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investigación de la química orgánica breve para que te ayudes un poco a entender el tema
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Carrera: TSU Energías Renovables Área Solar. Nombre del alumno: Melendrez Godínez Helena Dánae Grupo: 1 - A. Maestro(a): Juan Antonio Alfonso Nombre de la actividad: Propiedades físicas y químicas Tijuana, B.C. a 03 noviembre del 2023
reacción. Al comprobar e identificar cómo afectan las variables a la velocidad de una reacción, se optimizan los productos y se reducen los productos secundarios. A partir de la investigación de la cinética de las reacciones, se determina tanto el orden de cada uno de los pasos elementales de una reacción como el orden de la reacción en su conjunto. Es importante conocer el orden de una reacción, ya que este define la relación entre la concentración de reactivos y la velocidad de la reacción. Por ejemplo, si una reacción es de segundo orden en conjunto, significa que la velocidad de reacción aumenta por el cuadrado de la concentración de los reactivos. El orden de cada reactivo se determina y refleja cuánto acelera o ralentiza una reacción la concentración de un reactivo en particular. Fundamentos de la cinética de la reacción La cinética de reacción investiga la velocidad a la que desaparecen los reactivos o se forman los productos. La velocidad instantánea es el cambio en el reactivo o producto en cualquier momento en particular, y se determina examinando la pendiente de la curva en el trazado de la concentración a lo largo del tiempo. Por ejemplo, en la A de un reactivo, la velocidad instantánea se representa como velocidad = – dA/dt. La ley de velocidad de una reacción se mide experimentalmente. Si la velocidad depende de una especie concreta (A), la ley de velocidad se define como velocidad = k[A]n, donde k es la constante de velocidad de la reacción, A es la concentración molar de la especie reactiva en particular y n es el orden de la reacción. En una reacción de orden cero (reacción independiente de la concentración), la evolución de la concentración a lo largo del tiempo se plasma gráficamente como una línea recta. En una reacción de primer orden, la evolución de ln[A] a lo largo del tiempo genera una línea recta, y la pendiente de dicha línea es la constante de velocidad (k). En una reacción de segundo orden, la pendiente del trazado 1/[A] a lo largo del tiempo generará la constante k. La temperatura es otro factor importante en la cinética de las reacciones, pues al aumentar la temperatura se incrementa el número de colisiones moleculares. Además, la cantidad de energía necesaria para iniciar una reacción es la energía de activación. Esta energía es necesaria para formar el estado de transición, lo que sucede cuando colisionan las moléculas reactivas, y la constante de velocidad (k) se relaciona con la temperatura mediante la ecuación de Arrhenius.
Velocidad de reacción Es la variación de concentración de reactantes o productos por unidad de tiempo. Se expresa en términos del aumento en la concentración de productos ó la disminución en la concentración de reactantes por unidad de tiempo. La velocidad de una reacción se mide como la variación de la concentración de reactantes o productos conforme pasa el tiempo. La determinación de la velocidad de una reacción se puede hacer por medición de color, medición de presión de gases, cambios de temperatura o directamente cambios de concentración, entre otros. Ley de la Velocidad ● Expresa la relación de la velocidad de una reacción con la constante de velocidad y la concentración de los reactantes elevadas a alguna potencia. ● La ley de la velocidad se determina en forma experimental. Para la reacción general: a A + b B c C + d D La Ley de la Velocidad sería: V ∝ [A] x [ B ]y ó V = k [A]x [ B ]y Donde: - k es la constante de velocidad.
