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concepto velocidad de reacción - Contenido educativo

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Subido el 15 de octubre de 2020 por Laura G.

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Bien, buenos días. Vamos a empezar el tema de cinética, ¿de acuerdo? Es un tema bastante corto y vamos a empezar con el primer concepto que es que la cinética es la parte de la química que se va a encargar de estudiar las reacciones químicas, ¿vale? 00:00:03
En concreto va a estudiar el aspecto cinético, por lo tanto va a estudiar la velocidad de la reacción de estas reacciones, ¿vale? 00:00:29
Bien, ¿qué es la velocidad de reacción? La velocidad de reacción, que lo tendríamos aquí, es el cambio en la concentración de las especies por unidad de tiempo, ¿vale? 00:00:40
es decir, cambio de concentración en la unidad de tiempo 00:00:52
Vosotros en Cinemática del año pasado 00:00:57
estabais acostumbrados a que la velocidad 00:01:01
es el cambio del vector desplazamiento en la unidad de tiempo 00:01:06
Pues en este caso, como es velocidad de reacción química 00:01:14
es cambio de concentración en la unidad de tiempo 00:01:18
¿Cuáles van a ser entonces las unidades que nosotros vamos a utilizar? 00:01:20
Las unidades que nosotros vamos a utilizar son mol por litro a la menos uno por segundo a la menos uno. 00:01:28
Entonces es importante que os deis cuenta de que esta forma de tener expresada la velocidad 00:01:34
mol litro menos uno segundo a la menos uno es lo mismo que tener mol partido de litro por segundo, ¿vale? 00:01:41
Pero es más habitual encontrárnoslo siempre de esta manera, ¿vale? 00:01:53
Bien, vamos a hablar un poquito más de cómo se expresa esta velocidad de reacción, ¿vale? 00:01:59
Nosotros sabemos que en una reacción química los reactivos evidentemente van a desaparecer 00:02:07
mientras que los productos, evidentemente, se van a formar y van a aparecer, ¿vale? 00:02:11
Entonces, la velocidad va a medir cómo cambian esas cantidades de reactivos y de productos. 00:02:17
Entonces, nosotros la velocidad de reacción la vamos a definir como la variación de la concentración 00:02:23
de un reactivo o de un producto en la unidad de tiempo. 00:02:27
Imaginar que tenemos esta reacción, donde A más B da C más D, ¿vale? 00:02:30
y A minúscula, B minúscula, C y D minúsculas son los coeficientes estequiométricos de la reacción química, ¿vale? 00:02:35
Entonces, se define la velocidad media de la reacción como menos uno partido por el coeficiente A, 00:02:44
variación de la concentración de A en la variación del tiempo. 00:02:50
Este término sería la velocidad de la especie A, ¿vale? 00:02:54
Lo mismo con B, este término sería incremento de B en el incremento del tiempo sería la velocidad de B, esta sería la velocidad de C y este término de aquí sería la velocidad de D, ¿vale? 00:02:59
Bien, entonces es importante que os deis cuenta de una cosa, que los términos asociados a los reactivos tienen el signo menos y los términos asociados a los productos tienen el signo más. 00:03:18
¿Por qué? Porque, como os voy a indicar luego, la velocidad de A y la velocidad de B van a ser negativas, porque están desapareciendo, son reactivos. 00:03:29
Se le pone el menos delante para que esa velocidad de reacción sea positiva, mientras que C y D, al ser productos y aparecer en la reacción, van a tener velocidades positivas. 00:03:39
Es decir, esto sería la velocidad media. Y la velocidad media se expresa en forma de incrementos. 00:03:51
Vamos con un concepto muy importante que es el concepto de velocidad instantánea 00:03:58
