Informe de laboratorio de fisicoquímica Práctica 4. Cinética química
Andrés Felipe González Niño 1650933 Paula Andrea Roa Velandia 1651129 Paula Andrea Becerra Pachón 1651130 Ángel Jean Carlos Toloza Sánchez 1651131 Grupo 3 Presentado a: Pedro Saúl Rivera Carvajal
Universidad Francisco De Paula Santander Facultad de Ciencias Agrarias Y Del Ambiente Ingeniería Ambiental San José De Cúcuta 14 de Noviembre de 2017
Tabla de contenido Página Objetivos específicos……………………………………………………………..
3
Marco teórico……………………………………………………………………...4 Reactivos…………………………………………………………………………..5 Equipos y materiales………………………………………………………………7 Procedimiento…………………………………………………………………….11 Esquema de montaje……………………………………………………………...12 Reacciones químicas……………………………………………………………...13 Datos y observaciones…………………………………………………………….14 Profundización…………………………………………………………………….15 Conclusiones………………………………………………………………………22 Bibliografía………………………………………………………………………..23 Anexos…………………………………………………………………………….24
Objetivos específicos 1. Analizar el efecto de la concentración sobre el tiempo requerido para el tiempo de reacción. 2. Determinar la concentración de un componente de la reacción química en función del tiempo. 3. Conocer los factores que dependen para la velocidad de reacción de un proceso.
Marco teórico CINETICA QUIMICA Este campo estudia la velocidad de reacción de los procesos químicos en función de la concentración de las especies que reaccionan, de los productos de reacción, de los catalizadores e inhibidores, de los diferentes medios disolventes, de la temperatura, y de todas las demás variables que pueden afectar a la velocidad de una reacción. Para que una reacción ocurra, como para modificar su velocidad, se deberán tener en cuenta varios factores. Velocidad de reacción: La velocidad de reacción se expresa de la siguiente forma:
=
=
Naturaleza de los reactantes: La naturaleza n aturaleza de los reactantes involucrados en una reacción determina el tipo de reacción que se efectúa. Las reacciones en las cuales se redistribuyen enlaces o se transfieren electrones pueden ser más lentas que las que no involucran estos cambios. Las reacciones iónicas se efectúan inmediatamente, esto se debe a las frecuentes colisiones
entre
iones
con
cargas
opuestas.
Reactivos
Tabla N°1. Reactivos químicos
Reactivos
Formula
cido sulfúrico 0.25M
H SO4
Peso Molecular (g/mol)
Densidad (g/mL)
Punto de fusión (°C)
Punto de ebullición (°C)
98.079
1.84
10
337
ndice de riesgo
Explosion: Riesgo de incendio y
explosión en contacto con bases, sustacias combustibles, oxidantes, agentes reductores o agua. Inhalacion: Sensacion de
quemazón. quemazón. Dolor de garganta. Tos. Dificultad respiratoria. Piel: Enrojecimiento. Enrojecimiento. Dolor. Ampollas. Quemaduras cutáneas graves. Ojos: Enrojecimiento. Enrojecimiento. Dolor. Quemaduras Quemaduras profundas graves. Ingestion: Dolor abdominal. Sensacion de quemazón. Shock o colapso. Acido oxálico 0.0025M
C H O4
90.03
1.9
102
365
Inhalacion: Irritacion y/o corrosión
de las mucosas y el esófago. Ingestion: Puede causar quemaduras en la boca, garganta, estómago y vomito. Contacto con la piel: Corrosivo e
irritante. Contacto ocular: Irritación.
Agua destilada
H O
18.02
1
0
100
Hielo
H O
18.02
0.9168
0
100
158.0336
2.703052 12
50
240
Permanganato de potasio 0.0005M
KMnO4
Inhalacion: Tos, falta de
respiración. Contacto piel/ojos:
Enrojecimiento, Enrojecimiento, dolor, quemaduras quemaduras severas. Ingestion: Quemaduras en la garganta, nauseas, vomito y dolor abdominal. Sulfato de manganeso 4.5M
4
151.001
3.25
710
850
Inhalacion: Tos. Dificultad
respiratoria. Dolor de garganta. Ojos: Enrojecimiento. Enrojecimiento. Ingestion: Dolor de garganta.
irritante. Contacto ocular: Irritación.
