Post on 18-Jan-2016
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Universidad Nacional Autónoma
de México
Facultad de Estudios Superiores
“Zaragoza”
Ingeniería de Reactores
Equipo 1
González Morales Bibian Michelle
Reyna Morales Mariano M.
Grupo: 4801
Velocidad de reacción
Es el número de moles de reactivo que reacciona por unidad de tiempo por unidad
de volumen (mol/dm3 s).
La ecuación que nos permite calcular esta velocidad es:
r=k (T ) ¿
Siendo
- k es la constante de rapidez que depende solo de la temperatura
- r la rapidez de la reacción
- α y β correspondientes al orden de la reacción
Esta se puede ver afectada por la naturaleza de los reactivos, temperatura,
presión (gases) o con la presencia de algún catalizador.
Ley de acción de masas (constante de equilibrio)
Teniendo una reacción reversible donde:
aA+bB←→ cC+dD
Se debe cumplir que
K c=¿¿
A esta expresión es a la que le llamamos ley de acción de masas, en donde si la
temperatura no cambia independientemente de las concentraciones de reactivos o
productos el valor de la constante de equilibrio es el mismo. Por lo tanto el valor de
esta constante solo depende de la temperatura del sistema.
Sin embargo esta ley solo se cumple para disoluciones diluidas o para gases a
bajas presiones. Si en la reacción intervienen gases a presiones altas o sustancias
a concentraciones altas se debe incluir un factor de corrección, denominado
coeficiente de actividad
El coeficiente de actividad es una medida del grado de divergencia del
comportamiento de la sustancia con respecto a su comportamiento ideal
El cual se encuentra definido como:
ln γi=Gex
RT
Siendo posible conocer el valor de esta a través de la serie de Redlich-Kister o el
método de las constantes azeotropicas. Este únicamente siendo posible utilizarlo
para disoluciones liquidas.
Serie de Redlich-Kister
Gex
RTx1 x2
=B+C (x1−x2)+D ¿
Donde B, C y D dependen de la naturaleza del sistema y la temperatura.
Si se tiene una disolución gaseosa es necesario incluir la fugacidad como método
de corrección del grado de divergencia que tienen estos gases con respecto a su
comportamiento ideal. Siendo posible calcularla por medio de un modelo
matemático, como:
Modelo matemático ln Φi
Ecuación de Redlich Kwong Z−1−ln (Z−B )− a
bRT32
ln (1+h)
Correlación generalizada
para los coeficientes
viriales
BPRT
+(C−B2 ) P2
2¿¿
Ecuación de Van Der Waals Z−1−ln (Z−B )− aRT V
Ecuación de Soave Z−1−ln (Z−B )− abRT
ln (1+h)
Ecuación de Peng Robinson Z−1− ln (Z−B )− A
2√2 Bln ( Z+2.414 B
Z+O .414B)
Estequiometria
La estequiometria es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactivos y
productos en el transcurso de una reacción química
Las relaciones estequiometrias entre las cantidades de reactivos consumidos y
productos formados dependen directamente de la ley de conservación de masa.
Balanceo de reacciones químicas
Existen diferentes métodos para poder balancear una ecuación química, algunos
de ellos son:
- El balanceo por tanteo, este se basa simplemente en la modificación delos
diferentes coeficientes de la reacción, tanto del lado de los productos como
de los reactivos para que se pueda cumplir la ley de conservación de la
materia, es decir, que exista la misma cantidad de moléculas tanto en los
productos como en los reactivos.
- Balanceo algebraico: se basa en el planteamiento de un sistema de
ecuaciones en la cual los coeficientes estequiométricos participan como
incógnitas, procediendo luego a despejar estas incógnitas. Es posible sin
embargo que muchas veces queden planteados sistemas de ecuaciones
con más incógnitas que ecuaciones, en esos casos la solución se halla
igualando a uno de cualquiera de los coeficientes a 1 y luego despejando el
resto en relación a él. Finalmente se multiplican todos los coeficientes por
un número de modo tal de encontrar la menor relación posible entre
coeficientes enteros.
