ESCUELA DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA III
QC33301-01 PRACTICA 2
Maximiliano de la Higuera Macías
ID 141672
Viernes, 13 de septiembre del 2013
OTOÑO 2013
Práctica 2. Efecto de la temperatura en la oxidación del ácido ascórbico con ferricianuro de potasio. RESUMEN DEL EXPERIMENTO.
Para esta práctica se determinarán los parámetros de Arrhenius y los parámetros termodinámicos del estado de transición para la oxidación del ácido ascórbico C6H8O6 con ferricianuro de potasio K 3Fe(CN)6. Para esto fue necesario calibrar el espectrofotómetro Spectronic 20D+ con agua destilada a una longitud de onda de 418 nm con transmitancia de 100. Se utilizaron 3 soluciones preparadas previamente, K 3Fe(CN)6 0.0025 M, HNO 3 0.1 M y C 6H8O6 0.004 M. Se realizaron 4 reacciones de acuerdo a la siguiente tabla. La reacción 1 fue a 10 °C, la reacción 2 fue a 21 °C, la reacción 3 fue 31 °C y la reacción 4 fue a 39 °C. Vaso 1 Reacción mL K3Fe(CN)6 0.0025 M 1 5 2 5 3 5 4 5
Vaso 2 mL HNO3 0.1 M 10 10 10 10
mL H2O 10 10 10 10
Reacción
1 2 3 4
mL C6H8O6 0.004 M 6.3 6.3 6.3 6.3
mL H2O
18.7 18.7 18.7 18.7
Una vez preparadas las soluciones de acuerdo a las tablas, se mezcló el vaso 1 y vaso 2 al mismo tiempo activando el cronómetro. Usando una celda, se tomaba la lectura de 10 absorbancias. Para la reacción 1 fue cada 7 minutos, para la reacción 2 fue cada 5 minutos, para la reacción 3 fue cada 1 minuto y para la reacción 4 fue cada 0.5 minutos. La técnica espectrofotométrica fue usada para medir los cambios de composición en el medio reaccionante. RESULTADOS OBTENIDOS.
Reacción #1 a 10 °C Tiempo (segundos) 20
Absorbancia 0.278
420 840 1260 1680 2100 2520 2940 3360 3780
0.235 0.225 0.208 0.196 0.190 0.159 0.115 0.090 0.085
Reacción #2 a 21 °C Tiempo (segundos) 30 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000
Absorbancia 0.272 0.218 0.182 0.155 0.132 0.112 0.098 0.083 0.070 0.062 0.054
Reacción #3 a 31 °C Tiempo (segundos) 19 63 121 185 238 320 363 423 478 539 604 659 676
Absorbancia 0.422 0.380 0.346 0.315 0.293 0.261 0.248 0.226 0.213 0.198 0.186 0.181 0.177
Reacción #4 a 39 °C Tiempo (min) 24 71 120 151 182 210 240 270 303 367 397
Absorbancia 0.136 0.128 0.119 0.115 0.107 0.101 0.094 0.094 0.091 0.090 0.084
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES. 1. Determine el orden de reacción utilizando un método gráfico, y reporte la constante de velocidad respectiva para cada una de las corridas de la tabla correspondiente al procedimiento experimental.