Agua destilada
H O
18.02
1
0
100
Hielo
H O
18.02
0.9168
0
100
158.0336
2.703052 12
50
240
Permanganato de potasio 0.0005M
KMnO4
Inhalacion: Tos, falta de
respiración. Contacto piel/ojos:
Enrojecimiento, Enrojecimiento, dolor, quemaduras quemaduras severas. Ingestion: Quemaduras en la garganta, nauseas, vomito y dolor abdominal. Sulfato de manganeso 4.5M
4
151.001
3.25
710
850
Inhalacion: Tos. Dificultad
respiratoria. Dolor de garganta. Ojos: Enrojecimiento. Enrojecimiento. Ingestion: Dolor de garganta.
Equipos y materiales
Tabla N°2. Equipos y materiales Nombre del equipo y material Gotero
Imagen
Usos o aplicaciones
Cuidados de manejo
Se utiliza para trasvasar pequeñas cantidades de líquido vertiéndolo gota a gota. Muy utilizados para añadir
Su uso no está recomendado cuando se requiere precisión en la cantidad de líquido vertido.
Equipos y materiales
Tabla N°2. Equipos y materiales Nombre del equipo y material Gotero
Gradilla
Malla de asbesto
Imagen
Usos o aplicaciones
Cuidados de manejo
Se utiliza para trasvasar pequeñas cantidades de líquido vertiéndolo gota a gota. Muy utilizados para añadir reactivos, liquidos indicadores o pequeñas cantidades de producto. Su principal función es facilitar el soporte y el manejo de los tubos de ensayo.
Su uso no está recomendado cuando se requiere precisión en la cantidad de líquido vertido.
Es la encargada de repartir la temperatura de manera uniforme cuando esta se calienta con un mechero.
Mechero de Bunsen
Es un instrumento utilizado en los laboratorios científicos para calentar, esterilizar o proceder a la combustión de muestras o reactivos químicos.
Antes de utilizar el mechero, asegurese cual es la tubería que suministra el gas y que la manguera de hule este bien conectada. Encienda el cerillo antes de abrir la llave que suministra gas.
Pipeta graduada 10 mL
Permite medir la alícuota de un líquido con mucha precisión.
Hay que tener cuidado con el vidrio caliente, ya que por su aspecto no se diferencia del frio y se pueden producir quemaduras. Tener cuidado en la lectura del volumen.
Placa de calentamiento
Se utilizan generalmente para calentar el material de vidrio o su contenido.
Termómetro
Se usa como accesorio para medir la temperatura de los productos que estemos calentando o
Se deben cumplir las instrucciones de uso y mantenimiento y cumplir los requisitos de seguridad para evitar accidentes. Contrólelo o calíbrelo antes de utilizaros. Lávelo desde de su uso.
Trípode
Tubos de ensayo
Vaso de precipitados de 100 mL
enfriando. Este es utilizado principalmente como una herramienta que sostiene la rejilla de asbesto.
Se utiliza en los laboratorios para contener pequeñas muestras líquidas o sólidas, aunque pueden tener otras fases, como realizar reacciones químicas en pequeña escala. Se utiliza comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos.
Manipular el tubo mediante una pinza adecuada para evitar el contacto directo con la piel y el consiguiente riesgo de quemadura.
Los vasos de precipitado no se encuentran calibrados, y por su forma no se recomienda para mediciones exactas de volúmenes.
Vaso de precipitados de 400 mL
Se utiliza comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos.
Los vasos de precipitado no se encuentran calibrados, y por su forma no se recomienda para mediciones exactas de volúmenes.
Procedimiento
Esquema del montaje
Termómetro
Vaso de precipitado
Tubo de ensayo con sln de ácido oxálico
Esquema del montaje
Termómetro
Vaso de precipitado
Tubo de ensayo con sln de ácido oxálico
Plancha de calentamiento
Tubo de ensayo con sln de Permanganato de potasio
Reacciones químicas 24 3 4 5 4 → 4 2 2 4 8 10 24− 16+ 5 4− → 2+ 8 10
Datos y observaciones A= 5ml de 4 5 × 10− + 1 ml 4 0.25 B= 9 ml de HOOC COOH 2,5 × 10− C= 1 ml MnS4 4.5 M NA
COMPONENTES TEMPERATURA TIEMPO (ºC)
DE FACTOR DE
REACCIÓN
TIEMPO (n)
(s) 1
A+B
30
3600
1
2
A+B
36
1800
2
3
A+B
47
650
5,54
4
A+B
55
230
15,65
5
A+B
65
37
97,13
6
A+B+C
28
39
92,31 92 ,31
Ecuaciones
Hallar el Factor de tiempo (n) t1(s)T1(ºC)=t2(s)T2(ºC)n t=tiempo (s) T=temperatura (ºC) n=factor de tiempo
Profundización 1: Describa como se prepararon las soluciones utilizadas en esta práctica? Rt : Las soluciones se prepararon con la misma cantidad y molaridad para que se pudiera observar la variación que presentaba cada reacción al estar a temperaturas distintas por lo cual el requisito era que cada solución particular fuera idéntica a la que se usaría en otra reacción a temperatura distinta. -Completa el siguiente cuadro: PRUEBA
T°C
T inicial
T final
At en s
Relación T
A+B
25
29
30
3600
1
A+B
35
29
36
1800
2
A+B
45
29
47
650
5,54
A+B
55
29
55
230
15.65
A+B
65
29
65
37
97.13
A+B+C
25
29
28
29
92.31
2: Porque factor queda multiplicado la velocidad de reacción al aumentar la temperatura 10ºC? Rt: Cuando aumenta 10°C la temperatura se duplica la velocidad de reacción eso quiere decir que queda multiplicada x 2
3: Construya una gráfica de tiempo (Y) vs Temperatura (X) en papel milimetrado.
