FACULTAD: Biologia Marina y Econegocios LABORATORIO DE QUIMICA
CURSO: QUIMICA GENERAL
Profesor:
Carlos Enrique Chinchay Barragán.
INFORME DE PRÁCTICAS Practica N0: 10 TITULO: Cinética y equilibrio químico INTEGRANTES: Andrea LópezMobilia Daniel Cáceres Daniella Borda Gabriela Centeno HORARIO DE PRÁCTICAS: Lunes 12-2pm FECHA DE REALIZACION de la PRÁCTICA: 11/06/2012 FECHA de ENTREGA del INFORME:|
18/06 /2012
LIMA-PERÚ
INTRODUCCION Para predecir si una reacción ocurrirá o no, es necesario saber si se lleva a cabo a una velocidad conveniente y también hasta qué grado se transforman los reactivos en productos durante el equilibrio. Los estudios sobre velocidades de reacción constituyen una fuente importante de información sobre los mecanismos de reacción. El mecanismo de reacción es una descripción detallada a nivel molecular de como se verifica una reacción; la ecuación de una reacción simplemente identifica los reactivos y productos. Los mecanismos de reacción son teorías que explican observaciones experimentales. Aunque las observaciones posteriores comprueben que son equivocadas, serán de gran utilidad para organizar la gran cantidad de información sobre las reacciones químicas. La mayor parte de las reacciones químicas que se han observado en el Laboratorio parecen completarse en su totalidad, es decir los reactivos se consumen completamente al formar los productos. No se aprecia que los productos se transformen otra vez en reactivos; pareciera más bien como si la reacción fuera en un solo sentido. El Equilibrio químico es una situación de equilibrio dinámico; es decir, las especies químicas individuales reaccionan en forma continua, pero la concentración de los reactivos y productos en el equilibrio no cambia, es constante en el tiempo. OBJETIVOS: 1. Evaluar la velocidad de reacción en función de la concentración y la temperatura. 2. Demostrar el Principio de Le Chatelier en un Sistema químico en equilibrio. FUNDAMENTO TEORICO CINETICA QUIMICA La cinética química es el área de la química que tiene relación con la rapidez, o velocidad, con que ocurre una reacción. La rapidez de reacción
es el cambio en la concentración de un reactivo o un producto con respecto al tiempo. En un nivel práctico, el conocimiento de la rapidez de la reacción es muy útil en el diseño de fármacos, en el control de la contaminación y en el procesamiento de alimentos. Con frecuencia los químicos ponen más énfasis en el aceleramiento de la rapidez de una reacción que en mejorar su rendimiento. Se sabe que cualquier reacción puede representarse por la ecuación general:
Reactantes =========== Productos Esta ecuación expresa que durante el transcurso de una reacción los reactivos se consumen mientras se forman los productos. Como resultado, se puede seguir el progreso de una reacción al medir, ya sea la disminución en la concentración de los reactivos, o el aumento en la concentración de los productos. Para la siguiente reacción hipotética: A =========== B Expresando la rapidez de reacción en términos del cambio en la concentración respecto al tiempo, se puede expresar la velocidad de la siguiente manera: Rapidez A T O rapidez B T Donde A y B son los cambios en la concentración en un determinado Periodo t. Debido a que la concentración de A disminuye durante el intervalo de tiempo, A es una cantidad negativa. La rapidez de reacción es una cantidad positiva, de modo que es necesario un signo menos en la expresión de velocidad para que la velocidad sea positiva. Por otra parte, la rapidez de formación del producto no requiere de un signo menos porque B es una cantidad positiva (la concentración de B aumenta con el tiempo). Estas rapideces son rapideces promedio porque representan el promedio en cierto periodo t. En los Sistema Homogéneos (cuando la reacción se efectúa en una sola fase) la rapidez de una reacción química es afectada por las variables: concentración de los reactantes, estado de división de los mismos, naturaleza de las sustancias, temperatura, catalizadores, energía de activación y presión en los gases EQUILIBRIO QUIMICO El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones netas de reactivos y productos permanecen constantes. El equilibrio químico es un proceso dinámico. En el equilibrio químico participan distintas sustancias como reactivas y productos. El equilibrio entre dos fases de la misma sustancia se denomina equilibrio físico debido a que los cambios que ocurren son procesos físicos. Ejemplo, la evaporación de agua en un recipiente cerrado a una temperatura determinada. El estudio del equilibrio físico proporciona información útil, como la presión de vapor de equilibrio. Sin embargo, es de gran importancia los procesos de equilibrio químico, como las reacciones reversibles que ocurren entre el dióxido de nitrógeno y el peróxido de di nitrógeno: N2O4 (g) ==== 2 NO2 (g) La constante de equilibrio (K) es la expresión matemática de la ley de acción demasías, la cual establece que para una reacción reversible en equilibrio y a una temperatura constante, una relación determinada de