al reactivo A y el orden de la reacción con respecto al reactivo B respectivamente. El orden total de la reacción es = m + n Si m = n =1, entonces la reacción es de primer orden respecto de A y primer orden respecto de B, y por tanto de segundo orden total, quedando v = k [A][B]. Energía de activación Es la energía que necesitan los reactivos para formar el compuesto activado, es decir, la barrera de energía que han de salvar las moléculas para que se produzca la reacción química. Si la energía cinética de la molécula no es como mínimo igual a la Ea, no se producirá reacción y las moléculas no se verán químicamente alteradas. La energía de activación en química y biología es la energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones se repelen. Esto requiere energía (energía de activación) y proviene del calor del sistema, es decir de la energía traslacional, vibracional, etcétera de cada molécula. Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para que se produzca una reordenación de los enlaces de las moléculas. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la reacción. El estudio de las velocidades de reacción se denomina cinética química. La energía de activación es la cantidad mínima de energía necesaria para que una reacción química avance. Cuanto mayor sea la energía de activación, más lenta será la velocidad de la reacción. Sin embargo, añadir calor a la reacción aumentará la velocidad, ya que hace que las moléculas se muevan más rápido y aumenten la probabilidad de que las moléculas colisionen. La colisión y rotura de los enlaces representa la fase cuesta arriba de una reacción y genera el estado de transición. El estado de transición es un estado inestable de alta energía de los reactivos. La formación de nuevos enlaces químicos y productos finales, y la liberación de energía libre es la fase de descenso de la reacción. Los catalizadores aumentan la velocidad de una reacción reduciendo la energía de activación. Por ejemplo, en la biología, las enzimas que metabolizan el azúcar y las grasas aumentan la velocidad a la que se produce su descomposición y, al mismo tiempo, evitan la sobreproducción de energía libre que de otro modo desnaturalizaría las proteínas en la célula. El objeto de la cinética química es medir las velocidades de las reacciones químicas y encontrar ecuaciones que relacionen la velocidad de una reacción con variables experimentales. Se encuentra experimentalmente que la velocidad de una reacción depende mayormente de la temperatura y las concentraciones de las especies involucradas en la reacción.
En las reacciones simples, sólo la concentración de los reactivos afecta la velocidad de reacción, pero en reacciones más complejas la velocidad también puede depender de la concentración de uno o más productos. La presencia de un catalizador también afecta la velocidad de reacción; en este caso puede aumentar su velocidad. Del estudio de la velocidad de una reacción y su dependencia con todos estos factores se puede saber mucho acerca de los pasos en detalle para ir de reactivos a productos. Las reacciones se pueden clasificar cinéticamente en homogéneas y heterogéneas. La primera ocurre en una fase y la segunda en más de una fase. La reacción heterogénea depende del área de una superficie ya sea la de las paredes del vaso o de un catalizador sólido. En este capítulo se discuten reacciones homogéneas. La rapidez es la velocidad de las cosas. Algo rápido es veloz y así. La Rapidez (o velocidad) de reacción está conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición. Esta rapidez no es constante y depende de varios factores, como la concentración de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el estado físico de los reactivos. Uno de los factores más importantes es la concentración de los reactivos. Cuantas más partículas existan en un volumen, más colisiones hay entre las partículas por unidad de tiempo. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den colisiones entre las moléculas, y la rapidez es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de colisión y con ella la rapidez de la reacción. La medida de la rapidez de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la rapidez de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, o bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La rapidez de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en (mol/l)/s es decir moles/(l·s).
de cualquiera de los factores: presión, temperatura o concentración de las sustancias reaccionantes o resultantes, pueden hacer que una reacción química evolucione en uno u otro sentido hasta alcanzar un nuevo estado. Todos los cambios que afectan el estado de equilibrio son predecibles según el principio de Le Châtelier. A fines del siglo XIX, el químico francés Henry Le Châtelier (1850-1936) postuló que, si sobre un sistema en equilibrio se modifica cualquiera de los factores que influyen en una reacción química, dicho sistema evolucionará en la dirección que contrarreste el efecto del cambio. Cuando un sistema que se encuentra en equilibrio es sometido a una acción externa que lo perturbe, el equilibrio se desplaza hasta alcanzar nuevamente el equilibrio. Los principales factores que afectan el equilibrio son:
