Cinètica Química (IES Badalona VII)

Slideshow Transcript

1. Slide 1: :: Saltar intro Cinètica química
2. Slide 2: • Velocitat de les reaccions • Teoria de col·lisions • Teoria del complex activat • Factors que influeixen en la velocitat • Mecanismes de reacció
3. Slide 3: Velocitat de reacció La velocitat d’una reacció química indica com varia amb el temps la concentració dels reactius o dels productes. Exemple: Per a la reacció aA + bB cC + dD La velocitat instantània de la reacció es pot expressar: 1 d  A 1 d  B 1 d  C  1 d  D v    a dt b dt c dt d dt Les unitats de la velocitat de reacció són mol · l-1 · s-1
4. Slide 4: Velocitat de reacció L’equació de velocitat o llei de velocitat és una expressió que relaciona la velocitat de la reacció amb les concentracions dels reactius presents en aquell moment. v = k · [ A ] α· [ B ] β v = velocitat de reacció k = constant de velocitat [ A ], [ B ] = concentracions molars de reactius α , β = ordres parcials L’ordre total o global de la reacció és la suma dels ordres parcials.
5. Slide 5: Velocitat de reacció L’equació d’Arrhenius ens informa dels diferents factors que afecten a la constant de velocitat: k = A · e – Ea / (R · T ) k = constant de velocitat A = Factor de col·lisions ( nº de col·lisions · s-1 ) e = 2,718... Ea = Energia d’activació ( J · mol-1 ) R = 8,314 J · mol-1 · K-1 T = temperatura ( K )
6. Slide 6: Teoria de col·lisions En una reacció química les molècules dels reactius xoquen, es trenquen enllaços ( reactius) i es formen enllaços nous ( productes ).
7. Slide 7: Teoria de col·lisions Per tal que es puguin trencar els enllaços inicials, les molècules dels reactius han de xocar de manera “efiçaç” i això depèn de dos factors: 1. Xoc amb orientació espacial adient 2. Xoc amb prou energia ( E xoc > E activació )
8. Slide 8: Teoria de col·lisions Col.lisió eficaç Animació Flash
9. Slide 9: Teoria de col·lisions I H I aç H HI + HI fic e H I XOC I H I H H I No H ef ica H I ç I2 + H 2 I H I H I I2 H2 Reacció de formació del HI a partir de I2 i H2
10. Slide 10: Teoria del complex activat Quan les molècules dels reactius s’apropen i xoquen, s’origina un estat intermedi d’energia elevada i vida curta anomenat complex activat. Complex activat
11. Slide 11: Teoria del complex activat Diagrama d’energia Reacció exotèrmica ( H < 0 )
12. Slide 12: Teoria del complex activat
13. Slide 13: Teoria del complex activat Diagrames d’energia Complex Complex activat activat Energia Energia potencial Energia potencial Energía d’activació d’activació Productes H > 0 Reactius H < 0 Reactius Productes Avanç de la reacció Avanç de la reacció Reacció endotèrmica Reacció exotèrmica
14. Slide 14: Factors que influeixen en la velocitat • Temperatura • Concentració dels reactius • Estat físic dels reactius • Naturalesa química dels reactius • Energia d’activació ( Ea) • Catalitzadors
15. Slide 15: Factors que influeixen en la velocitat • Temperatura - Un augment de la temperatura produeix un augment de la velocitat de reacció ( augmenta l’energia cinètica de les molècules dels reactius, augmenta l’energia dels xocs ). - L’equació d’Arrhenius relaciona la k amb la temperatura k = A · e – Ea / (R · T )
16. Slide 16: Factors que influeixen en la velocitat • Concentració dels reactius Un augment de la concentració implica un augment de la velocitat de reacció ( augment de la probabilitat de xocs entre les molècules dels reactius ).
17. Slide 17: Factors que influeixen en la velocitat • Concentració dels reactius L’equació de velocitat relaciona les concentracions dels reactius amb la velocitat de reacció: v = k · [ A ] α· [ B ] β
18. Slide 18: Factors que influeixen en la velocitat • Estat físic dels reactius - Com més gran sigui la possibilitat de contacte entre les partícules, més ràpida serà la reacció. - v (gas) > v ( líquid, dissolució ) > v ( sòlid )
19. Slide 19: Factors que influeixen en la velocitat • Naturalesa dels reactius - Com més enllaços hi hagi i més forts siguin, més gran serà l’energia d’activació i més lenta serà la reacció. - Si els reactius són ions en dissolució normalment no cal trencar enllaços i les reaccions acostumen a ser ràpides.
20. Slide 20: Factors que influeixen en la velocitat • Energia d’activació - És l’energia addicional que han d’absorbir les molècules dels reactius perquè, en xocar, formin el complex activat. - Equació d’Arrhenius: quan més gran sigui Ea, més petita serà la k i més lenta serà la reacció. k = A · e – Ea / (R · T )
21. Slide 21: Factors que influeixen en la velocitat • Catalitzadors - Són substàncies que modifiquen la velocitat sense que es consumeixin en el transcurs de la reacció. - Els catalitzadors positius subministren nous camins pels quals es pot produir la reacció amb una energia d’activació menor.