concentración de reactivos y productos tiene un valor constante K (la constante de equilibrio). Para la reacción en equilibrio, N2O4 (g) ==== 2 NO2 (g) a 25oC, el Valor de K es: K NO 2 N 2O4 4,63 x 10- 3 Existe una regla general que ayuda a predecir la dirección en la que se desplazara una reacción en equilibrio cuando hay un cambio de concentración, presión, volumen o temperatura. Esta regla, conocida como Principio de Le Chatelier, establece que: Si se aplica una tensión externa a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta de tal manera que se cancela parcialmente dicha tensión. El término “Tensión” significa un cambio de concentración, presión, volumen o temperatura que altera el estado de equilibrio de un sistema. El principio de Le Chatelier se utiliza para valorar los efectos de tales cambios. MATERIAL y METODOS a) MATERIAL Tubos de ensayo Cronometro Baguete de vidrio Plancha eléctrica Vasos de precipitado Pipetas de 5, 10 y 20 mL Termómetro Gradilla p/tubos. b) REACTIVOS: Solución de HCl 1M, HCl 2M y Concentrado Solución de almidón Solución de Na2 SO3 0,05 M, acidificado con H2SO4 Solución de KIO3 0,100 M Solución de K2CrO4 0,1 M Solución de K2Cr2O7 0,1 M Solución de NaOH 1 M Solución de Ba(NO3)2 0,1 M Solución de H2SO4 0,1 M Etanol absoluto
UNIVERSIDAD CIENTIFICA DEL SUR201 2 c) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL CINETICA QUIMICA EXPERIMENTO 1. Velocidad de reacción del anión yodato (IO3) Disponer de 5 vasos de 100 mL de capacidad cada uno, numerados desde 1 al 5. Agregar 10 mL de solución de KIO3 y 5 mL de solución de almidón, en cada uno de los 5 vasos numerados. Agregar 25 mL de Na2SO3 acidificado al vaso 1 y en ese instante poner en marcha el cronometro. Agitar rápidamente el sistema utilizando una baguete limpia. Detener la marcha del cronometro en el instante en que aparece el cambio de color en la solución del vaso respectivo Anotar el tiempo de reacción en el Cuadro 10.1 y también la temperatura De reacción; que será la misma para los 4 vasos restantes. Repetir el procedimiento anterior agregando 25 mL de Na2SO3 al vaso 2, 3 y 4 respectivamente. La ecuación que permite medir la velocidad de reacción del ion yodato es: H2SO4 KIO3 + 3Na2SO3 ==== KI + 3Na2SO4 KIO3 + 5KI + 3H2SO4 ==== 3 I2 + 3K2SO4 + 3H2O I2 + Almidón ==== (complejo de color azul intenso) EXPERIMENTO 2. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción del anión yodato (IO3)1Disponer de 2 tubos de ensayo grandes y de un cronometro Tubo 1, agregar 5 mL de KIO3 y llevarlo a un baño de 30oC. Agregar 2.5 mL de almidón. Sacar la muestra del baño maría agregar 5 mL del Na2SO3 a 30°C, poner en marcha el cronometro, agitar la mezcla previamente. Detener la marcha del cronometro en el instante en que aparece el cambio de color en la solución contenida en el tubo de ensayo. Tubo 2, repetir el experimento a 40oC y completar el cuadro 10.2. EQUILIBRIO QUIMICO EXPERIMENTO 3. Equilibrio ion cromato -bicromato Colocar 1 mL de solución de K2CrO4 0.1M y 1 mL de solución de K2Cr2O7 0.1M en dos tubos de ensayo separados. Anotar el color de cada Solución. Anadir gota a gota, alternativamente a cada solución, NaOH 1M, hasta que se observe cambio de color en uno de los tubos. Anotar los colores observados y guardar las soluciones. Repetir el procedimiento indicado, pero en vez de NaOH agregar gota a Gota HCl 1M alternativamente a cada tubo de ensayo hasta observar Cambio de color en uno de ellos. Anotar los colores observados y guardar
UNIVERSIDAD CIENTIFICA DEL SUR201 2 Las soluciones. Anadir gota a gota NaOH 1M, a los tubos que se adiciono HCl 1M. Observar y anotar los cambios de color. Anadir gota a gota HCl 1M, a los tubos que se adiciono NaOH 1M. Observar y anotar los cambios de color. Anotar los resultados en el cuadro 10.3 EXPERIMENTO 4. Equilibrio del cromato de bario solido Colocar 10 gotas de K2CrO4 0,1M en un tubo de ensayo 1, limpio. Anadir 2 gotas de NaOH 1M y solución de Ba (NO3)2 0.1M gota a gota hasta observar algún cambio. Anotar el resultado y guardar la solución. Colocar 10 gotas de K2Cr2O7 0,1M en un tubo de ensayo 2, limpio. Anadir 2 gotas de HCl 1M y 10 gotas de Ba (NO3)2 0.1M. Anotar el resultado y guardar la solución. Anadir HCl 1M gota a gota a la solución del tubo de ensayo 1 hasta observar algún cambio. Anotar todas las observaciones. Anadir NaOH 0.1M gota a gota a la solución del tubo de ensayo 2 hasta observar algún cambio. Anotar las observaciones en el cuadro 10.4 La ecuación de equilibrio del cromato de bario solido es: BaCrO4(s) ===== Ba2+ (ac) + (CrO4)2-(ac) CUADRO DE DATOS Y RESULTADOS Cuadro 10.1 Influencia de la concentración del KIO3 sobre la velocidad de reacción Ítem Concentración Temperat Tiempo molar al inicio de la u ra de KIO3 Na2SO3 ambiente reacció (°C) n (s) 0,100 0,050 1 0:10:3 0,080 0,050 2 0:10:5 25°C 0,060 0,050 3 0:14:5 0,050 0,050 4 0:17:3 Cuadro 10.2 Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción del yodato (IO3)-1 Temperatura Concentración molar al Tiempo (°C) inicio de la reacción de reacción KIO3 Na2SO3 (s) 0,100 0,050 0:10:3 T1 25 0,100 0,050 0:5:0 T2 44 Cuadro 10.3 Equilibrio del ion Cromato- Dicromato CrO4-2 H+ Cambio de temperatura (más caliente)
