ercicios de a,licaci*n al euilirio uímico.

La elocidad de una reacci*n uímica se e afectada ,or:

• L' conc$ntr'cin d$ (o& r$'cti%o&) al aumentar la concentraci*n aumenta

la elocidad.

• L' *r$&in $n r$'ccion$& d$ $&t'do +'&$o&o) al aumentar la ,resi*n

aumenta la elocidad.

• E( ,r$' &u*$r-ici'( $n r$'ccion$& $n $&t'do &(ido) al aumentar la

su,erficie aumenta la elocidad.

•

L' t$.*$r'tur' d$( &i&t$.') al aumentar la tem,eratura la elocidadaumenta muc-o. %n una reacci*n uímica tí,ica+ la elocidad se du,lica ,or cada aumento de 0$ 1C en la tem,eratura.

• L' 'dicin d$ un c't'(i/'dor) al a2adir un catalizador adecuado

incrementa la elocidad. 3n catalizador es una sustancia ue acelera lareacci*n sin ue él mismo se consuma en el ,roceso.

T$or0' d$ ('& co(i&ion$&!

4odos estos -ec-os ,ueden e5,licarse usando la t$or0' d$ ('&co(i&ion$& ue dice:

Para ue dos sustancias reaccionen+ sus ,artículas:• /een colisionar con la suficiente enrgía ,ara rom,er los enlaces e5istentes.

1



L$1 d$ 'ccin d$ ('& .'&'&!

%n 0678+ los uímicos noruegos 9ulderg ' aage estudiaron las relacionescuantitatias entre la elocidad de reacci*n ' los aumentos o disminuciones de laconcentraci*n de los reactios. Com,roaron ue si un mol de la sustancia A secomina con un mol de la sustancia ;+ ' la elocidad de reacci*n es + se erificaue:

• Si dos moles de A reaccionan con un mol de ;+ la elocidad de reacci*n

ser #<

• Si dos moles de A reaccionan con dos moles de ;+ la elocidad de reacci*n

ser =<

• Si cuatro moles de A reaccionan con tres moles de ;+ la elocidad de

reacci*n ser 0#.

Se deduce de lo ue antecede ue la elocidad de reacci*n es ,ro,orcional al

,roducto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes. Se ,uedee5,resar así dic-a conclusi*n:

>: constante de ,ro,orcionalidad. ? > @A B @; siendo @A ' @;: concentraciones de las

sustancias reacciones e5,resadasen moldmD.

A,licando esta f*rmula a la reacci*n entre romo e -idr*geno+ la elocidadde reacci*n es:

? > @;r # B @H#

Pero si las sustancias reaccionantes no se cominan en la relaci*n de mol amol+ como ,or e&em,lo:

# H# E F# #H# F (dos moles) (un mol) (dos moles)

,odemos e5,resar la reacci*n de la siguiente manera:

H# E H# E F# # H# F

' ,or lo tanto resulta:

? > @ H# @ H# @ F# ... ? > @ H# # @ F# .

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/e los e&em,los anteriores llegamos al enunciado general de la llamada ley de acción de las masas:

La velocidad de reacción es directamente proporcional al producto de lasconcentraciones de las sustancias reaccionantes, elevadas a una potencia igual al número de moles que indica la ecuación estequiométrica.

Por e&em,lo+ en la reacci*n:

n A E m ; E , C E / r % E s G

ser ? > @An @;m @C, @/

%sta ecuaci*n es lida ,ara sustancias en soluci*n ' reactios gaseosos+,orue ,uede ariar su concentraci*n. %n camio la concentraci*n de las sustancias,uras es constante ' la le' no es a,licale.

E2ui(i"rio 2u0.ico

Si un mol de -idr*geno (gas incoloro) ' un mol de a,or de 'odo (ioleta) secolocan en un reci,iente cerrado ' se los calienta -asta == 1C+ el sistema se aclara,or la formaci*n de 'oduro de -idr*geno+ gas incoloro cu'a e5istencia se ,uedecom,roar e5,erimentalmente:

(== 1C)H# (g) E I# (g) # HI (g)

Al cao de cierto tiem,o+ si la tem,eratura ,ermanece constante+ rea,arece el

color ioleta. Se com,ruea la e5istencia de 'odo e -idr*geno+ ,roducidos ,or ladescom,osici*n del 'oduro de -idr*geno:

(== 1C)# HI (g) H# (g) E I# (g)

Llega un momento en ue la coloraci*n ioleta se estailiza+ ,orue amasreacciones se ,roducen simultneamente.

%stamos en ,resencia de una reacci*n reversible+ ue se ,uede re,resentar así:

H# (g) E I# (g) #HI (g)

%n resumen:

Se llaman reacciones reersiles auellas ue se ,roducen simultneamenteen amos sentidos.

