UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
CINETICA QUIMICA
Y DISEÑO DE
REACTORES I
Ing.. Ms. C. CESAR OSORIO CARRERA
Introducción a la
cinética química y
el diseño de
reactores
Introduccion
Las reacciones químicas se producen incesantemente en la
naturaleza y son la base de numerosos procesos químicos
industriales
Papel de la cinética química en el diseño de
reactores químicos
La cinética química tiene como objetivo predecir y entender el
comportamiento de las reacciones químicas y proporciona la
metodología para su descripción matemática ( ecuación de
velocidad).
Cinética química
Estudio de la velocidad a la que ocurren las reacciones quimicas,
considerando todos los factores que influyen en ella y en que grado le
afecta.
Intenta responder a las siguientes preguntas
¿ Con que rapidez/velocidad desaparecen los reactivos y aparecen los
productos?
¿Cómo responde la reacción a los cambios de las condiciones ambientales?
¿Cuáles son los factores que afectan a la velocidad de reacción?
¿Cómo se puede expresar matemáticamente la velocidad de reacción y la
evolución de las especies químicas que participan a lo largo del transcurso
de la reacción química?
¿Cuál es el mecanismo de la reacción?
Reacción química
Una reacción química es un proceso en el que unas especies químicas
denominadas reactivos se convierten en otras especies químicas
denominadas productos
Clasificación de las reacciones químicas
En función del numero de fases que intervienen:
Homogeneas: Son aquellas que ocurren en una sola fase,
normalmente entre liquidos o gases miscibles entre si
Heterogeneas: Son aquellas que ocurren en un medio con mas
de una fase y normalmente en los alrededores de la interfase que
separa las mismas.
Bifasicas : gas-liquido, gas-sólido, sólido-sólido, liquidoliquido, liquido-sólido
Multifasicas: gas-liquido-sólido, sólido-sólido-sólido
En función del sentido en que ocurren:
Irreversibles : es la que ocurre en una sola direccion
hasta que se agota el reactivo limitante.
Reversible: es la que puede ocurrir en ambas direcciones,
dependiendo de las concentraciones de los reactivosy
productos con relacion a las concentraciones permitidas
por el equilibrio quimico.
2N2O5(g)
4NO2(g) + O2(g)
REPASO DE ALGUNOS
CONCEPTOS
TERMODINAMICOS
BASES TERMODINAMICAS DE LAS REACCIONES
G  0
: Reacción espontánea.
1
CO( g )  NO( g )  CO2 ( g )  N 2 ( g ) G  -82,2 Kcal
2
(tóxi cos )
(inertes)
Esta reacción es muy lenta.
1
H 2 ( g )  O2 ( g )  H 2 O(l )
2
G  -56,69 Kcal
También es muy lenta.
El equilibrio en sistemas químicos
• Cuando se coloca en un recipiente de
volumen conocido a temperatura constante
una muestra de 2N2O5(g), éste se descompone:
2N2O5(g)
4NO2(g) + O2(g)
• Cuando la concentración de los productos
aumenta los mismos se convierten en
reactantes:
•
4NO2(g) + O2(g)
2N2O5(g)
Reacciones Reversibles
• Finalmente, las dos reacciones evolucionan de
modo tal que sus velocidades se igualan,
estableciéndose un equilibrio químico.
• Bajo estas condiciones la reacción es reversible
y se representa de la siguiente manera:
2N2O5(g)
4NO2(g) + O2(g)
• En una reacción reversible, la reacción ocurre
simultáneamente en ambas direcciones.
Constante de equilibrio, Keq
• Una vez alcanzado el equilibrio las concentraciones de
reactantes y productos no cambian en el tiempo.
• El equilibrio dinámico establece que a medida que el
reactante se descompone, los productos se combinan
entre sí para mantener las concentraciones constantes,
las cuales se relacionan en la siguiente ecuación
(productos en el numerador, reactivos en el
denominador):
4
NO2  .O2 

K eq 
; donde   indica las
2
 N 2O5 
concentraciones en moles/litro y K eq es
la constante de equilibrio.
Expresión general de Keq
• Considere la siguiente reacción:
aA + bB
cC + dD
[C]c x [D]d
Keq =
[A]a x [B]b
( [ ] = mol/litro )
Ejemplo de equilibrio químico
El equilibrio del sistema N2O4-NO2
N2O4 congelado
es incoloro
A temperatura
ambiente el N2O4 se
descompone en NO2
(marrón)
El equilibrio químico es el punto
donde las concentraciones de
todas las especie son constantes
Efecto de la temperatura
Cuando la reacción es exotérmica un aumento de
temperatura provocara que la reacción se desplace a la
izquierda disminuyendo la formación de productos
Cuando la reacción es endotérmica un aumento de
temperatura provocara que se produzcan un aumento
de productos
Efecto del cambio de presión
• Los cambios de presión pueden afectar los
sistemas gaseosos homogéneos en equilibrio.
• Los cambios de presión no afectan sistemas
homogéneos sólidos o líquidos, pero afectan
los sistemas heterogéneos en los que interviene
un gas.
• Los cambios que se producen en la presión
interna no afectan el equilibrio.
• Un aumento en la presión externa hace
evolucionar al sistema en la dirección del
menor número de moles de gas y viceversa.
• Un aumento en la presión del siguiente
sistema:
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
obliga a que el sistema se desplace hacia la
derecha, hay cuatro moles a la izquierda y
solo dos a la derecha.
CO(g) + 3H2(g)
CH4(g) + H2O(g)
Al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza hacia la
derecha (menor número de moles)
CONTENIDO
1.- Velocidad de reacción.
2.- Teoría de las reacciones químicas.
3.- Factores que afectan la velocidad de reacción.
4.- Ley de velocidad
5.- Mecanismos de reacción
6.- Ecuaciones integradas de cinéticas sencillas.
7.- Determinación experimental de la ecuación de
velocidad.
8.- Influencia de la temperatura sobre la velocidad de
reacción.
9.- Catálisis