Vamos entonces a empezar con la parte de cinética. Tenemos en el
seminario cuatro ejercicios fundamentales, considero yo los tres primeros.
El cuarto es un pelín más difícil que el resto, ya nos pillará un poco
con ritmo. Pero bueno, los más importantes son los tres primeros.
Entonces, vamos a ir poco a poco. Empezamos por el ejercicio uno, donde nos
dice La descomposición del amoníaco sobre etusteno o bulframio para
formar nitrógeno e hidrógeno es una reacción de orden cero con una
velocidad de 2,5 mols por minuto a 1100 grados Kelvin cuando la
concentración del amoníaco es 0,04. Bueno, vamos a escribir entonces
esto. Tenemos que echar un vistazo de orden cero, orden uno, orden dos en
cinética. No es muy, muy difícil el tema de cinética, pero bueno, hay
alguna cosa que hay que saberse. En este caso, ¿qué es orden cero? Bueno,
pues el orden cero es una reacción química que cumple la siguiente
expresión en el que la velocidad a la que se produce la reacción depende
sólo de la constante de la reacción. Con lo cual, la primera conclusión
que se saca de esta expresión, donde v es igual a k es que la velocidad...
La velocidad no depende de la concentración de los reactivos. Bueno,
entonces nos hablan de la descomposición del amoníaco para formar
nitrógeno e hidrógeno. Es decir, tenemos amoníaco para formar
nitrógeno, vamos a ponerlo de esta manera, más hidrógeno. Todos ellos
gases. La velocidad es de 2,5 por 10 a la menos 4 mol por minuto. Vale,
apartado a, escribes la ecuación de velocidad. Bueno, pues como estamos en
una ecuación de orden cero, la ecuación de velocidad es v igual a k. Esto
es muy sencillo. En el apartado b, donde nos dicen calcula la constante de
velocidad, pues como v es igual a k, k será igual a 2,5 por 10 elevado a
menos 4 mol por minuto. Y apartado c, determina la velocidad cuando la
concentración de amoníaco es 0,5. 0,15 molar. Bueno, pues la velocidad.
¿Cuál es la velocidad en esas condiciones? Pues la misma que antes.
Porque estamos ante una reacción de orden cero que solo depende de la
constante de velocidad. Bueno, pues con este ejercicio nos ha quedado
clarísimo la expresión de la velocidad de una reacción de orden cero.
Bueno, en los ejercicios que vamos a ver ahora, en el 2 y en el 3, vamos a
practicar expresiones de orden superior. Así de paso que hacemos los
ejercicios, repasamos un poco los conceptos. Bueno, espero un minuto que
acabéis de copiar. ¿Estáis? Vale, pues continuamos. Laura, tú, no sé
si has acabado. Vale, pues pasamos. Venga, el ejercicio 2 y el 3 es lo que
os decía al principio. Que para mí son el ejemplo de ejercicio de
cinética que suele caer. Tampoco, a veces no los pongo yo, o sea que no
sé, pero bueno, es el ejemplo tipiquísimo. En el donde nos dan unos
datos, que por cierto aquí están desordenados. Ahora lo explico bien. Y
nos dicen que determinemos la ecuación de velocidad. Vale. Teniendo en
cuenta los datos de la tabla, determina la ecuación de velocidad de la
reacción a más 2b para dar p. ¿Vale? ¿Cómo es la expresión de
velocidad? Bueno, la velocidad de una reacción depende de la naturaleza de
los reactivos que estoy poniendo en juego. La velocidad de una reacción
será igual a una constante de velocidad por la concentración del reactivo
A elevado a un coeficiente m, que no tiene que ver con el coeficiente
estequiométrico, y por la concentración de B, y elevado a otro
coeficiente n. No sé si ves Laura, porque me ha saltado un mensaje de que
estoy fuera de la pantalla. Vale. Bueno, entonces determinar la ecuación
de velocidad para nosotros el primer paso va a implicar determinar el valor
de m y el valor de n, el orden de la reacción. El orden es el valor de m y
el valor de n, y el orden total será m más n. Bueno, para esto nos dan
unos datos que aquí aparecen un poco desordenados. Nos dan el dato de la
velocidad inicial en tres ensayos que hemos hecho independientemente. Las
velocidades están movidas, estas dos, ¿vale? Esta debería venir aquí
encima y esta debería venir aquí encima. La tercera ya está bien.