Vosotros el año pasado estudiabais la velocidad instantánea como la derivada de la posición en la derivada del tiempo 00:04:03
Es decir, lo estamos expresando para un instante de tiempo muy pequeño 00:04:10
Cuando en matemáticas se asocia este término, velocidad instantánea, se asocia al concepto de derivadas 00:04:14
Entonces la velocidad ahora es menos 1 partido por a, se mantiene lo de antes, pero ahora es derivada de a en derivada del tiempo. 00:04:23
Es decir, que lo que antes yo denominaba incremento, ahora voy a denominarle derivada. 00:04:32
Es decir, el incremento lo he sustituido por derivada, puesto que ahora me estoy refiriendo a un incremento muy pequeño del tiempo. 00:04:37
Pero veis que la expresión es la misma, solo que sustituyo el incremento por la derivada. 00:04:44
Vamos a seguir. 00:04:53
Bueno, esto ya os lo he comentado y esto es importante que lo entendamos. 00:04:56
En una reacción, a medida que avanza el tiempo, los reactivos evidentemente van a disminuir la concentración, van a ir desapareciendo y los productos lo que van a hacer es ir aumentando. 00:05:00
Por eso la velocidad de los reactivos es negativa y la velocidad de los productos es positiva. 00:05:10
Bien, vamos a hacer un ejemplo de aplicación de esto y tenemos una reacción química en la que hemos cogido datos de concentración de las especies en intervalos de un minuto, de 60 segundos, que lo tenemos aquí en segundos. 00:05:14
Entonces tenemos la formación del amoníaco, la tenemos ajustada 00:05:33
Y tenemos las concentraciones del nitrógeno, del hidrógeno y del amoníaco 00:05:37
Vemos al inicio de la reacción y cuando han pasado 60 segundos 00:05:43
Entonces en el primer apartado nos pregunta que calculemos la velocidad de cada especie 00:05:48
Entonces nos está preguntando la velocidad de cada especie 00:05:53
Es decir, la velocidad del nitrógeno, la velocidad del hidrógeno y la velocidad del amoníaco 00:05:56
¿Vale? Pues vamos a explicar cómo se haría esto y lo voy a poner aquí, voy a empezar haciéndola del nitrógeno y vamos con ello, ¿vale? 00:06:01
Entonces, como es velocidad de cada especie, la velocidad del nitrógeno sería la variación de la concentración de nitrógeno en la variación del tiempo, perdón. 00:06:15
entonces si nosotros sustituimos los datos 00:06:33
la variación de la concentración es final menos inicial 00:06:37
entonces es 0,4 menos 0,5 00:06:40
y el tiempo sabéis que son 60 segundos 00:06:45
entonces si nosotros hacemos esto 00:06:49
nos da menos 0,1 entre 60 00:06:52
Y eso si lo calculamos da menos 1,6 por 10 a la menos 3. ¿Qué unidades le voy a tener que poner? Pues unidades de concentración, mol por litro a la menos 1 por segundo a la menos 1, ¿vale? Entre unidades de tiempo, que son unidades de velocidad de reacción. 00:07:02
Esta sería la velocidad del nitrógeno. Vamos con la del hidrógeno, que la voy a calcular aquí. Lo mismo, la velocidad del hidrógeno, de la especie hidrógeno, es la variación de la concentración del hidrógeno en la variación del tiempo. 00:07:29
entonces lo mismo, 0,2 menos 0,5 y esto lo dividimos entre 60 00:07:49
entonces esto es menos 0,3 entre 60 00:08:02
y si esto lo calculamos nos da menos 5 por 10 a la menos 3 00:08:09
lo mismo, unidades de velocidad 00:08:18
¿Vale? Empieza la menos tres, mol, litro menos uno, segundo menos uno, ¿vale? Bien. Fijaros que son negativas porque tanto el hidrógeno como el hidrógeno son reactivos y están desapareciendo, ¿vale? De la reacción, ¿vale? 00:08:22