4: Explique, ¿Cómo se afectarían los resultados si se permite que la solución resultante al mezclar las dos soluciones se enfrié a temperatura ambiente?
Rt: La velocidad de reacción nos presentaría un error considerable porque no se está efectuando a la temperatura que está indicada si no que está decayendo con el tiempo hasta llegar a tener una diferencia de 10 o 15°c lo cual significaría más de 30 min de retraso.
5: ¿Que efecto se produce al agregar el MnSO4? Rt: El MnSO4 Se convierte en un indicador virando la solución de un color rosado que al ocurrir la reacción se volverá translucido y nos hará saber que la reacción se llevó a cabo por completo.
6: ¿Cómo se afecta la velocidad de un proceso químico cuando se aumenta o se disminuye la concentración, temperatura y presión? Rt: Concentración: Al incrementarse la concentración de reactivos la presión también aumenta y, por lo tanto, el número de choques es mayor y la velocidad de reacción se acelera. Cuando se trata de una reacción en donde interviene un gas, su volumen o cambio de presión puede ser equivalente al cambio de concentración; Al disminuir la concentración el número de choques es mucho menor lo que acarrea una reacción más lenta. Temperatura: Al aumentar la temperatura de la solución la velocidad de reacción es mucho mayor porque facilita que las dos soluciones reaccionen a un tiempo significativo que cuando la temperatura es baja o menor de 40°c Presión: Cuando aumenta la presión permite que la concentración y la temperatura aumente por ende la velocidad de reacción cambiara y cuando disminuye sucede el caso inverso.
7: Porque en un proceso industrial es importante conocer la ley de velocidad de reacción que se va a realizar? Rt: En la industria cualquier proceso que se realice en el menor tiempo posible y que mejore el factor tiempo-producto ayudara en gran manera a obtener muchos producto (x) en un límite de tiempo (y) el cual se distribuirá de una forma mucho más eficaz y rápida ya que se sabrá en qué punto la velocidad a la que reaccionan las sustancias es la adecuada para conservar la calidad y tener un producto de rápida elaboración.
8: Qué importancia tiene conocer el orden de una reacción? Rt En cinética química, el orden de reacción con respecto a cierto reactivo, es definido como la potencia (exponencial) a la cual su término de concentración en la ecuación de tasa es elevado, mientras sea una reacción elemental nos dará información estequiométrica necesaria sobre dichas sustancias
9: ¿Qué representa la constante de velocidad? Rt: En cinética química, la la constante k que aparece en las ecuaciones de velocidad es función de T y P, y recibe el nombre de constante de velocidad o coeficiente de velocidad. Algunos científicos emplean el primer término cuando se cree que la reacción es elemental y el último cuando se sabe que la reacción ocurre en más de una etapa. Las unidades de la constante de velocidad o el coeficiente de velocidad varían con el orden de la reacción. Supóngase, por ejemplo, que una reacción es de primer orden, es decir:
K=Ae^((-Ea)/Rt) En este caso la constante cinética tendría como unidad el s-1
10: ¿La velocidad de reacción varia con la temperatura, Como esperaría ud que fuese la reacción entre ellas? Rt: Si la velocidad varía de acuerdo de la temperatura esperaría que las moléculas tuvieran más disposición a reaccionar cuando estén a una temperatura más elevada ya que pone en movimiento los átomos y los hace reaccionar entre ellos.