Entonces, para los experimentos 1, 2 y 3, tenemos tres velocidades y tres
concentraciones iniciales de A y de B. Bueno, pues con esto queremos, con
estos tres experimentos, en tres condiciones, intentaremos hallar la
expresión de la ecuación de velocidad. Entonces, ¿qué es lo que vamos a
hacer? Bueno, pues vamos a intentar dividir entre sí dos experimentos que
tengan igual o bien la concentración de A o bien la concentración de n.
Entonces, por ejemplo, vamos a fijarnos en los experimentos 1 y 3. El 1 y
el 3 tienen la misma concentración de B. ¿Vale? Entonces, vamos a coger
los experimentos 1 y 3. Y entonces vamos a decir, voy a dividir el
experimento 1 entre el experimento 3. De tal manera que yo sé que,
teniendo esta ecuación en mente, que la velocidad es igual a la constante
por la concentración de A elevado a n y por la concentración de B elevado
a n. Entonces, velocidad del experimento 1, pues es 5,7 por 10 elevado a
menos 7, igual a constante, que no sé cuál es, por la concentración de
A, que es 2. 2 por 10 elevado a menos 3, elevado a m. Por la concentración
de B, que es 4. 4 por 10 elevado a menos 3, elevado a n. Vale, estoy
copiando, sustituyendo en la ecuación los datos de esta columna. Vale, y
ahora dividido. Y voy a sustituir en la ecuación los datos de la columna
3. Entonces, será igual a 22,8 por 10 elevado a menos 7, igual a k, por
concentración de A, 4 por 10 a la menos 3, elevado a m, por 4 por 10
elevado a menos 3, elevado a n. Bueno, esto y esto son iguales. Así que
las constantes son iguales. Me voy a cargar, de hecho, también el 10 a la
menos 7 y el 10 a la menos 3, con lo cual he simplificado mucho la
expresión. A mí, de hecho, haciendo esta operación me queda que 0,25,
dividir esto entre esto me da aproximadamente 0,25, es igual a... 0,5
elevado a m. Bueno, ¿qué valor tiene que tener m para que 0,5 elevado a m
dé 0,25? Pues m tendrá que valer 2. Vale. Con lo cual ya tenemos el
primer orden de reacción. Vamos a ver si le hemos sacado la n. Entonces,
vamos a hacer la misma operación que antes. Vamos a buscar... En este caso
hemos encontrado dos experimentos que tienen la misma concentración de b,
que era el 1 y el 3. Bueno, pues vamos a ver si encontramos dos
experimentos que tengan la misma concentración de a, que serán el 1 y el
2. Entonces voy a coger y el experimento 1 y 2 los voy a dividir entre sí,
como antes. Voy a dividir 1 entre 2. Y sustituyo los valores de la columna
1 y 2 en la expresión de velocidad. Vale, pues el primero es igual que
antes. 5,7 por 10 elevado a menos 7 igual a constante por 2,10 a la menos 3
elevado a m por 4 por 10 elevado a menos 3 y esto elevado a m. Dividido por
el 2. El 2 es 11,4 por 10 elevado a menos 7 igual a la constante por 2 por
10... Sí, 2 por 10 elevado a menos 3 elevado a m y 8 por 10 elevado a
menos 3 elevado a n. Bueno, pues de esta expresión se me van las
constantes. Se me va el término que contiene a la m. Voy a simplificar los
10 a la menos 7 y los 10 a la menos 3. Bueno, pues esto a mí me ha dado si
hago las operaciones 0,5 es igual a 0,5 elevado a m con lo cual está claro
que m es igual a 1. Vale, entonces ¿cuál es la ecuación de velocidad?