Y vamos a hacer la última, que sería la del amoníaco, ¿vale? Que si la hacemos rápidamente, ¿vale? Me voy a saltar el primer paso, la velocidad del amoníaco, se haría variación de la concentración de amoníaco en el tiempo, ¿vale? Me lo salto, pero habría que ponerlo y sería 0,2 menos 0, que es 0,2 entre 60, ¿vale? 00:08:41
entonces si hacéis esta operación 00:09:04
0,2 entre 60 00:09:07
os da 00:09:09
3,3 00:09:10
por 10 a la menos 3 00:09:13
mol 00:09:16
litro menos 1 00:09:18
segundo menos 1 00:09:22
entonces a ver, es importante que os fijéis 00:09:24
que esta velocidad sí que es positiva 00:09:27
puesto que el amoníaco 00:09:28
perdón, el amoníaco 00:09:30
que tendríamos aquí 00:09:31
es un 00:09:33
producto de la reacción química, ¿vale? 00:09:34
Bueno, lo marco aquí con los colores para que lo veáis, ¿vale? 00:09:41
Bien, estas serían las velocidades de cada especie, ¿vale? 00:09:45
Pero nos está preguntando en el siguiente apartado la velocidad de reacción, ¿vale? 00:09:50
Entonces fijaros que las velocidades son distintas 00:09:54
puesto que tienen distintos coeficientes estequiométricos. 00:09:57
Si comparamos, la velocidad del nitrógeno es la tercera parte de la velocidad del hidrógeno y la velocidad del amoníaco es el doble de la velocidad del nitrógeno, ¿vale? Es decir, se está cumpliendo la estequiometría. 00:10:01
Si la velocidad de este valdría 1, pues la de este valdría 3 y la de este valdría 2, ¿vale? Es decir, estamos teniendo en cuenta la estequiometría de la reacción. 00:10:16
Es decir, que el hidrógeno reacciona tres veces más rápido que el nitrógeno y el amoníaco se forma dos veces más rápido que lo que desaparece del nitrógeno, ¿vale? 00:10:25
Bien, vamos a calcular en el B la velocidad de reacción. 00:10:38
Entonces, bueno, para calcular la velocidad de reacción, sabéis que tenemos la expresión anterior, ¿vale? 00:10:42
La voy a poner que la velocidad media de la reacción, sabéis que es menos 1 partido por A, variación de la concentración de A en la variación del tiempo y que esto es igual, puntos suspensivos, ¿vale? 00:10:49
Entonces, en esta reacción en concreto sabemos lo que vale A, B y C, que serían los coeficientes. 00:11:11
Entonces, en este problema nosotros tenemos que la velocidad media, si la expresamos en función de sus especies, es menos variación de concentración de nitrógeno en la variación del tiempo. 00:11:18
Esto es igual a menos 1 partido por 3, que es el coeficiente del nitrógeno, que lo tenemos arriba, variación de la concentración de hidrógeno en el tiempo. 00:11:36
y para el caso del amoníaco que es el producto es positivo 00:11:55
1 partido por 2 que es su coeficiente, variación del amoníaco en el tiempo 00:12:02
bien, que es importante que os deis cuenta, pues que podéis utilizar cualquiera de los tres 00:12:11
porque estos son igualdades 00:12:19
entonces yo lo que voy a hacer es darme cuenta de que estos incrementos que tenemos aquí 00:12:22
son las velocidades que hemos calculado antes, esta sería la velocidad del N2, me explico, esta sería la velocidad del hidrógeno 00:12:30
y este término que tenemos aquí chicos sería la velocidad del amoníaco, pues entonces sabiendo esto y que hemos calculado antes las velocidades 00:12:41
voy a utilizar simplemente la del nitrógeno por facilidad, porque no tengo que dividir ni multiplicar por nada 00:12:55
sé que la velocidad media, cojo solamente la primera igualdad, sería menos la velocidad del nitrógeno. 00:13:01
Entonces la velocidad del nitrógeno la hemos calculado aquí, menos 1,6 por 10 a la menos 3. 00:13:14
Como tengo que ponerle el menos delante, pues se me convierte en positivo, es decir, 1,6 por 10 a la menos 3, 00:13:20
mol por litro menos uno 00:13:27