22,4 L (CN)=1 mol de gas 1 mol de CH 4 =2 moles de O 2 3 l CH 4 X 1 mol CH 4 /22,4 l CH 4 X 2 moles O 2 /1 mol CH 4 X 22.4 l O 2 /1 mol O 2 = 6 l O 2 Necesitamos 6 L de oxígeno para quemar 3 L de metano. Como sólo tenemos 5 L de oxígeno, éste se consume completamente antes de que se queme todo el metano. Por tanto el reactivo limitante es el oxígeno. Precipitación de cloruro de plata Imaginemos que disolvemos 1 g de Nitrato de Plata (Trioxonitrato (V) de Plata) AgNO 3 y 2 g de Cloruro de Sodio NaCl. Dado que el Cloruro de Plata es muy insoluble se producirá la siguiente reacción: AgNO 3 (Aq) + NaCl(Aq) ---> AgCl(s)+NaNO 3 (Aq) ¿Cuál es reactivo limitante? Procedemos como en el ejemplo anterior. Mediante factores de conversión obtenemos los gramos de cloruro de sodio necesarios para que precipite toda la Plata del Nitrato de Plata. Los factores de conversión necesarios para el cálculo son los pesos moleculares del nitrato de plata y de cloruro de sodio; así como los coeficientes estequiométricos de la reacción ajustada: 1 mol AgNO 3 =108+14+3X16 g=170 g 1 mol NaCl=23+35,5)=58,5 g 1 mol AgNO 3 =1 mol NaCl 1 g AgNO 3 X1 mol de AgNO 3 /170 AgNO 3 X 1 mol NaCl/1 mol AgNO 3 X 58 g NaCl/1 mol NaCl=0,34 g NaCl Necesitamos 0,34 g de Cloruro de Sodio para que reaccione 1 g de Nitrato de Plata. Como tenemos 2 g precipitará toda la Plata antes de que se consuma el Cloruro. Por tanto, el reactivo limitante es el Nitrato de Plata. Para poder sacar el reactivo limitante se necesitan encontrar el peso de las 2 reacciones a evaluar, dado que las reacciones no siempre nos la darán en gramos deberán convertirlas a gramos, luego dicha cantidades se multiplica × el mol que haya de este reactivo en la reacción, después por los moles que representa el compuesto que da como resultado la unión de los reactivos, luego se multiplicara por el peso de dicho reactivo que se formó y a continuación se divide entre el peso del reactivo del cual buscamos su limitante o su peso, después se divide entre el número de moles que se utilizan en el reactivo para formar el compuesto y por último entre uno.(para poder realizar dicha operación se necesita antes ya haber balanceado por el método de tanteo) Este caso sirve de ejemplo: la siguiente reacción me dice que el hierro se hace reaccionar con el oxígeno para producir óxido de hierro 3 (Fe2O3) si el peso es de 12.68 g ¿cuántos serán los gramos del óxido de hierro 3 (Fe2O3) que se pueden obtener a partir de ese clavo? Balanceo por método de tanteo 4Fe + 3O2 - > 2Fe2O 12.68 g Fe (1 mol fe) (2 mol Fe2O3) (160 g Fe2O3) /56 g Fe/4 mol Fe/ 1 mol Fe2O3 = 18.81 g F
Rendimiento Químico En química, el rendimiento , también referido como rendimiento químico y rendimiento de reacción , es la cantidad de producto obtenido en una reacción química.^1 El rendimiento absoluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles ( rendimiento molar ). El rendimiento fraccional , rendimiento relativo o rendimiento porcentual , que sirve para medir la efectividad de un procedimiento de síntesis, es calculado al dividir la cantidad de producto obtenido en moles por el rendimiento teórico en moles: El rendimiento porcentual se obtiene dividiendo el rendimiento real entre el rendimiento teórico y multiplicado por 100%. El rendimiento real es el resultado que la reacción química en verdad produce con todos los factores que se encuentren en el ambiente, se puede acercar al 100%, pero nunca llegar a esa cifra. Rendimiento teórico es el resultado que se calcula cuando la reacción se hace totalmente, se busca el reactivo limitante, con el cual ya podemos encontrar el total de la reacción, si el reactivo límitante se consume totalmente. Uno o más reactivos en una reacción química suelen ser usados en exceso. El rendimiento teórico es calculado basado en la cantidad molar del reactivo limitante, tomando en cuenta la estequiometría de la reacción. Para el cálculo, se suele asumir que hay una sola reacción involucrada. El rendimiento teórico o ideal de una reacción química debería ser el 100%, un valor que es imposible alcanzar en la mayoría de puestas experimentales. De acuerdo con Vogel, los rendimientos cercanos al 100% son denominados cuantitativos , los rendimientos sobre el 90% son denominados excelentes , los rendimientos sobre el 80% muy buenos , sobre el 70% son buenos , alrededor del 50% son regulares , y debajo del 40% son pobres.^1 Los rendimientos parecen ser superiores al 100% cuando los productos son impuros. Los pasos de purificación siempre disminuyen el rendimiento, y los rendimientos reportados usualmente se refieren al rendimiento del producto final purificado.
las ecuaciones cinéticas para procesos químicos catalizados bajo condiciones de catálisis homogénea, heterogénea, y enzimática. Se comprenderán las ecuaciones cinéticas básicas para el diseño de investigación, a nivel industrial o de laboratorio. Se emplearán las teorías microscópicas para determinar coeficientes cinéticos. BIBLIOGRAFIA