Bueno, pues teniendo en cuenta esto la ecuación de velocidad es igual a k
por la concentración de a elevado a 2 por la concentración de b elevado a
1. Pues esta es la expresión. Vale, además aquí nos dicen otra cosa me
voy a pintar en otro color nos dice, indica ¿qué le sucederá a la
velocidad y a la constante de velocidad si se duplica el volumen del
recipiente? Bueno, vamos a empezar por la fácil. La constante de velocidad
como bien dice su nombre es constante varía con la temperatura eso sí
pero bueno, no varía con nada más así que que se duplique el volumen del
recipiente a la constante le da lo mismo con lo cual el volumen no afecta
al valor de la constante. Bueno, ¿y la velocidad? Pues vamos a hacer una
operación la velocidad es igual a la constante por concentración de a
para ver bien cuál es el efecto del volumen en lugar de poner
concentración voy a poner los moles de a entre el volumen al cuadrado por
los moles de b entre el volumen. Bueno, si se duplica el volumen el volumen
por 2 la nueva expresión sería velocidad igual a constante por moles de a
partido por 2v al cuadrado por moles de b partido de nuevo por 2v vale voy
a reescribir esta ecuación sacando este 2 para fuera entonces esto sería
igual a k por 1 cuarto de los moles de a partido por v y 1 medio de los
moles de b partido el volumen simplemente estoy sacando el 2 para fuera del
paréntesis con lo cual la velocidad sería igual a constante voy a
reagrupar los volúmenes que he sacado para fuera sería 1 octavo por la
concentración de a me he olvidado aquí del cuadrado por la concentración
de b que le pasa entonces a la velocidad de la reacción cuando se duplica
el volumen que se reduce en 1 octavo os doy un minuto para que terminéis
de copiar, bueno un minuto lo que vamos a y continuamos vale este último
apartado verdad Laura vale entonces efecto del volumen en la constante y en
la velocidad la constante no le afecta porque la constante depende de la
temperatura única y exclusivamente con lo cual el volumen no le afecta
como afecta la velocidad bueno para ser capaces de visualizar como afecta
el volumen igual que la que teníamos aquí en rojo solo que en lugar de
poner concentración ponemos mol partido volumen esta sería la expresión
igual que la de arriba nos dice en el enunciado que duplicamos el volumen
es decir volvemos a escribir la misma expresión pero en lugar de poner v
ponemos 2v vale bueno pues vamos a sacar los términos que no dependen de
la concentración vamos a sacar este 2 de aquí y este 2 para fuera este 2
sería un medio digamos matemáticamente como está elevado al cuadrado al
sacarlo fuera sale como un cuarto y esto también sería 1 partido 2 es un
medio si lo sacamos para fuera de la expresión aquí queda un cuarto y
aquí queda un medio al reagrupar los términos queda un octavo vale esto
os lo pueden preguntar matemáticamente o os lo pueden preguntar
conceptualmente qué pasa si duplico el volumen de la reacción que la
reacción se hace más lenta en este caso hemos calculado como de lenta se
hace o puede ser simplemente una cuestión eso conceptual que vosotros
tengáis claro cuál es el efecto del volumen en la velocidad de una
reacción vale siguiente ejercicio que es muy parecido a lo que acabamos de
hacer tiene ahí algún paso más intermedio pero bueno es del mismo palo
entonces ejercicio 3 a partir de los datos de la tabla obtenidos a 110
grados centígrados determina la ecuación cinética de la siguiente
reacción bueno aquí está este 2 que se nos ha ido de línea 2 más otros
2 de hidrógeno para formar nitrógeno gas más 2 moles de agua gas bueno
nos piden determinar la ecuación cinética de la reacción lo mismo que
antes bueno sólo que tenemos que hacer alguna operación intermedia es
decir antes teníamos también la velocidad de la reacción igual que ahora
y antes nos daban las concentraciones de los dos reactivos antes eran A y B
y ahora son otros reactivos la única diferencia es que aquí estamos
operando en presiones bueno pues sería mejor más adecuado obtener la
concentración del óxido nitroso y la concentración del hidrógeno para
hacer las mismas operaciones que antes pero hallando primero las
concentraciones bueno como lo vamos a hacer como son gases y nos dan el
valor de la temperatura bueno pues yo sé que P por V es igual a nRT quiero
calcular la concentración bueno pues como voy a hacer voy a dejar n
partido V en esta expresión mol partido volumen es la concentración vale
y despejando entonces esto lo calculo como la presión partido por R y por
T vale reescribiendo los términos entonces la presión que ya la tengo me
la dan en la tabla la temperatura también la tengo que son 110 grados
kelvin la constante R no os la doy en el examen suelen darla es lo que
siempre digo a veces se olvida pero bueno R tendría que venir como un dato
sabéis que es 0,082 atmósferas por litro partido mol y kelvin si esta
constante vamos no se os va a olvidar en la vida vale entonces aplicamos