2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+ De esta reacción, se sabe por la práctica 1 de este laboratorio que el orden de reacción es de orden 2 con respecto al reactivo limitante, con la siguiente ley de velocidad. V = K [C 6H8O6]0m [[Fe(CN)6]3-]02 V = K’ [[Fe(CN) 6]3-]02 K’ = K [C 6H8O6]0m Gráfica ln Absorbancia vs. Tiempo a 10°C
y = 0.002133x + 2.496637 R² = 0.846190
14 12 a i 10 c n a b 8 r o s 6 b A n 4 l
2 0 0
500
1000
1500
2000
Tiempo (s)
2500
3000
3500
4000
y = 0.004891x + 2.458732 R² = 0.971804
Gráfica ln Absorbancia vs Tiempo 21°C 20 a i 15 c n a b r 10 o s b A n 5 l
0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Tiempo (s) y = 0.00504x + 2.26541 R² = 0.99827
Gráfica ln Absorbancia vs Tiempo 31°C 6 5 a i c 4 n a b r 3 o s b A 2 n l
1 0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
Tiempo (s)
Gráfica ln Absorbancia vs Tiempo 39°C
y = 0.01239x + 7.07742 R² = 0.96178
14 12 a i 10 c n a 8 b r o s 6 b A n 4 l
2 0 0
50
100
150
200
250
300
Tiempo (s)
350
400
450
Viendo esta ecuación, podemos ver que la pendiente de la recta graficada es la K, la constante de velocidad respectiva. Para la reacción 1, la K = 0.00213 M -1s-1 Para la reacción 2, la K = 0.00489 M -1s-1 Para la reacción 3, la K = 0.00504 M -1s-1 Para la reacción 4, la K = 0.0123 M -1s-1 2. Determine el parámetro de Arrhenius y/o factor pre-exponencial para el sistema bajo estudio y la energía de activación del sistema.
De acuerdo a la ecuación de Arrhenius, tenemos que
Por lo que la pendiente de un gráfico de ln K vs. 1/T sería –Ea/R. Entonces: Ea=-mR
y = -4754.3x + 10.672 R² = 0.8927
Gráfica ln K vs. 1/T
0 0.00315 0.0032 0.00325 0.0033 0.00335 0.0034 0.00345 0.0035 0.00355 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
Ea = - (-4754.3 K) (8.314 J/K mol) Ea = 39527 J/mol = 39.5 KJ/mol Para encontrar el factor preexponencial, usar la ecuación:
Despejando la ecuación se obtiene que:
El factor preexponencial sería sustituyendo cada conjunto de K y T:
A = 42104 M-1s-1 A = 51555 M-1s-1 A = 31216 M-1s-1 A = 51015 M-1s-1 Debido a que la varianza en la gráfica es de 0.8927, se explica que el factor preexponencial cambie mucho sustituyendo cada par de valores, sin embargo se tomará un promedio de los factores preexponenciales obtenidos como valor representativo para esta práctica. El promedio del factor preexponencial es de 43972 M-1s-1. CONCLUSIONES.
En esta práctica se realizó la reacción de oxidación del ácido ascórbico con ferricianuro de potasio a 10, 21, 31 y 39 ºC. Se cálculo el orden de reacción con respecto al reactivo limitante el cual resultó ser de orden 2, tal y como se había planteado para la práctica 1. Para la determinación del orden de reacción se usaron las ecuaciones integradas de velocidad y sus gráficos correspondientes ajustando la línea recta y obteniendo el orden de reacción, así como las constantes de velocidad para cada temperatura. Las constantes de velocidad obtenidas fueron para la reacción 1 de 0.00213 M-1s-1, para la reacción 2 de 0.00489 M-1s-1, para la reacción 3 de 0.00504 M -1s-1 y para la reacción 4 de 0.0123 M-1s-1 a 10, 21, 31 y 39 ºC respectivamente. De la ecuación de Arrhenius se obtuvo que la energía de activación para esta reacción es de 39.5 KJ/mol y el factor pre exponencial es de 43972 M-1s-1. BIBLIOGRAFÍA.
http://chemistry-teaching-resources.com/Investigations_files/2007-AnnieKinetics%20Oxidation%20Ascorbic%20Acid_Hexacyanoferrate%28III%29 Abstract%20.pdf “Kinetics of Oxidation of Ascorbic Acid” Recuperado el 11 de Septiembre del 2013.
http://www.chm.davidson.edu/vce/kinetics/IsolationMethod.html “Chemical Kinetics” Recuperado el 11 de Septiembre del 2013.
http://sst-web.tees.ac.uk/external/U0000504/Notes/kinetics/kinetics03/rkinet03.html “Determining order of reaction and rate constant” Recuperado el 11 de Septiembre
del 2013.