por segundo menos uno, ¿de acuerdo? 00:13:32
Y esta sería la velocidad media de esa reacción en ese intervalo de tiempo 00:13:36
¿vale? En ese intervalo de tiempo. Evidentemente 00:13:40
si nosotros tuviésemos más tiempos, más intervalos de tiempos 00:13:44
esa velocidad de reacción cambiaría según el intervalo de tiempo en el que nosotros 00:13:48
lo estuviésemos mirando, ¿vale? Bien, entonces 00:13:52
vamos con el último apartado que dice que expresemos la velocidad de dicha reacción, 00:13:56
es decir, la velocidad de dicha reacción, pero de forma diferencial, es decir, que expresemos 00:14:02
la velocidad instantánea, ¿vale? Entonces, bueno, voy a cambiar de página y nosotros 00:14:07
voy a escribir la reacción. Nosotros tenemos que el nitrógeno reacciona con 3D hidrógeno 00:14:14
y forma una sustancia que es el amoníaco 00:14:24
y esta sería la reacción ajustada 00:14:29
entonces si nosotros expresamos la velocidad diferencial de reacción 00:14:34
que esta pregunta la suelen poner y es muy sencillo 00:14:39
es simplemente aplicarla 00:14:42
la velocidad instantánea de esta reacción sería 00:14:43
menos 1 partido por 1 00:14:47
porque aquí hay un 1 00:14:50
aunque no se pone, este 1 no se pone pero es un 1 00:14:53
y ahora en vez de ser incremento sería diferencial de la concentración del nitrógeno 00:14:56
entre el diferencial del tiempo, sustituyo incrementos por diferenciales 00:15:05
esto también es igual, el coeficiente en este caso es 3, pues menos también porque es un reactivo 00:15:10
1 partido por 3, diferencial de la concentración de hidrógeno entre el diferencial del tiempo 00:15:17
y en este caso es un 2, pues por lo tanto pondríamos 1 partido por 2, en este caso positivo porque se trata de un producto 00:15:26
diferencial de la concentración de amoníaco entre el diferencial del tiempo, ¿vale? 00:15:37
Bien, y con esto habríamos escrito la expresión de la velocidad instantánea o también la expresión diferencial, ¿vale? 00:15:47
Pues si os lo preguntan de las dos maneras, pues que sepáis que nos referimos a lo mismo, ¿vale? 00:16:03
Expresión diferencial de v, ¿vale? 00:16:11
Que sería la velocidad, ¿vale? 00:16:18
Bien, voy a haceros unos comentarios importantes y es que, bueno, esto ya lo he ido comentando, 00:16:22
es que observamos en este ejemplo que la velocidad es negativa para los reactivos, lo hemos visto, ¿por qué? 00:16:31
Pues porque lo que hacen es desaparecer y positiva para los productos, porque se forman. 00:16:36
Que el valor es distinto para cada una de las especies porque depende de la estequiometría de la reacción, ¿vale? 00:16:41
Entonces, claro, es lo que os he dicho. 00:16:47
Un mol de nitrógeno reacciona con 3 de hidrógeno y forma 2 de amoníaco, es decir, que la velocidad del hidrógeno va a ser 3 veces más pequeña que la del hidrógeno 00:16:49
y va a ser 2 veces más pequeña que la de formación del amoníaco, ¿vale? 00:16:58
Y luego, importante, que esto también os lo he comentado, pues que la velocidad va a depender del intervalo de tiempo que yo esté considerando, ¿vale? Pero que la concentración de estas sustancias, evidentemente, varía con el tiempo y, por lo tanto, va a depender del intervalo de tiempo en el que yo lo esté mirando, ¿vale? 00:17:01
Autor/es:
laura garcia garcia
Subido por:
Laura G.
Licencia:
Todos los derechos reservados
Visualizaciones:
21
Fecha:
15 de octubre de 2020 - 19:04
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ISIDRA DE GUZMAN
Duración:
17′ 24″
Relación de aspecto:
1.97:1
Resolución:
1024x520 píxeles
Tamaño:
28.34 MBytes

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