esta ecuación para cada uno de los valores de la presión de los dos
reactivos y calculamos los valores de concentración vale ya no voy a hacer
las operaciones detenidamente y pongo directamente los resultados entonces
saldría pues 0,05 0,15 y 0,15 y para el hidrógeno saldría 0,025 0,025 y
0,10 bueno pues una vez que hemos hecho esto la forma de determinar la
ecuación cinética de la reacción es lo mismo que antes vale como era
entonces la expresión general de la ecuación cinética de esta reacción
será velocidad igual a constante por concentración del óxido nitroso
elevado a un orden de reacción que no depende del ajuste estequiométrico
es m por concentración de hidrógeno elevado a un orden n que no depende
del coeficiente estequiométrico tenemos que determinar m y m para hacer
esto tenemos que dividir un experimento entre otro intentando en cada caso
dividir concentraciones iguales de un reactivo y luego del otro entonces
empezamos por ejemplo vamos a dividir los experimentos 1 y el 2 sustituimos
los experimentos 1 y 2 en la ecuación de velocidad teórica entonces
velocidad del experimento 1 pues es 3 por 10 elevado a menos 5 igual a
constante por concentración que es 0,05 elevado a m y concentración del
segundo reactivo que es 0,025 elevado a n experimento 2 9 por 10 elevado a
menos 5 igual a k por 0,15 elevado a m por 0,025 elevado a n bueno pues
ahora simplifico el objetivo siempre es que se me vaya uno de los
coeficientes para poder calcular el otro entonces soy capaz de quitar aquí
el término que contiene a n vale me cargo los valores de k y me voy a
cargar incluso los 10 elevado a menos 5 bueno pues si hago entonces esas
divisiones me queda un tercio igual a un tercio elevado a m vale pues m
esta claro que es igual a 1 bueno pues voy a ver ahora si se capaz de
averiguar el valor de n bueno pues para n voy a dividir el experimento 2
entre el 3 vale bueno pues voy allá entonces número 3 venga pues voy
sustituyendo el 2 2 es 9 por 10 elevado a menos 5 igual a constante por
0,15 elevado a m por 0,025 elevado a n dividido por el experimento 3 y el 3
es 3,6 por 10 elevado a menos 5 igual a la constante por 0,15 elevado a m
3,6 por 10 elevado a menos 4 esta mal o si es menos 4 voy a borrar bien y
no dejar aquí este manchurro ahí 4 vale vale concentración de 0,10
elevado a n vale me cargo el término que contiene la m elimino también
las constantes vale pues si hago estas divisiones me da 4 igual a 4 elevado
a n con lo cual n también es igual a 1 entonces cuál será mi ecuación
cinética pues será igual velocidad igual a constante por concentración
de n o concentración de h2 el orden total que no se pregunta vale el orden
total es igual a 2 no se pregunta pero bueno bueno podríamos incluso hacer
un determinar la constante y poner una expresión de la velocidad más
ajustada si ya sabemos cuál es el orden de la reacción bueno pues para
cualquiera de estas expresiones pues la constante será igual a la
velocidad por la concentración de n o concentración h2 ahora que ya sé
cuáles son los coeficientes y para cualquiera de estos valores pues digo
pues 3 por 10 elevado a menos 5 divido por 0,05 por 0,025 y esto me da
0,024 las unidades son molar menos 1 partido segundo fijaros las unidades
de las constantes las unidades de la constante va a depender de la
expresión de velocidad claro de si estos reactivos están elevados a 1 a 2
a 3 o sea que bueno las expresiones de las constantes siempre varían bueno
y entonces si calculamos el valor de la constante podríamos incluso afinar
un poco más y decir que la velocidad de una reacción es igual a 0,024 por
concentración de los dos reactivos muy bien pues vamos a ir a por el
cuarto ejercicio vale entonces en el cuarto ejercicio bueno diría que en
cuanto a dificultad es el más complicado de los que vamos a ver hoy pero
bueno lo que hemos visto hasta ahora es muy sencillo entonces bueno vamos a
subir un pelín el orden de dificultad tampoco es muy complicado y
aprovechamos voy a pasar de página para ver una reacción de primer orden
vimos una reacción de orden 0 venga pues hacemos una reacción de primer
orden y así nos sirve también para repasar bueno pues nos dicen que en
una reacción de primer orden de tipo a para dar b más c que es primer
orden muy bien vamos a eso una reacción de primer orden es una reacción
que obedece cuya cinética sigue esta expresión la velocidad depende la
velocidad de una reacción depende de la constante de la velocidad y de la
concentración del reactivo a así tal cual esto es una reacción de primer
orden por otro lado en una reacción de primer orden el reactivo a va a
empezar a reaccionar se va a ir consumiendo con el tiempo para formar b y c
bien esto matemáticamente lo expresamos como que el reactivo a es decir la
diferencial de la concentración del reactivo a se va a ir consumiendo le
ponemos el signo menos con el tiempo bueno tenemos dos expresiones de
velocidad para expresar como ocurre una cinética de orden uno que las