11: ¿Para una reacción cuya cinética es lenta, que valor esperaría usted para la energía de activación, grande o pequeña? Rt: Si la energía es grande, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para que se produzca una reordenación de sus enlaces. La ecuación de Arrhenius proporciona una expresión cuantitativa para la relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la reacción.
12. Como influye el calor de la reacción en la constante de velocidad al cambiar la temperatura? Rt La Constante de velocidad de reacción puede ser independiente de la temperatura (no-Arrhenius) o disminuir con el aumento de la temperatura (anti-Arrhenius). Las reacciones sin una barrera de activación (por ejemplo, algunas reacciones de radicales) tienden a tener una dependencia de la temperatura de tipo anti Arrhenius: la constante de velocidad disminuye al aumentar la temperatura.
13: En que industria se utiliza el Ni como catalizador? Rt. La hidrogenación de aceites y grasas es un importante proceso de catálisis heterogénea gas-sólido-líquido en el cual se reduce el grado de insaturación de los triglicéridos naturales con el fin de convertir los aceites líquidos en grasas sólidas de aplicación en la industria de la alimentación, confitería, cosmética, plastificantes, etc. La reacción es exotérmica y la liberación de energía es parcialmente usada en la desorción del producto de reacción de la superficie del catalizador. En la actualidad, la hidrogenación de aceites y grasas en la industria de la alimentación se realiza casi exclusivamente con catalizadores de níquel, debido a su bajo costo comparado con otros metales. Las cargas metálicas de los catalizadores comerciales de níquel se sitúan por encima de un 25%, y son en algunos casos más elevadas, incluso de 40-50%, aunque cargas superiores al 25%, no provocan aumento de actividad de los catalizadores en la reacción de hidrogenación de aceites.
14: ¿La destrucción de microorganismos mediante el calor puede tratarse como un proceso cinético? Rt: Si Cinética de muerte microbiana: La población bacteriana no se destruye instantáneamente cuando se las ha expuesto a un agente letal (esterilización), su muerte al igual que su crecimiento es exponencial, queriendo decir que a medida que la población se reduce lo hace en niveles iguales e intervalos constantes. Se considera que una bacteria esta muerta cuando no crece, ni se multiplica en medio
de cultivo adecuado y un virus se consiera inactivado cuando no es capaz de multiplicarse en un huésped apropiado (Valeria Caicedo). Tiempo térmico letal: es el tiempo más corto que lleva destruir los microorganismos a una temperatura determinada. Punto térmico letal: es la temperatura más baja que se necesita para matar a los organismos en 10 minutos. Tiempo de reducción decimalo valor D, tiempo en minutos, a una temperatura determinada que se requiere para reducir la población viable al 10% de su valor previo. Valor-Z es el cambio de temperatura que se requiere para modificar el valor D por un factor de 10. Cinética de muerte: Bajo condiciones letales, los organismos de una población no mueren sincrónicamente. Estadísticamente la inactivación durante un período finito (es decir a medida que la dosis letal aumenta) es proporcional al número de células viables al principio del período, es decir, la población muere exponencialmente. Por tanto una gráfica del logaritmo del número de supervivientes a cualquier tiempo (dosis) durante el tratamiento contra el tiempo transcurrido de tratamiento (dosis), producirá una línea recta. Cuando el descenso logarítmico es constante desde el tiempo cero, la curva es una forma de cinética de «choque único» (es decir, una lesión irreversible es suficiente para matar a una célula) y se describe mediante la ecuación:
15: ¿Porque la congelación de un alimento es un método de conservación? De su respuesta en función a la cinética de reacción.
Rt: Es un proceso de conservación porque al congelar los alimentos hay ausencia del calor que es necesario para obtener la energía de activación mínima para que distintas reacciones químicas de descomposición del alimento se lleven a cabo y que los microorganismos que puedan contener queden en un estado de capsulas donde no pueden realizar sus funciones hasta que tengan una temperatura habitable.
Conclusiones
1. Se logró analizar el efecto de la concentración sobre el tiempo requerido para el tiempo de reacción. 2. Se logró determinar las concentraciones de los componentes de las reacciones en función del tiempo 3. Se pudo conocer los diversos factores de los que depende la velocidad de reacción en los procesos, como, la temperatura y los catalizadores.
Bibliografía
http://www.deciencias.net/simulaciones/quimica/reacciones/concentra.htm
https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_velocidad
https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_activaci%C3%B3n
http://sisbib.unmsm.edu.pe/BibVirtual/Tesis/Ingenie/Paredes_M_L/cap2.htm
https://esterilizacionmf.wikispaces.com/Cin%C3%A9tica+de+esterilizaci%C3%B3 n
Anexos