UNIVERSIDAD CIENTIFICA DEL SUR201 2 OH-
No hubo cambio
Análisis y discusiones Cada reacción química en la naturaleza tiene un equilibrio, cuando hay cosas que afectan y hacen perder su equilibrio, la naturaleza lo busca otra vez. Es lo mismo con las reacciones químicas, las reacciones químicas al ser afectadas en concentración, temperatura, o presión estas buscan volver entrar a su equilibrio y adaptarse al medio, es por eso que cuando una solución es enfriada su velocidad de reacción es más lenta debido a que quiere adaptarse a la temperatura, en este experimento observamos el cambio de color de la solución a un color ámbar marrón debido a la formación de yodo molecular, lo que está haciendo la solución es buscar caminos para llegar al equilibrio interno y por eso cambia de color hasta lograrlo. En un medio más frio lo hace más lentamente, en un medio con mayor presión (que no fue observado) supuestamente la reacción de cambio de color seria más rápidamente debido a que las moléculas estan mas cerca en sí. Cuando a las reacciones se les bajo la concentración esta demoro mas debido a que tenía menos reactivo por área para reaccionar. La velocidad rítmica era muy constante debido a que la solución tiene un reloj químico poco conocido. Teóricamente después de que la solución busca encontrar el equilibrio perfecto la solución termina con un color negro. Se le agrego almidón a la solución debido a que el almidón era un catalizador natural en el ambiente y ayuda formar reacciones a mayor velocidad sin afectar el producto.
Conclusiones
Nuestro cuerpo humano también con las reacciones Oscilantes, tenemos un reloj químico o un reloj rítmico, que con procesos bien simples calculan el tiempo perfecto para nuestras reacciones en el cuerpo y para que nuestras reacciones no sean canceladas por el medio así que se adapta a ellos. Se debe investigar más sobre las maneras que nuestro cuerpo busca llegar a las reacciones y como es que se adapta al medio y como exactamente sabe cuando y como llegar a la solución reactante perfecta. Nuestro corazón también sabe perfectamente en qué momento latir debido a las señales mandadas al musculo, Pero ¿Cómo sabe el cerebro en qué momento mandar la reacción? La respuesta es que solo la manda en el momento que las reacciones químicas lo logran recatar, las reacciones químicas no tienen calculadoras y nada, así que solo hacen su trabajo en la mejor manera posible y lo hacen bien. Cuando nuestro cuerpo pierde el equilibrio interno, las reacciones adentro buscan volver a traer el equilibrio, se debería investigar que catalizadores se usan en acelerar las reacciones sin que afecten nuestro cuerpo humano para que puedan ser repartidas a los enfermos, de esta manera la venta de pastillas disminuirá y la curación natural del cuerpo con sus propias reacciones seria un remedio mejor
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Cuestionario 1. ¿Cuál es el significado del orden de una reacción? Es el parámetro que permite conocer la dependencia de la velocidad de la reacción con las concentraciones de los reactivos. 2. Defina catálisis enzimática y dar un ejemplo. Es la facilitación de la hidrolisis de una molécula biológica, por la acción de una enzima. Ej.: la hidrolisis del glucógeno por la alfa amilasa, esta actúa sobre los enlaces glucosidicos alfa, y no afecta los enlaces alfa dando lugar a la ruptura de la molécula de glucógeno en productos como: glucosa, maltosa e isomaltosa. 3.
Graficar In KIO3 frente al tiempo de reacción y calcular la constante de rapidez.
4. Definir y graficar la temperatura frente al tiempo de reacción.
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5.
Explicar por qué los habitantes de las zonas andinas tienen niveles altos de hemoglobina en la sangre respecto a los pobladores de la zona urbana de Lima.
Se decía que era un método de adaptación pero ahora se está debatiendo que podría ser una causa hormonal.
6.
¿Qué es la femtoquímica y dónde se aplica?
La ciencia que estudia las reacciones químicas en escalas de tiempo muy corto, de aproximadamente 10-15 segundos (un femtosegundo). Tiene diversos usos y aplicaciones, dentro de esta especialidad se extienden desde el funcionamiento de los catalizadores hasta los mecanismos más delicados de los procesos de la vida y cómo deberán diseñarse y producirse las medicinas del futuro.
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