podemos igualar entonces la desaparición del reactivo a con el tiempo va a
ser una función de la constante de la velocidad y de la concentración de
a reordenando estos términos ponemos menos diferencial de concentración
de a partido concentración de a va a ser igual a k por diferencial de t
bueno para sacar los valores vamos a integrar dejando la constante fuera
entre una concentración inicial y una concentración final y un tiempo
inicial y un tiempo final y la integral de esta expresión es el la
integral de esta expresión es el logaritmo neperiano de la concentración
de a menos el logaritmo neperiano de la concentración inicial que este es
igual a menos k por t tenéis además no lo sé pero en primero tenéis
cálculo o matemáticas o matemáticas son y matemáticas vale este tipo de
integraciones la verdad es que no necesitáis tampoco un nivel de
matemáticas altísimo para la química yo creo que el único tema en el
que hay que hacer alguna integración es en este, en cinética y son
integraciones son integrales muy sencillas y luego en el resto es todo muy
fácil pero bueno como además tenéis matemáticas ahora en primero este
tema lo tenéis super fresco bueno entonces esto es una cinética de orden
1 vale de primer orden y esto nos lleva a esta expresión si estudiáis el
tema por cierto veréis que esto se representa esta expresión de aquí se
representa vamos a ver el logaritmo neperiano de la concentración de a
frente al tiempo esto como es negativo tiene que salir algo así tiene que
salir una recta negativa ¿no? sale negativo ¿no? de la cual la ordenada
en el origen es el logaritmo neperiano de la concentración de a inicial y
de la pendiente se determina el valor de la constante vale gráficamente
sería así aunque no necesitamos hacerlo gráficamente esto era
simplemente por hacer un apunte bueno entonces a nosotros nos dicen en una
reacción de primer orden del tipo a para dar b y c experimentalmente que
la concentración inicial de a se reduce al 30% en 10 horas bueno entonces
apartado a nos dice que al cabo de 10 horas la concentración de a es el
30% de la concentración inicial bueno como ya tenemos esta expresión de
arriba ya vamos a ir directamente a ella quiere decir que el logaritmo
neperiano de 0,30 por la concentración inicial de a menos el logaritmo
neperiano de la concentración inicial de a es igual a menos k por t que
son 10 horas bueno pues si reordenamos los términos esto me queda como el
logaritmo neperiano de concentración inicial de a partir 0,30
concentración inicial de a igual a la esto me va para allá dejarme ver el
signo esto se va para allá y va positivo entre esto signo menos o no vale
con lo cual esto se me va con esto y de aquí soy capaz de sacar el valor
de la constante me lo voy a poner aquí abajo porque no sé si se ve bien
el valor de la constante me da 0,120 como el tiempo lo metimos en horas
pues esto me queda horas menos 1 bueno y ahora me dice calcula el tiempo
transcurrido para que la concentración se reduzca al 80% de la inicial
vale entonces al 80% bueno entonces al 80% quiere decir que la
concentración de a final será el 0,8 de la concentración de a inicial si
escribo ya directamente una expresión similar a la del apartado anterior
sería lo mismo que decir que el logaritmo neperiano de la concentración
inicial partido 0,80 de la concentración inicial de a fijaros que ahora me
están preguntando el tiempo porque la constante si esto siempre lo digo
como dice su nombre es constante luego me vale la que he calculado antes
por t se me van las concentraciones y de aquí puedo despejar el tiempo que
si no he si lo he hecho todo bien a mi me salen 1,86 horas bueno ya veis
que no era muy difícil tampoco ya hemos aprovechado para repasar la
cinética de primer orden no hemos hecho ningún ejercicio no tengo más de
cinética de segundo orden que sería ya la última que os queda por ver
bueno si queréis que os prepare un ejercicio os puedo subir y nada y ahora
el siguiente día nos toca ácido-base o todavía no no lo sabemos yo
tampoco lo sé vivimos al día el siguiente día que ya es después de
semana santa por el medio de una semana y volvemos ya el martes que viene
bueno pues nada ha quedado el seminario para el orden 2 las fórmulas son
las del ejercicio 2 no os voy a subir el resumen que esta semana me olvidé
entonces en el resumen que tengo ya vienen especificadas las cinéticas
casi es lo más importante del tema que os aprendí y la de abajo porque es
así siempre esta al final es así siempre esto es como R que será igual
de A con respecto al tiempo siempre es así porque depende del orden claro
en algunas es el logaritmo en otras es la inversa entonces el orden 1
siempre es así sí en la del orden 2 estas son las inversas una inversa de
A igual a inversa de A inicial más K por T como son siempre las mismas
esto es como lo que decíamos de la constante de los gases si haces unos
cuantos ejercicios te las aprendes bueno pues aquí lo dejamos y hoy pues
nada nos despendolamos y acabamos 9 minutos antes