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Inicio | Departamento de Fisicoquímica | 1737-1 Cinética Química (Plan antiguo) (Rafael Moreno esparza)

Cinética Química (Plan antiguo) (Rafael Moreno esparza) 1737-1
Rafael Moreno Esparza - Lunes y Miércoles de 8:00 a 9:30 h (Antiguo salón de seminarios del posgrado)

Descripción del Curso.

La cinética química tiene gran importancia por sus aplicaciones y las ecuaciones cinéticas empíricas son bien conocidas; sin embargo, las reacciones químicas siguen siendo los procesos irreversibles de más compleja descripción y ésta no se ha sistematizado tanto como la de los procesos físicos. Por lo tanto, en este curso no se hará un tratamiento que tenga el rigor deductivo del anterior (Cinética Física). Sin embargo, las ecuaciones constitutivas lineales se pueden aplicar a procesos químicos en sistemas cercanos al equilibrio; este tratamiento corresponde a la técnica experimental de relajamiento químico, la cual permite la medición de constantes de velocidad de reacción. Para describir los sistemas reactivos en sistemas muy alejados del equilibrio, se tiene que recurrir a diferentes modelos de origen tanto fenomenológico como microscópico. Dentro de estos lineamientos se discutirán las técnicas tanto diferencial como integral para determinar y ajustar ecuaciones cinéticas de procesos químicos, atendiendo al mismo tiempo su clasificación de acuerdo a los conceptos de orden, reversibilidad, paralelismo, encadenamiento, etcétera. Desde el punto de vista microscópico estas clasificaciones son interpretadas en términos de posibles mecanismos de reacción y los valores relativos de las constantes de reacción de los procesos elementales que en ellos figuren. El siguiente aspecto fenomenológico que se contempla son los procesos químicos de fotoquímica, catálisis homogénea, catálisis enzimática, catálisis heterogénea y cinética electródica. La comparación de estos dos últimos temas muestra que la cinética electródica es una catálisis heterogénea controlable por el sobrepotencial que se puede aplicar en la intercara electrodo – solución, o recíprocamente que una catálisis heterogénea equivale a una cinética electródica con un sobrepotencial de intercara nulo. Haciendo uso de las ecuaciones cinéticas encontradas para diferentes procesos químicos, las ecuaciones de balance de masa y de energía discutidas en el curso anterior, se pueden establecer en su forma explícita. A partir de estas ecuaciones se pueden hallar los posibles estados de régimen permanente y analizar la estabilidad de los mismos. Este análisis de estabilidad muestra la posibilidad de oscilaciones químicas y/o de formación de estructuras en sistemas reactivos (estructuras disipativas). En forma breve se mostrará la importancia que estas oscilaciones y/o estructuras tienen en cuestiones tecnológicas y en sistemas biológicos. La interpretación microscópica de los procesos químicos será contemplada bajo los siguientes lineamientos: el análisis de colisiones moleculares introducido en el curso anterior se amplía para comprender el caso de colisiones reactivas. La integración de la sección eficaz reactiva, calculada en el inciso anterior, sobre las distribuciones de velocidades moleculares, nos proporciona el coeficiente cinético de la constante de velocidad de reacción. Un cálculo de este tipo es posible en situaciones donde las colisiones que predominen sean las binarias, situación que ciertamente no ocurre en fases condensadas. La teoría de movimiento Browniano, expuesta en el curso anterior, se usará en este curso para la formulación teórica de reacciones en fase líquida. Un análisis de este tipo permitirá contemplar efectos de solvente, control por difusión, efectos salinos, por mencionar algunos, que determinan una cinética química en fase líquida. Finalmente la cinética de sistemas en fase sólida se considera bajo dos enfoques de interpretación macroscópica: el modelo puramente difusivo y el modelo de formación y crecimiento de núcleos de productos inmersos en la fase sólida reactiva. En un enfoque alternativo se discute la teoría de velocidades absolutas de reacción de Eyring, tanto en su aspecto microscópico como en su interpretación termodinámica. Para el aspecto macroscópico se recurre a conocimientos tanto del curso de Unión Química como de Termodinámica.

Objetivos del Curso.

1 Aplicar los fundamentos de la termodinámica de procesos irreversibles, a los procesos cinético químicos en las cercanías del estado de equilibrio. 2 Describir las técnicas modernas de relajamiento químico: métodos de salto de temperatura y de presión, fotólisis de pulso, relajamiento magnético nuclear, etcétera. 3 Interpretar los resultados de técnicas con perturbaciones periódicas: dispersión ultrasónica y dispersión luminosa. 4 Determinar desde un punto de vista fenomenológico, las ecuaciones cinéticas para situaciones alejadas del equilibrio. 5 Interpretar las ecuaciones cinéticas fenomenológicas en términos de mecanismos de reacción, y recíprocamente obtendrán las ecuaciones fenomenológicas originadas por un mecanismo para juzgar su validez en comparación con el experimento. 6 Se establecerán, a partir de los procesos fotoquímicos elementales, las ecuaciones cinéticas para las reacciones fotoquímicas. 7 Se identificarán las ecuaciones cinéticas para procesos químicos catalizados bajo condiciones de catálisis homogénea, heterogénea, enzimática y electródica. 8 Se comprenderán las ecuaciones cinéticas básicas para el diseño de reactores químicos, a nivel industrial o de laboratorio. 9 Se emplearán las teorías microscópicas para determinar coeficientes cinéticos.

 

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