En el ejemplo:
Para el elemento hidrógeno (H) hay 4·a átomos en los reactivos y 2·d átomos
en los productos. De esta manera se puede plantear una condición de igualdad
para el hidrógeno:
Hidrógeno: 4·a = 2·d
Y procediendo de la misma forma para el resto de los elementos
participantes se obtiene un sistema de ecuaciones:
Hidrógeno: 4·a = 2·d
Oxígeno: 2·b = 2·c + d
Carbono: a = c
Con lo que tenemos un sistema lineal de tres ecuaciones con cuatro incógnitas
homogéneo:
Al ser un sistema homogéneo tenemos la solución trivial:
Pero debemos buscar una solución que no sea trivial, ya que esta implicaría que
no hay "ningún" átomo, y no describe el planteo químico, proseguimos a
simplificar:
Si, la tercera ecuación, la cambiamos de signo, la multiplicamos por dos y le
sumamos la primera tendremos:
Pasando d al segundo miembro, tenemos:
Con lo que tenemos el sistema resuelto en función de d:
Se trata en encontrar el menor valor de d que garantice que todos los coeficientes
sean números enteros, en este caso haciendo d= 2, tendremos:
Sustituyendo los coeficientes estequimétricos en la ecuación de la reacción, se
obtiene la ecuación ajustada de la reacción:
Ésta dice que 1 molécula de metano reacciona con 2 moléculas de oxígeno para
dar 1 molécula de dióxido de carbono y 2 moléculas de agua.
Tipos de reacciones
En general se podría dividir las reacciones en dos grandes ramas:
Reacciones Homogéneas: es la que se efectúa en una sola fase
Reacciones Heterogéneas: es la que al menos requiere la presencia de dos o más
fases para que se pueda efectuar la reacción.
A su vez estas se pueden dividir en Reacciones no catalizadas o reacciones
catalizadas, siendo las catalizadas en las cuales se ve afectada su velocidad de
reacción por la presencia de un catalizador.
Las variables que afectan a cada uno de este tipo de reacciones son diferentes,
puesto que una reacción homogénea se ve afectada solamente por la
temperatura, la presión y la composición.
Sin embargo en una reacción heterogénea, como es más de una fase, se ven
involucrados, además, la transmisión de calor y/o materia, además que si esta
consta de varias etapas, la etapa más lenta de la serie es la que ejerce un mayor
control durante el proceso.
Reacciones elementales y no elementales.
Una reacción elemental es aquella cuyas concentraciones de reactivos en la
ecuación de velocidad corresponden a sus coeficientes estequiométricos.
Teniendo una reacción:
aA+b B←→cC
Se tiene que cumplir:
r=k ¿
Siendo r la rapidez de la reacción y
k la constante de rapidez
Una reacción no elemental es aquella cuyas concentraciones de reactivos en la
ecuación de velocidad no corresponden a sus coeficientes estequiométricos.
Teniendo una reacción:
aA+b B←→cC
Se tiene que cumplir:
r=k ¿
Orden de reacción
n=orden de reacción, este número (entero o fraccionario) se obtiene
experimentalmente y describe la forma en la que la velocidad depende de la
concentración del reactante. Con base a los valores más comunes de n se
clasifican las reacciones químicas de la siguiente manera:
- Reacciones de orden cero: la velocidad de reacción es constante y
entonces independiente de la concentración del reactante
- Reacción de primer orden: la velocidad de reacción es directamente
proporcional a la concentración del reactante
- Reacción de segundo orden: la velocidad de reacción es proporcional al
cuadrado de la concentración del reactante
BIBLIOGRAFIA
*Elementos de las Reacciones Químicas. H. SCOTT FOGLER, Pearson
Educación
*Introducción a la Teoría de los Reactores Químicos. Desing. Limusa
*http://ocw.uv.es/ciencias/1-1/teo_cinetica_nuevo_pdf
*http://www.unam.es/docencia/reyero00/docs/velocidad_de_reaccion2.pdf
*http://pendientedemigracion.ucm.es/info7diciex/programas/química/html/
veloreacci.html
http://mestreacasa.gva.es/c/document_library/get_file?
folderld=500005158973&name=DLFE-352457.pdf
*http://cvb.ehu.es/open_course_ware/castellano/experimentales/cineticaqui/
transparencias-de-los-temas/transparencias_tema_02.pdf