jueves, 5 de mayo de 2022

10. Reacciones de segundo orden | ⏩ Cinética química | Joseleg

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Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad depende de una concentración de reactivo elevada a la segunda potencia o de las concentraciones de dos reactivos cada una elevada a la primera potencia. Para simplificar, consideremos las reacciones de los productos tipo “A productos” o “A + B productos” que son de segundo orden en un solo reactivo, A:

🟦 DEMOSTRACIÓN. Deducir la función que permite calcular la concentración de una sustancia cualquiera para cualquier momento de tiempo t partiendo de la expresión de cambio instantáneo para una reacción de segundo orden

Distinguiendo órdenes de reacción

La ecuación ((10.1), como la ecuación (9.3), tiene cuatro términos y cualquiera de estas puede calcularse conociendo las otras tres. La ecuación ((10.1) también tiene la forma de una línea recta y = mx + b. Si la reacción es de segundo orden, una gráfica de 1/cA versus t produce una línea recta con pendiente k (positiva) e intersección en 1/cA,0. Una forma de distinguir entre las leyes de tasa de primer y segundo orden es hacer sus respectivas gráficas y la que arroje una forma recta será el modelo al que pertenece realmente la ecuación química.

Sin embargo, a veces es más fácil decirlo que hacerlo, debido a los errores experimentales intrínsecos de la realidad del laboratorio, puede que tengamos una serie de datos en la cual resulta un poco difícil distinguir si es una línea recta o una curva. En tales casos emplearemos la función de Excel denominada valor Rcuadrado.

Un modelo lineal y en general cualquier modelo de regresión se ajusta más a los datos medidos si su valor de R cuadrado es 1 o cercano a 1, y entre más diferente es el Rcuadrado de 1, significa que los datos se diferencian de manera cada vez más significativa del modelo empleado.

Por ende, en la práctica lo que vamos a hacer es generar los valores de Rcuadrado de los modelos que deseamos comparar, ya sean exponenciales o lineales, Excel hace ambas regresiones automáticamente, aunque lo más congruente es linealizar para comparar siempre modelos lineales. Aquella regresión (mediante agregar línea de tendencia) que tiene un R cuadrado más cercano a 1, será aquella que tiene sus datos de manera más congruente con el modelo matemático que estamos empleando.

Vida media

Al igual que con las reacciones de primer orden un parámetro importante es el tiempo requerido para consumir cierto porcentaje de un reactivo clave.

🟦 DEMOSTRACIÓN. Demostrar la fórmula para calcular el tiempo necesario para consumir cierto porcentaje de reactivo clave en una reacción de cinética de segundo orden.

️ Ejemplo. Hallar el tiempo requerido para consumir el 50% del reactivo clave para cualquier valor de k en una reacción de segundo orden.

Química de Chang10

️ Ejemplo 13.7a. Los átomos de yodo se combinan para formar yodo molecular en la fase gaseosa I(g) + I(g) → I2(g) Esta reacción sigue una cinética de segundo orden y tiene una constante de velocidad alta 7.0 x 109 / M s a 23°C. (a) Si la concentración inicial de I era 0.086 M, calcule la concentración después de 2.0 min.

️ Ejemplo 13.7b. Los átomos de yodo se combinan para formar yodo molecular en la fase gaseosa I(g) + I(g) → I2(g) Esta reacción sigue una cinética de segundo orden y tiene una constante de velocidad alta 7.0 x 109 / M s a 23°C. (b) Calcule la vida media de la reacción si la concentración inicial de I es 0.60 M y si es 0.42 M

Práctica 13.7a. La reacción 2A → B es de segundo orden con una constante de velocidad de 51/M-min a 24°C. (a) Comenzando con [A]0 = 0.0092 M, ¿cuánto tardará [A]t = 3.7 x 10-3 M?

️ Práctica 13.7a. La reacción 2A → B es de segundo orden con una constante de velocidad de 51/M-min a 24°C. (b) Calcule la vida media de la reacción si la concentración inicial es de A es 0.0092 M.

Química la ciencia central 13

️ Muestra 14.8. Se obtuvieron los siguientes datos para la descomposición en fase gaseosa del dióxido de nitrógeno a 300 °C, NO2(g) → NO(g) + ½ O2(g). ¿La reacción es de primer o segundo orden en NO2?

️ Práctica 14.8.2. La descomposición de NO2 discutida en el ejercicio de muestra es de segundo orden en NO2 con k = 0.543 M-1 s-1. Si la concentración inicial de NO2 en un recipiente cerrado es de 0.0500 M, ¿cuál es la concentración de este reactivo después de 0.500 h?

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