DETERMINACIÓN DE LA LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ. ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE YODACIÓN DE LA ACETONA.
I. OBJETIVO GENERAL Comprender que la composición de un sistema reaccionante cambia con el tiempo. II. OBJETIVOS PARTICULARES a. Seleccionar las variables que permitan determinar el cambio de la composición con el tiempo. b. Elegir la técnica analítica adecuada para determinar los cambios en la composición del sistema reaccionante. c. Encontrar un modelo matemático (ley de rapidez) aplicando el método integral. Explicar el fundamento del método método de aislamiento de Ostwald y su utilidad en el diseño de un un estudio cinético. III. PROBLEMA Determinar la ley experimental de rapidez de la reacción de yodación de la acetona. A1. INTRODUCCION La Cinética Química es la rama de la química que estudia cuantitativamente la rapidez de reacción. También estudia el cambio de la composición de los estados energéticos con respecto al tiempo. Una reacción puede ser espontánea de acuerdo a las leyes termodinámicas, pero para saber si ocurre o no ocurre, ésta debe ocurrir en lapso de tiempo razonable. En este caso es imprescindible notar la diferencia entre espontaneidad y rapidez. Para predecir cuán rápido ocurren las reacciones necesitamos los principios de la Cinética Química. Definiciones A. Cinética Química - tiene que ver con la rapidez de la reacción química y el estudio de los factores que determinan o controlan la rapidez de un cambio químico tales como: la naturaleza de los reactivos o productos, concentración de las especies que reaccionan, el efecto de la temperatura, la naturaleza del medio de reacción y la presencia de agentes catalíticos. Para entender los diferentes pasos o procesos elementales (i.e. cómo ocurren las reacciones a nivel atómico- molecular) a través de los cuales los reactivos se convierten en productos debemos estudiar los mecanismos de reacción. B. Mecanismo de reacción - es la serie de pasos elementales a través de los cuales los reactivos se convierten en productos. Una vez se conoce el mecanismo de una reacción podemos controlar las condiciones óptimas para la reacción y obtener una mayor cantidad de productos en menor tiempo. El mecanismo de una reacción representa lo que nosotros creemos (hipótesis) que ocurre a nivel atómico molecular, la serie de transformaciones al nivel atómico - molecular y se postula en base a los resultados de experimentos donde se ha determinado
como afectan los diferentes factores la rapidez de la reacción. La estequiometría de la reacción es siempre mucho más sencilla que el mecanismo y no nos dice nada sobre éste. C. Molecularidad - número de moléculas, (radicales, átomos y/ó iones) envueltos en cada acto molecular individual que resulte en la l a transformación de reactivos a productos. Debe ser un número entero positivo. Es un concepto teórico: uni, bi, ter ó trimolecular. D. Ley de rapidez de reacción - expresión matemática que relaciona el cambio en concentración de un reactivo o producto por unidad de tiempo y que se determina experimentalmente. Siempre tiene un valor positivo y es proporcional a la concentración. A2. PROPUESTA DEL DISEÑO EXPERIMENTAL. A3. REACTIVOS Y MATERIALES. (I2 – KI) (0.002 M – 0.2M) Acetona 1.33 M HCl 0.323 M 1 Espectrofotómetro 2 celdas espectrofotométricas 1 cronómetro 1 termómetro 4 vasos de precipitados de 50 ml 2 pipetas graduadas de 10 mL 1 propipeta (o jeringa con tubo látex)
A4. METODOLOGÍA EMPLEADA En un vaso de precipitados mezclar 8 mL de acetona 1.33 M y 4 mL de HCL 0.323 M
Agregar al vaso los 8 mL de la solución de yodo-yodurada 0.002M y en ese momento accionar el cronómetro, mezclar rápidamente y trasvasar la solución de reacción a la celda (un 80% del volumen total de la celda).
Hacer determinaciones de absorbancia a 460 nm cada minuto (dejar la celda en el equipo) hasta completar 20 minutos. Anotar los datos en la tabla 1.
A.5. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS. 1. Registrar los datos experimentales de tiempo y absorbancia en la tabla 1. 2. Algoritmo de cálculo. a. Calculo de la concentración de I 2 a diferentes tiempos a partir de las absorbancias (ecuación obtenida a partir de la curva patrón).
