Cinética química: Velocidad de reacción

Resumen del Video: Velocidad de una Reacción (Cinética Química)

Key Concepts:

• Cinética química
• Velocidad de reacción
• Velocidad de cambio de una sustancia
• Relación estequiométrica
• Concentración molar
• Reactivos y productos
• Ecuación de velocidad

1. Introducción a la Cinética Química y Velocidad de Reacción

• La cinética química es la rama de la química que estudia la velocidad de una reacción y los factores que la afectan.
• La velocidad se define como el cambio de algo con respecto al tiempo. Se ilustra con ejemplos como la velocidad de un coche (cambio de posición con el tiempo) y el cambio de peso de una persona con el tiempo.
• En una reacción química, la velocidad se refiere a cómo cambian las concentraciones de reactivos y productos con el tiempo.

2. Velocidad de Cambio de una Sustancia en una Reacción

• Se utiliza la reacción H₂ + I₂ → 2HI como ejemplo.
• Al inicio, [H₂] = 2 M, [I₂] = 2 M, [HI] = 0 M. Después de 5 minutos, [H₂] = 1 M, [I₂] = 1 M, [HI] = 2 M.
• La velocidad de cambio de una sustancia se calcula como el cambio en su concentración molar dividido por el cambio en el tiempo:
  • Velocidad de cambio de H₂ = Δ[H₂]/Δt = (1 M - 2 M) / (5 min - 0 min) = -0.2 M/min.
  • Similarmente, la velocidad de cambio de I₂ = -0.2 M/min y la velocidad de cambio de HI = 0.4 M/min.
• Los reactivos tienen velocidades negativas porque su concentración disminuye, mientras que los productos tienen velocidades positivas porque su concentración aumenta.

3. Diferencia entre Velocidad de Cambio y Velocidad de Reacción

• La velocidad de cambio de cada sustancia es diferente debido a:
  • Reactivos desaparecen y productos aparecen (signos opuestos).
  • Relaciones estequiométricas entre las sustancias.
• Para obtener una velocidad de reacción única, se deben hacer modificaciones a las expresiones de velocidad de cambio.

4. Cálculo de la Velocidad de Reacción

• Para corregir el signo, se multiplica la velocidad de cambio de los reactivos por -1.
• Para corregir la relación estequiométrica, se divide la velocidad de cambio de cada sustancia por su coeficiente estequiométrico (o se multiplica por el inverso).
• La expresión general de la velocidad de reacción es:
  • Velocidad de reacción = -(1/a) * (Δ[A]/Δt) = -(1/b) * (Δ[B]/Δt) = (1/c) * (Δ[C]/Δt) = (1/d) * (Δ[D]/Δt), donde a, b, c, y d son los coeficientes estequiométricos de los reactivos A y B y los productos C y D, respectivamente.
• Aplicando estas correcciones al ejemplo H₂ + I₂ → 2HI, la velocidad de reacción es 0.2 M/min, independientemente de la sustancia que se utilice para calcularla.

5. Ejercicio 1: Cálculo de Velocidad de Reacción y Velocidad de Desaparición

• Se da la reacción: 3I⁻(ac) + H₂O₂(ac) + 2H⁺(ac) → I₃⁻(ac) + 2H₂O(l).
• Se proporciona que en 10 segundos, [I⁻] disminuye de 1 M a 0.86 M.
• Se pide calcular la velocidad de reacción y la velocidad de desaparición del ion hidronio (H⁺).
• Cálculo de la velocidad de reacción:
  • Velocidad de reacción = -(1/3) * (Δ[I⁻]/Δt) = -(1/3) * (0.86 M - 1 M) / 10 s = 4.67 x 10⁻³ M/s.
• Cálculo de la velocidad de desaparición del ion hidronio:
  • Velocidad de reacción = -(1/2) * (Δ[H⁺]/Δt)
  • 4.67 x 10⁻³ M/s = -(1/2) * (Δ[H⁺]/Δt)
  • Δ[H⁺]/Δt = -2 * 4.67 x 10⁻³ M/s = -9.3 x 10⁻³ M/s.

6. Ejercicio 2: Llenar una Tabla con Velocidades de Reacción y de Cambio

• Se da la reacción: 3F₂(g) + Cl₂(g) → 2ClF₃(g).
• Se proporciona que la velocidad de cambio de Cl₂ es 0.012 M/s.
• Se pide calcular la velocidad de reacción y las velocidades de cambio de F₂ y ClF₃.
• Cálculo de la velocidad de reacción:
  • Velocidad de reacción = -(Δ[Cl₂]/Δt) = -(-0.012 M/s) = 0.012 M/s.
• Cálculo de la velocidad de cambio de F₂:
  • Velocidad de reacción = -(1/3) * (Δ[F₂]/Δt)
  • 0.012 M/s = -(1/3) * (Δ[F₂]/Δt)
  • Δ[F₂]/Δt = -3 * 0.012 M/s = -0.036 M/s.
• Cálculo de la velocidad de cambio de ClF₃:
  • Velocidad de reacción = (1/2) * (Δ[ClF₃]/Δt)
  • 0.012 M/s = (1/2) * (Δ[ClF₃]/Δt)
  • Δ[ClF₃]/Δt = 2 * 0.012 M/s = 0.024 M/s.

7. Conclusión

• El video explica cómo calcular la velocidad de reacción a partir de las velocidades de cambio de las sustancias involucradas, teniendo en cuenta la estequiometría y los signos.
• Se enfatiza la diferencia entre la velocidad de cambio de una sustancia y la velocidad de reacción, y cómo se relacionan.
• Se presentan dos ejercicios prácticos para ilustrar los cálculos.
• Se anticipan más videos sobre cinética química.