3



Si se a,lica la le' de la acci*n de las masas ,ara la reacci*n directa+ es decir+,ara la formaci*n de 'oduro de -idr*geno+ se otiene:

0 ? >0 @H# B @I# (0)

Para la reacci*n inersa+ es decir+ ,ara la descom,osici*n del 'oduro de-idr*geno+ resulta:

# ? ># @HI# (#)

Inicialmente+ la elocidad de formaci*n (0) es m5ima+ ' la elocidad dedescom,osici*n (#) es igual a cero. Al cao de cierto tiem,o+ 0 disminu'e ,oruedisminu'e la concentraci*n de -idr*geno ' 'odo+ ' la elocidad # aumenta ,orueaumenta la concentraci*n de 'oduro de -idr*geno. Ginalmente llega un momento enue amas elocidades son iguales 0 ? #.

A ,artir de allí el nmero de moléculas ue se descom,onen es igual al

nmero de moleculas ue se forman+ es decir ue en el sistema -a'simultneamente moléculas de 'odo+ -idr*geno ' 'oduro de -idr*geno.

Se -a llegado a un estado de euilirio caracterizado ,or ser esencialmentedinmico: el ,roceso no se detiene+ ,ero amas reacciones continandesarrollndose con la misma elocidad.

@H (J)

0$$ # HI H# E I# euilirio

(0 ? #) $

H# E I# # HI

$ #$ =$ 7$ 6$ 0$$ t (min)

%stado de euilirio de una reacci*n reersile.

%l estado de euilirio se ,uede inter,retar en el grfico+ ue corres,onde ala reacci*n de formaci*n de 'oduro de -idr*geno. Com,arando las ecuaciones (0) '(#)+ ' como las elocidades 0 ' # son iguales en el estado de euilirio+ ,odemosescriir:

>0 @H# B @I# ? ># @HI# o ien:

4



>0 ? @HI# ># @H# B @I#

%l cociente entre las constantes >0 ' ># es otra constante >c llamadaconstante de equilibrio:

>c ? @HI# @H# B @I#

La constante > de,ende de la tem,eratura en la ue se ,roduce la reacci*n.%n general+ ,ara una reacci*n

aA E ; E cC n" E mK

la constante de euilirio ser:

>c ? @Km B @"n (,roductos)@Aa B @; B @Cc (reactios)

%sta e5,resi*n se a,lica en el caso de sustancias gaseosas ' soluciones. Siadems se -allan ,resentes en la reacci*n s*lidos o líuidos ,uros+ ellos nointerienen en la e5,resi*n de la constante de euilirio. Por e&em,lo+ ,ara lareacci*n reersile:

C (s) E H#F (g) CF (g) E H# (g)

la constante de euilirio es >c ? @CF B @H# @H#F

Anlogamente+ ,ara

"aG (a) E H#F (l) HG (a) E "a (FH) (a)

se otiene>c ? @HG B @"a (FH)

@"aG

%n la ecuaci*n uímica+ aM significa en soluci*n acuosaM.

• Ejemplo:

A == 1C un sistema en euilirio contiene $+6 moldmD de HI ' $+= moldmD

de I#. Calcular la concentraci*n de -idr*geno+ saiendo ue a esa tem,eratura> ale 7=.

La ecuaci*n esH# E I# # HI

' en el euilirio:

5



>c ? @HI#

@H# B @I#

!eem,lazando ,or los datos ' llamando 5 a la concentraci*n de -idr*geno resulta:

7= ? ($+6 moldmD)# 5 B $+= moldmD

5 ? ($+6 moldmD)# ? $+7= mol#(dmD)# ? #+ B 0$N# moldmD 7= B $+= moldmD 7= B $+= moldmD

3rinci*io d$ L$ C4't$(i$r

Si se modifica la ,resi*n a la ue est sometido un sistema uímico eneuilirio+ se ,roduce la reacci*n en uno de sus sentidos con ma'or elocidad ueen el otro+ -asta ue se estalece una nuea situaci*n de euilirio.

4amién se altera el euilirio si se modifica la concentraci*n+ o latem,eratura del sistema.

Si en un sistema en equilibrio se introduce un factor de perturbación variaciónde la concentración, temperatura o presión! el sistema reaccionar" #f$sica oqu$micamente# de tal modo que la nueva situación de equilibrio compense el cambiointroducido.

a. %ariación de la concentración. Consideremos la reacci*n:

# H# E F# # H#F

Si al sistema en euilirio se le a2ade -idr*geno+ el des,lazamiento se ,roducir detal modo ue la concentraci*n de -idr*geno disminu'e< de ese modo se com,ensarel camio introducidoM ue menciona el ,rinci,io de Le C-atelier. %n otras ,alaras+el euilirio se des,lazar -acia la derec-a+ se consumir -idr*geno (' o5ígeno) 'se generar agua.%n camio+ si se incrementa la concentraci*n de a,or de agua+ el euilirio sedes,lazar -acia la izuierda+ disminuir la cantidad de esta sustancia ' aumentarnlas concentraciones de -idr*geno ' o5ígeno.

