2. Cinética Química

La cinética química se encarga de estudiar la velocidad y los mecanismos con los cuales una rxn química logra convertir una especie en otra, todo en función de la concentración de los reactivos y todo lo que intervenga así como catalizadores o inhibidores,

Se debe tener en cuenta que cuando las sustancias reaccionan pueden hacerlo a diferentes velocidades, dependiendo de su naturaleza y el entorno en el cual se lleve a cabo la reacción. Para esto se debe tener en consideración varios factores, tales como: temperatura, superficie de contacto, concentración, catalizadores, etc.

Para tener más claro el concepto de cinética química se desarrollaron los siguientes ejemplos, en los que se muestran los sub-temas de manera específica.

2.1 Molecularidad y orden de reacción
La molecularidad  de una reacción es el número de moléculas que intervienen en la reacción, así mismo el numero de moléculas  de reactivos que colisionan simultáneamente para formar el complejo activado, solo se puede encontrar en una reacción elemental.

El orden de la reacción se otorga en base de velocidad determinada experimentalmente, puede tener valor fraccionario o entero.
PROBLEMA
1. Considerando que la reacción NO2+CO→NO+CO2, sucede en una unica etapa y que una temperatura dada esta representado por la ley de velocidad v=[NO2][CO]. Determina el orden y la molecularidad de la reacción.

             Se suman los ordenes parciles:   1+2=2
Como es una rxn en una sola etapa, la molecularidad esta dada por el orden de reacción, ya que solo chocan 1 molécula de NO2 con una de CO.

2. Se lleva a cabo un estudio cinétcio de la rxn CO+NO→CO2+NO a 280°C, obteniendose los siguientes datos.

2.2 Reacciones elementales y no elementales
Las reacciones no elementales son aquellas cuya estequiometría no coincide con su cinética. Y una reacción elemental es aquella que consta de una sola etapa en la que no se observan compuestos intermedios, la reacción se da en un solo paso.
PROBLEMAS
1. En la reacción elemental, la velocidad esta dada por:

2.3 Mecanismo de reacción
Este término esta ligado a las reacciones elementales, se le llama mecanismo de reacción a los pasos intermedios sencillos que relatan el avance de una reacción a escala molecular.


2.4 Reacciones simples y reacciones complejas
Las reacciones simples (irreversibles), son las que ocurren en una sola dirección hasta que esta sea completada en su totalidad, o ya sea que el reactivo limitante aparezca.
PROBLEMAS
1. 

Por otro lado las reacciones complejas (competitivas, en serie y reversibles), son todas aquellas que están compuestas por mas de dos etapas de reacciones elementales, una reacción compleja debe ser descrita a través de un mecanismo de reacción. 

3. 

2.5 Ley de velocidad

La ley de velocidad  permite calcular la velocidad de la reacción con base a las concentraciones iniciales de los reactivos presentes en la reacción, y esta definida como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo:
                                                            v = k[A]^a [B]^b

PROBLEMAS (2)
1. Determine la ecuación de velocidad y calcule k para la siguiente reacción:
S2O8+3I⇾2SO4+I3

2. Determinar la ley de velocidad de la siguiente reacción:

2.6 Método integral para obtener constante de velocidad y orden parcial. Evaluación de ordenes cero, uno, dos y tres para reacciones irreversibles simples.
La cinética química un experimento implica determinar la variación de la concentración de reactivos y/o productos con el tiempo, y dado que las ecuaciones de velocidad son ecuaciones diferenciales, es necesario integrarlas para hallar las concentraciones en función del tiempo.

• Reacciones irreversibles de orden cero: 

En una reacción de orden cero la ecuación diferencial de velocidad es: v = -d[A] / dt = k ,  se integra y tenemos [A] = [A]i - kt. 

• Reacciones irreversibles de primer orden:

Para esta se considera aA → P, donde la ecuación integrada nos da: [A] = [A]i * e^-ka t

• Reacciones irreversibles de segundo orden: 

Teniendo aA→P, se integra la ecuación d[A] / [A]^2 = -ka dt, y la ecuación integrada nos da: 

1 / [A] = 1 / [A]i + ka t

• Reacciones irreversibles de tercer orden:

Teniendo la ecuación aA→P de tercer orden con respecto al reactivo A, tenemos la ecuación diferencial: d[A] / [A]^3 = -ka dt, integrando obtenemos: [A] = [A]i / (1+2ka t[A]i^2 )^1/2

2.7 Tiempo de vida media para obtener orden cero, uno, dos y tres de reacción
El tiempo de vida media t1/2 es el tiempo necesario para que la concentración de los reactivos caiga a la mitad de su valor inicial. Para poder llevarlo a cabo se requiere de una serie de pasos con una concentración incial distinta, y una muestra de la conversión fraccional en un tiempo dado s eleva al aumentar la concentración en ordenes mayores a la unidad.


2.8 Cálculo de constante cinética y orden de reacción utilizando el método de aislamiento de Ostwald
La constante cinética k es independiente de la concentración, pero depende de la presión y de la temperatura. Para una reacción dada A+B→Productos, si la velocidad depende de la concentración de más de un reactivo, v = [A]^a*[B]^b, la ecuación se puede determinar planificando las experiencias, de forma que la concentración de un reactivo se mantenga constante mientras que la de otro va cambiando, normalmente se logra haciendo que una de las concentraciones esté en exceso de forma que no varíe al transcurrir la reacción, si [B] >>>[A]→[B]=cte→k' [B]^b, k' se denomina constante aparente de velocidad, con esto se simplifica la ecuación de velocidad haciéndola: v = k' [A]^a.