22. Slide 22: Factors que influeixen en la velocitat Els catalitzadors no modifiquen ΔH !
23. Slide 23: Factors que influeixen en la velocitat Els CFC’s catalitzen la descomposició de l’ozó ( O3 )
24. Slide 24: Factors que influeixen en la velocitat
25. Slide 25: Factors que influeixen en la velocitat
26. Slide 26: Factors que influeixen en la velocitat Aplicacions dels catalitzadors Elaboració de margarina: Els olis vegetals són sotmesos a un procés d’hidrogenació per millorar la conservació i tenir-los en estat sòlid. Els radicals no saturats dels àcids glicèrids es converteixen en glicèrids saturats. La reacció té lloc injectant gas hidrogen en un reactor que conté un catalitzador de níquel en pols a una temperatura d’uns 150 ºC.
27. Slide 27: Factors que influeixen en la velocitat Aplicacions dels catalitzadors Elaboració de margarina
28. Slide 28: Factors que influeixen en la velocitat Aplicacions dels catalitzadors Convertidors dels automòbils Són catalitzadors heterogenis de platí-òxid de níquel o de rodi (Rh) situats en els tubs d’escapament de manera que permeten accelerar l’eliminació de NxOy, CO i hidrocarburs no cremats, que es transformen en residus innocus ( N2 , CO2 i H2O ). La benzina amb plom ( antidetonant ) inactiva aquests catalitzadors i per això s’ha d’utilitzar benzina sense plom.
29. Slide 29: Factors que influeixen en la velocitat Catàlisi heterogènia en el convertidor d’un automòbil Reacció: 2 CO + 2 NO  2 CO2 + N2 Superfície del catalitzador
30. Slide 30: Factors que influeixen en la velocitat Catàlisi heterogènia Normalment el catalitzador és sòlid i els reactius són gasos o estan en dissolució
31. Slide 31: Factors que influeixen en la velocitat Un exemple de catàlisi homogènia:l’energia d’activació disminueix en presència de l’ió H+ que actua com a catalitzador de la descomposició de l’àcid metanoic ( HCOOH ).
32. Slide 32: Factors que influeixen en la velocitat · Inhibidors - Els inhibidors o catalitzadors negatius són substàncies que disminueixen la velocitat de reacció. - Actuen augmentant molt l’energia d’activació del procés i això provoca que la reacció sigui molt lenta.
33. Slide 33: Factors que influeixen en la velocitat · Enzims - Els biocatalitzadors o enzims són proteïnes que catalitzen moltísimes reaccions bioquímiques. - Els enzims són molt específics; cada enzim actua sobre un substrat concret i en unes condicions determinades de temperatura, acidesa i concentració.
34. Slide 34: Factors que influeixen en la velocitat Model clau-pany: el substrat i l’enzim han d’encaixar perfectament perquè tingui lloc la catàlisi.
35. Slide 35: Factors que influeixen en la velocitat Model clau-pany Substrat Centre actiu Enzim ribonucleasa A
36. Slide 36: Factors que influeixen en la velocitat Exemple d’activitat enzimàtica
37. Slide 37: Factors que influeixen en la velocitat Exemple d’activitat enzimàtica L’acetilcolina és un neurotransmisor ampliament distribuït pel sistema nerviòs central i el sistema nerviòs perifèric. La seva funció, al igual que la d’altres neurotransmisors, és regular l’activitat sináptica del sistema nerviòs. L’acetilcolina se sintetitza en certes neurones mitjançant l’enzim colina acetiltransferasa a partir de colina i acetil-CoA. Els compostos orgànics de mercuri tenen gran afinitat pels grups sulfhídrics, i per això provoquen l’efecte de disfunció de l’enzim colina acetiltransferasa
38. Slide 38: Factors que influeixen en la velocitat Inhibició d’un enzim La inhibició de l’enzim colina acetiltransferasa pot produir deficiència d’acetilcolina, contribuint a una sintomatologia de disfuncions motores.
39. Slide 39: Mecanisme de reacció Normalment les reaccions es produeixen a través d’una sèrie d’etapes o reaccions elementals. Aquest conjunt de reaccions parcials constitueix l’anomenat mecanisme de la reacció. Mecanisme de reacció en dues etapes
40. Slide 40: Mecanisme de reacció Diagrama d’energia d’un mecanisme de dues etapes
41. Slide 41: Mecanisme de reacció L’etapa limitant és la reacció elemental més lenta i és la que determina la velocitat de la reacció global ja que fa de coll d’ampolla de tot el procés.
42. Slide 42: Mecanisme de reacció La molecularitat d’una reacció elemental és el nombre d’àtoms o molècules independents que hi intervenen. Etapa unimolecular Etapa bimolecular Etapa trimolecular
43. Slide 43: Mecanisme de reacció Els ordres de reacció ( parcials i global ) i el mecanisme de les reaccions es poden deduir mitjançant estudis experimentals.
44. Slide 44: Mecanisme de reacció Reacció de primer ordre
45. Slide 45: Mecanisme de reacció Reacció de segon ordre
46. Slide 46: Mecanisme de reacció Els ordres de reacció ( parcials i global ) i el mecanisme de les reaccions es poden deduir mitjançant estudis experimentals. V (O2 ) Exemple: Estudi de la reacció de descomposició de l’aigua oxigenada: 2 H2O2 2 H2O + O2 La concentració d’ H2O2 en cada moment es determina a partir del volum de gas O2 recollit. H2O2
47. Slide 47: Mecanisme de reacció Dades cinètiques de la reacció: 2 H2O2 2 H2O + O2 El gràfic (3) on es representa 1/[A] vs. t indica que la reacció és de segon ordre.
48. Slide 48: Mecanisme de reacció Reacció de primer ordre
49. Slide 49: Mecanisme de reacció Exemple de mecanisme de reacció
50. Slide 50: • Autor: José Ángel Hernández Santadaría Departament de Ciències Experimentals IES Badalona VII