. %ariación de la temperatura. Analicemos la reacci*n e5otérmica:

H# (g) E ;r # (l) #H;r (g) < Q ? 6+7 >cal B mol N0

' su inersa+ endotérmica:

# H ;r (g) H# (g) E ;r # (l) < QO ? N6+7 >cal B mol N0

cuando amas se ,roducen simultneamente se euiliran:

H# E ;r # # H ;r

6



Puesto ue las cantidades de calor se com,ensan+ en la situaci*n de euilirio elsistema no cede ni recie calor+ de modo ue la tem,eratura ,ermanece constante.Pero si recie calor desde el e5terior+ aumentar la tem,eratura del sistema+ ' eleuilirio se des,lazar en el sentido ue corres,onde a la reacci*n endotérmica./e tal modo el calor e5terior ser asorido durante la formaci*n de -idr*geno 'romo+ ' la tem,eratura disminuir. %l des,lazamiento+ en este caso+ se ,roducir-acia la izuierda.

Por el contrario+ si la tem,eratura del sistema disminu'e+ el euilirio se des,lazar-acia la derec-a+ en el sentido de la reacci*n e5otérmica: al lierarse calor+ latem,eratura aumentar.Se conclu'e ue al calentar el sistema aumenta la elocidad de la reacci*nendotérmica+ mientras ue el enfriamiento del mismo faorece la ocurrencia de lareacci*n e5otérmica.

c. &nfluencia de la presión. %n el caso de un sistema gaseoso ue reaccionareersilemente+ las modificaciones de la ,resi*n se traducen en camios del

olumen del sistema+ ue ,roducen des,lazamiento del euilirio.

Consideremos la reacci*n:

"# (g) E DH# (g) #"HD (g)

(un olumen< (tres olmenes< (dos olmenes<un mol) tres moles) dos moles)

Al aumentar la ,resi*n sore el sistema+ éste tiende a ocu,ar un olmen menor+ ' lareacci*n se ,roducir de tal modo ue el nmero de moléculas (o de moles demoléculas) ,or unidad de olumen disminu'a. Fserando la ecuaci*n+ emos uela ocurrencia de la reacci*n de formaci*n del amoníaco ("# E D H# # " HD)su,one la conersi*n de cuatro moles (uno de "# ' tres de H#) en s*lo dos moles (de" HD)+ ue im,lica una disminuci*n del nmero de moles ,or unidad de olumen. Por lo tanto+ al aumentar la ,resi*n+ el euilirio se des,lazar -acia la derec-a.Inersamente+ una disminuci*n de la ,resi*n se traducir en un des,lazamiento-acia la izuierda+ con aumento del nmero de moles del sistema.

• Ejemplo:

Qué efecto ,roducir un aumento de la ,resi*n sore la reacci*n siguiente

Cl# (g) E H# (g) # H Cl (g)

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%l nmero de moles en cada miemro de la ecuaci*n es el mismo. Por lo tanto+ los,osiles des,lazamientos del euilirio no ,odrían afectar el nmero total de moles,resentes en el sistema. %n este caso+ las ariaciones de la ,resi*n no ,roducendes,lazamiento del eulirio.Corres,onde se2alar ue los catalizadores no modifican el estado de euilirio<solamente aceleran o retardan las dos reacci*nes o,uestas.

E#$rcicio&

0. %5,resar la constante de euilirio ,ara las siguientes reacciones:

a. H#F (g) E CF (g) H# (g) E CF# (g)

8



. CFDCa (s) C F# (g) E CaF (s)

c. # SF# (g) E F# (g) # SFD (g)

#. Indicar cul ser el efecto sore el euilirio ,ara las siguientes reacciones:a. si se aumenta la tem,eratura<b. si disminu'e la ,resi*n<c . si se adiciona un catalizador<d . si se aumenta la concentraci*n de las sustancias sura'adas.

P CID (g) E Cl# (g) Cl P (g)< Q ? D$ >calmol

D$# (g) # FD (g)< Q ? 7=+6 >calmol

H# (g) E CF# (g) H# F (l) E CF (g)< Q ? $+= >calmol

D. Sugerir dos formas de des,lazar el euilirio -acia la derec-a+ ' &ustificar lares,uesta.

a. # H Cl (g) E R F# (g) H# F (g) E Cl# (g)

. # H#F (g) # H# (g) E F# (g)

=. Calcular el alor de la constante de euilirio ,ara la reacci*n siguiente:

I# (g) E H# (g) # H I (g)

saiendo ue se realiza en un sistema cerrado a =$ 1C+ ' ue lasconcentraciones son:

9



@H# ? 6+7D B 0$ N= moldm D

@I# ? #+7D B 0$ ND moldm D

@HI ? 0+$# B 0$ N# moldm D

'espuesta: =+6

. %n un autoclae se introdu&o una mezcla de H# ' CF#. %l autoclae tiene unlitro de ca,acidad. Al llegar al euilirio la reacci*n es:

H# (g) E CF# (g) H#F (g) E CF (g)

@CF# ? $+$8 moldmD

@H#F ? $+ moldmD

@CF ? $+ moldmD ' adems >c ? 0+7

Hallar el alor de la concentraci*n de -idr*geno.

'espuesta:6+$ moldmD

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