¿Cuál es la ley de velocidad de la siguiente reacción? $$\ce{4 HBr + O2 -> 2 H2O + 2 Br2}$$
¿Cómo se aborda la búsqueda de la ley de velocidad de una reacción? ¿Puede averiguarse sólo mediante experimentos?
Respuesta
¿Demasiados anuncios?
maccullt
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Preámbulo
Para una reacción sin pasos intermedios, se podría derivar la ley de tasas de la ecuación de reacción. Para una ecuación genérica $$\ce{$ a $A + $ b $B -> C}$$ la tasa viene dada por $$r = k\cdot c^{a}(\ce{A})\cdot c^{b}(\ce{B}).$$ En rigor, esto sólo es posible para reacciones elementales . Un ejemplo destacado de reacción estrictamente unimolecular es la desintegración radiactiva. También es bastante conocida la escisión fotolítica o térmica del hidrógeno o del bromo: \begin{align} \ce{H2 &->[\Delta T] 2H. }\\ \ce{Br2 &->[h\nu] 2Br. } \end{align} Un ejemplo de reacción bimolecular sería $$\ce{2NO2 -> NO3 + NO}$$
Mecanismo de reacción de la combustión del bromuro de hidrógeno
Parece que se trata de una reacción con un mecanismo bastante complicado, en el que intervienen múltiples especies, la mayoría de ellas radicales. Yo asumiría, que es algo similar a la combustión del hidrógeno, que he descrito aquí .
Una búsqueda rápida en algunos foros hará que aparezca un mecanismo de reacción, que creo que es erróneo. Pero lo mostraré aquí de todos modos, ya que te da una primera pista, sobre lo complicada que puede ser esta reacción. (Nota: Se supone que son reacciones en fase gaseosa). \begin{align}\ce{ HBr + O2 &-> HOOBr\\ HOOBr + HBr &-> 2 HOBr\\ HOBr + HBr &-> H2O + Br\\ }\end{align} El siguiente mecanismo está tomado de Lilian G. S. Shum y Sidney W. Benson Int. J. Chem. Kin. , 2004 , 15 (4), 341-380. Creo que este es un enfoque mucho más adecuado y creíble del problema. (Nota: La mayoría de las reacciones están en equilibrio). \begin{align}\ce{ HBr + O2 &~<=> HO2 + Br\\ HO2 + HBr &~<=> H2O2 + Br\\ H2O2 + 2HBr &~->T[wall] 2H2O + Br2\\ Br + Br + M &~<=> Br2 + M\\\hline 4HBr + O2 &~<=> 2H2O + 2Br2\\ }\end{align}
Lamentablemente, no he podido determinar qué $\ce{M}$ se refiere en este caso. Puede ser cualquier gas inerte utilizado como disolvente en la reacción o la pared.
Ley de velocidad de la combustión del bromuro de hidrógeno
Como consecuencia del mecanismo, no se puede encontrar la ley de velocidad a partir de la teoría, sino sólo a partir de los experimentos. Es importante tener en cuenta que la mayoría de las reacciones están en equilibrio y que todo el sistema depende de las concentraciones de cada una de las especies implicadas. Por lo tanto, la cinética de esta reacción puede expresarse como un complicado sistema de ecuaciones diferenciales acopladas.
Sin embargo, Shum y Benson concluyen que el primer paso será el que determine la tasa y la expresión de la tasa viene dada por
$$\frac{\mathrm{d}[\ce{H2O}]}{\mathrm{d}t} = 2k_g[\ce{HBr}][\ce{O2}].$$
Por lo tanto, puede considerarse formalmente como una reacción bimolecular.