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
11.
12.
14.
13.
16.
15.
17.
18.
19.
20.
b. Describa las ecuaciones para obtener el orden de reacción a partir del método integral.
AT () A0 AT () A0 AT () A0
Condiciones de trabajo: Temperatura = 22°C
Presión ambiental = 585 mm Hg
λ=
460nm
TABLA 1. Registrar los datos de tiempo y absorbancia, calcular la concentración de yodo, su logaritmo y su inversa. T (min) Absorbancia C (mol/L) Ln C 1/C 0.18 592 0.73 -0.3147 1.3699 0.63 562 0.693 -0.3667 1.443 1 527 0.6498 -0.4311 1.5389 1.35 486 0.5993 -0.512 1.6686 1.83 445 0.5487 -0.6002 1.8225 2.15 415 0.5117 -0.67 1.9543 2.55 390 0.4809 -0.7321 2.0794 2.92 356 0.439 -0.8233 2.2779 3.32 322 0.397 -0.9238 2.5189 3.63 288 0.3551 -1.0354 2.8161 3.98 256 0.3156 -1.1533 3.1686 4.35 220 0.2713 -1.3045 3.686 4.65 216 0.2663 -1.3231 3.7552 4.97 206 0.254 -1.3704 3.937 5.32 126 0.1554 -1.8618 6.435 5.72 111 0.1369 -1.9885 7.3046 6.07 70 0.0863 -2.4499 11.5875 6.43 59 0.0727 -2.6214 13.7552 6.88 33 0.0407 -3.2015 24.57 7.3 22 0.0271 -3.6082 36.9004
A6. ELABORACIÓN DE GRÁFICOS. 1. Traza las gráficas de C vs. t, ln C vs. t y 1/C vs. t, para cada concentración de yodo. Calcular la pendiente (m) y el coeficiente de correlación ( r ). Gráfica 1. Concentración vs Tiempo
Concentración Concentración vs Tiempo
y = -0.1039x + 0.7424 R² = 0.9938
0.8 0.7 ) L 0.6 / l o m 0.5 ( n 0.4 ó i c a 0.3 r t n e 0.2 c n o C 0.1
Concentracion vs Tiempo Linear (Concentracion vs Tiempo) Linear (Concentracion vs Tiempo)
0 -0.1 0
2
4
6
8
Tiempo (min)
Pendiente= m =-0.1039; R=√ =0.9969 Gráfica 2. Ln C Vs Tiempo
Ln C vs Tiempo 0.5 0 -0.5 0
2
4
6
8
y = -0.4184x + 0.2093 R² = 0.8788
-1 C -1.5 n L -2
Ln C vs Tiempo Linear (Ln C vs Tiempo)
-2.5 -3 -3.5 -4
Tiempo (min)
Pendiente= m = -0.4184;
Gráfica 3. 1/C Vs Tiempo. Tiempo.
R=√
1/C vs Tiempo 40 35 30 25 ) ¹ ⁻ 20 M15 ( C / 10 1 5 0 -5 0 -10
y = 3.1184x - 5.0005 R² = 0.5471
1/C vs Tiempo Linear (1/C vs Tiempo)
2
4
6
8
Tiempo (min)
Pendiente= m = 3.1184;
R=√ =0.7397
A7. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. ¿Cuál es el orden de reacción con respecto al yodo? Es de orden cero, ya que como vemos, la gráfica1, Concentración vs Tiempo, ya que es la que tiene un coeficiente de correlación mas cercano a 1. Además es la única que corresponde, ya que la grafica 2, debería de tener una pendiente positiva, y la grafica 3 debería ser una recta, pero es más una exponencial, de hecho ni debí aplicarle regresión lineal. 2. ¿Cuál es el valor de kps?
A9. MANEJO DE RESIDUOS. A10. BIBLIOGRAFÍA.
Conceptos de física, Hewitt P. G., Limusa, 1997
Fisicoquímica, Castellan G. W., Addison Wesley Longman, 2ª Edición, 1987.
Fisicoquímica, Keith J. Laidler, John H. Meiser, CECSA, 1a. Edición, 1997.
Fisicoquímica, Ira N. Levine, Mc Graw Hill, 4ª edición, 1996.
