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Mecanismos de Reacción y Reacciones Elementales

La cinética química analiza la velocidad de las reacciones químicas y cómo factores como la temperatura y los catalizadores la afectan. Se exploran conceptos como la ley de velocidad, la energía de activación y la teoría del estado de transición. La catálisis y los mecanismos de reacción son clave en procesos industriales, como la síntesis de amoníaco y la producción de margarina.

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1

La rapidez con la que los reactivos se convierten en productos se mide en ______ de concentración por ______ de tiempo.

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cambio unidad

2

La ______ instantánea de una reacción se determina mediante la ______ de la concentración con respecto al tiempo.

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velocidad derivada

3

Constante de velocidad 'k'

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Factor proporcional en la ley de velocidad que determina la rapidez de la reacción a determinadas concentraciones.

4

Órdenes de reacción 'α' y 'β'

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Exponentes que indican cómo la concentración de cada reactivo afecta la velocidad de la reacción.

5

Orden total de la reacción

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Suma de los órdenes de reacción de todos los reactivos, indica cómo cambia la velocidad con la concentración total.

6

Los modelos teóricos como la ______ de las colisiones y la teoría del ______ de transición explican las reacciones a nivel molecular.

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teoría estado

7

Según la teoría del estado de transición, las moléculas forman un ______ activado, un estado intermedio antes de convertirse en productos.

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complejo

8

La ______ de activación es la diferencia de energía entre el complejo activado y los ______ iniciales.

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energía reactivos

9

Ecuación de Arrhenius

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Expresa cómo la constante de velocidad (k) varía con la energía de activación (Ea) y la temperatura (T).

10

Factor preexponencial (A)

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Indica la frecuencia de colisiones correctas entre las moléculas reactivas.

11

Influencia de la temperatura en k

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Al aumentar la temperatura (T), la constante de velocidad (k) se incrementa.

12

La ______ puede alterar considerablemente la rapidez con la que ocurren las reacciones químicas.

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temperatura

13

Los ______ son agentes que cambian la velocidad de las reacciones químicas ofreciendo una ruta alternativa con menos ______ de activación.

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catalizadores energía

14

Tipos de catalizadores

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Positivos aceleran reacciones; negativos actúan como inhibidores.

15

Ejemplos de catalizadores positivos

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Metales como paladio y níquel, usados en hidrogenación.

16

Importancia de la catálisis en la industria

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Esencial en procesos como la síntesis de amoníaco y la hidrogenación de aceites.

17

Las etapas individuales que forman un mecanismo completo se conocen como ______ ______.

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reacciones elementales

18

Una etapa puede ser más lenta que las otras y se le denomina el paso ______ ______ de la velocidad de la reacción.

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determinante de la

19

Entender el mecanismo es crucial para el ______ y la ______ de procesos químicos en investigación e industria.

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control optimización

Preguntas y respuestas

Aquí tienes una lista de las preguntas más frecuentes sobre este tema

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Conceptos Fundamentales de la Cinética Química

La cinética química es una disciplina de la química que se ocupa del estudio de la velocidad a la que ocurren las reacciones químicas y de los factores que la modifican. La velocidad de una reacción se refiere a la rapidez con la que los reactivos se transforman en productos y se expresa en términos de cambio de concentración por unidad de tiempo, generalmente en mol·L^-1·s^-1. Para una reacción genérica de la forma aA + bB -> cC + dD, la velocidad media se calcula como el cambio en la concentración de los reactivos o productos durante un intervalo de tiempo determinado. La velocidad instantánea, en cambio, se define como la tasa de cambio de la concentración en un momento específico, y se obtiene tomando la derivada de la concentración respecto al tiempo, proporcionando una medida más precisa de la rapidez de la reacción en ese instante.
Tubos de ensayo de vidrio con líquidos de colores azul, amarillo, rojo y verde en fila sobre superficie blanca, con matraz Erlenmeyer y fondo de laboratorio desenfocado.

Leyes de Velocidad y Orden de Reacción

La ley de velocidad es una relación matemática que vincula la velocidad de una reacción con la concentración de sus reactivos. Para una reacción típica aA + bB -> Productos, la ley de velocidad puede expresarse como v = k[A]^α[B]^β, donde 'k' es la constante de velocidad y 'α' y 'β' son los órdenes de reacción con respecto a A y B, respectivamente. Estos órdenes son determinados experimentalmente y pueden diferir de los coeficientes estequiométricos a y b. El orden total de la reacción es la suma de los órdenes parciales de los reactivos. Los órdenes de reacción comunes son cero, uno y dos, y describen cómo la velocidad de reacción varía con la concentración de los reactivos.

Teorías de la Cinética Química

Para explicar cómo ocurren las reacciones a nivel molecular, se han propuesto modelos teóricos como la teoría de las colisiones y la teoría del estado de transición o complejo activado. La teoría de las colisiones postula que solo las colisiones entre partículas con la orientación y energía adecuadas resultarán en una reacción. La teoría del estado de transición sugiere que las moléculas reaccionantes forman un complejo activado o estado de transición, un estado intermedio de alta energía que puede convertirse en productos o revertir a los reactivos. La diferencia de energía entre el complejo activado y los reactivos originales es la energía de activación.

Energía de Activación y la Ecuación de Arrhenius

La energía de activación (Ea) es la cantidad mínima de energía que los reactivos deben poseer para convertirse en productos. La relación entre la constante de velocidad (k) y la energía de activación está dada por la ecuación de Arrhenius: k = A·e^(-Ea/RT), donde 'A' es el factor preexponencial o factor de frecuencia, 'R' es la constante universal de los gases y 'T' es la temperatura absoluta en Kelvin. Esta ecuación demuestra que un incremento en la temperatura o una disminución en la energía de activación conduce a un aumento en la velocidad de reacción.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

La velocidad de las reacciones químicas puede ser influenciada por múltiples factores, como la temperatura, la naturaleza química de los reactivos, su concentración y la presencia de catalizadores. La temperatura afecta significativamente la velocidad de reacción, ya que al aumentar, incrementa la energía cinética promedio de las moléculas, lo que lleva a un mayor número de colisiones efectivas. Los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción química al proporcionar un camino alternativo con una menor energía de activación, sin consumirse en el proceso.

Catalizadores y Catálisis

Los catalizadores pueden ser de dos tipos: positivos, que aceleran las reacciones, o negativos, que actúan como inhibidores. Ejemplos de catalizadores positivos son metales como el paladio y el níquel, que facilitan reacciones de hidrogenación, mientras que sustancias como el ácido cítrico pueden actuar como inhibidores. La catálisis es el fenómeno por el cual los catalizadores alteran la velocidad de una reacción y es esencial en numerosos procesos industriales, como la síntesis de amoníaco en el proceso Haber-Bosch o la hidrogenación de aceites insaturados para producir grasas más sólidas como la margarina.

Mecanismos de Reacción y Reacciones Elementales

El mecanismo de reacción describe la secuencia detallada de eventos a nivel molecular que conduce a la conversión de reactivos en productos. Las reacciones elementales son las etapas individuales que constituyen un mecanismo de reacción completo. Frecuentemente, una de estas etapas es más lenta que las demás y actúa como paso determinante de la velocidad para la reacción global. Comprender el mecanismo de reacción es vital para el control y la optimización de procesos químicos en la investigación y la industria.