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Principios Básicos de la Cinética Química

La cinética química estudia las velocidades de las reacciones y los factores que las modifican, como la temperatura y la concentración de reactivos. Se analizan las etapas elementales de las reacciones, los mecanismos y los órdenes de reacción. Las teorías de colisiones y del estado de transición explican cómo las moléculas deben interactuar para que ocurra una reacción, destacando la importancia de la energía de activación y los catalizadores.

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1

La ______ ______ de una reacción se mide en ______ por ______ por ______ (mol/L·s).

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velocidad media moles litro segundo

2

En la ecuación aA + bB → cC + dD, la velocidad de ______ de A se simboliza como -Δ[A]/Δt.

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desaparición

3

La velocidad de ______ de C en la reacción se representa por Δ[C]/Δt.

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formación

4

La velocidad ______ de una reacción se calcula en un momento puntual y se deriva de la ______ temporal de la concentración.

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instantánea derivada

5

Significado de 'k' en la ecuación de velocidad

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Constante de velocidad, varía con la temperatura y es específica para cada reacción.

6

Relación entre órdenes de reacción y coeficientes estequiométricos

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Los órdenes de reacción son determinados experimentalmente y pueden no coincidir con los coeficientes estequiométricos.

7

Cómo calcular el orden total de la reacción

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Sumar los órdenes de reacción individuales de todos los reactivos involucrados.

8

Las etapas ______ son sucesos que se dan en un solo paso y cuyos órdenes de reacción se alinean con los coeficientes de los ______ involucrados.

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elementales reactivos

9

En la reacción de ______ de nitrógeno(II) con ______, la ecuación de velocidad muestra un orden de reacción de uno para cada uno.

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óxido ozono

10

La ______ de una etapa elemental indica la cantidad de moléculas o átomos que intervienen en ese paso y suele ser igual al orden total de la ______ elemental.

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molecularidad reacción

11

Órdenes de reacción vs. Coeficientes estequiométricos

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En reacciones complejas, los órdenes de reacción no coinciden necesariamente con los coeficientes estequiométricos.

12

Análisis cinético en reacciones complejas

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El análisis cinético ayuda a identificar la etapa limitante de velocidad en reacciones complejas.

13

Intermedios de reacción

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Son especies que aparecen y se consumen durante las etapas intermedias y no figuran en la ecuación química global.

14

Para que ocurra una reacción según la teoría de las colisiones, las moléculas deben chocar con la orientación y ______ correctas.

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energía

15

La ______ mínima necesaria para que los reactivos se conviertan en productos se llama energía de activación.

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energía

16

La teoría del ______ de transición describe la formación de un complejo activado tras un choque efectivo.

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estado

17

El complejo activado es un estado intermedio de alta ______ que precede a la formación de productos.

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energía

18

Influencia de la temperatura en la velocidad de reacción

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Aumento de temperatura eleva energía cinética molecular, incrementando colisiones efectivas y velocidad de reacción.

19

Ecuación de Arrhenius

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Relaciona constante de velocidad con temperatura y energía de activación, prediciendo cómo varía velocidad con temperatura.

20

Efecto de la concentración y presión en la velocidad de reacción

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Mayores concentraciones y presiones incrementan número de colisiones, acelerando la velocidad de reacción.

Preguntas y respuestas

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

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Principios Básicos de la Cinética Química

La cinética química es la rama de la química que se ocupa del estudio de las velocidades de las reacciones químicas y de los factores que las influyen. La velocidad media de una reacción se define como el cambio en la concentración de los reactivos o productos por unidad de tiempo, y se mide en moles por litro por segundo (mol/L·s). Para una reacción química general de la forma aA + bB → cC + dD, la velocidad de desaparición de A se representa como -Δ[A]/Δt y la velocidad de formación de C como Δ[C]/Δt, donde Δ indica el cambio en concentración durante un intervalo de tiempo Δt. La velocidad instantánea de reacción, por otro lado, se determina en un momento específico y se obtiene a partir de la derivada temporal de la concentración de un reactivo o producto.
Laboratorio de química con matraz Erlenmeyer sobre placa calefactora y cronómetro, científico anotando resultados al fondo, ambiente de investigación científica.

Ecuación de Velocidad y Órdenes de Reacción

La ecuación de velocidad establece una relación matemática entre la velocidad de una reacción y las concentraciones de los reactivos, así como la temperatura. Se formula como v = k [A]^α [B]^β, donde [A] y [B] son las concentraciones de los reactivos, α y β representan los órdenes de reacción respecto a cada reactivo, y k es la constante de velocidad, que varía con la temperatura. Los órdenes de reacción son determinados experimentalmente y pueden diferir de los coeficientes estequiométricos de la ecuación balanceada de la reacción. La suma de los órdenes de reacción de todos los reactivos proporciona el orden total de la reacción.

Mecanismos de Reacción y Etapas Elementales

Un mecanismo de reacción es una descripción detallada de los pasos elementales que constituyen la secuencia de eventos a nivel molecular en una reacción química. Las etapas elementales son aquellas que ocurren en un solo paso y cuyos órdenes de reacción son consistentes con los coeficientes estequiométricos de los reactivos involucrados. Por ejemplo, en la reacción entre óxido de nitrógeno(II) (NO) y ozono (O3), la ecuación de velocidad es v = k [NO][O3], lo que indica un orden de reacción de uno para cada reactivo. La molecularidad de una etapa elemental se refiere al número de moléculas o átomos que participan en dicho paso y generalmente es igual al orden total de la reacción elemental.

Análisis de Reacciones Complejas

Las reacciones complejas son aquellas que proceden a través de múltiples etapas y se caracterizan por tener órdenes de reacción que no se corresponden directamente con los coeficientes estequiométricos de la ecuación global de la reacción. El análisis cinético de estas reacciones permite identificar la etapa limitante de velocidad, que es la más lenta y controla la velocidad global de la reacción. Los intermedios de reacción son especies que se forman en una etapa intermedia y se consumen en otra posterior, y no están presentes en la ecuación química global de la reacción.

Teorías Cinéticas: Colisiones y Estado de Transición

Las teorías cinéticas, como la teoría de las colisiones y la teoría del estado de transición, proporcionan una comprensión de cómo las reacciones químicas ocurren a nivel molecular. La teoría de las colisiones postula que las moléculas deben colisionar con una orientación y energía adecuadas para que se produzca una reacción. La energía mínima requerida para que los reactivos se transformen en productos es conocida como la energía de activación. Por su parte, la teoría del estado de transición sugiere que después de un choque efectivo se forma un complejo activado, un estado intermedio de alta energía que puede descomponerse en productos o revertir a los reactivos.

Factores que Influyen en la Velocidad de Reacción

Diversos factores afectan la velocidad de una reacción química, incluyendo la temperatura, la naturaleza química y el estado físico de los reactivos, la concentración de los mismos, y la presencia de catalizadores. La temperatura influye en la energía cinética de las moléculas, aumentando la frecuencia de colisiones efectivas. La ecuación de Arrhenius relaciona la constante de velocidad con la temperatura y la energía de activación. La naturaleza de los reactivos determina la energía necesaria para romper y formar enlaces, mientras que su estado físico afecta la frecuencia de colisiones. La concentración y la presión son también cruciales, ya que su incremento conduce a un mayor número de colisiones y, por ende, a una mayor velocidad de reacción.