Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Laboratorio de Equilibrio y cinética.
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Alumnos"
Práctica 8 “INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA RAPIDEZ DE LA REACCIÓN. CINÉTICA DE YODACIÓN DE LA ACETONA.”
I. OBJETIVO GENERAL Estudiar el efecto de la temperatura sobre la rapidez de reacción.
II. OBJETIVOS PARTICULARES a. Determinar la constante de rapidez de reacción a varias temperaturas b. Obtener la energía de activación de reacción y el factor pre-exponencial de la ecuación de Arrhenius.
III. PROBLEMA Obtene Obtenerr la ecuaci ecuación ón ue relac relacion iona a la variac variación ión de la consta constante nte de rapide rapidez z de reacción con la temperatura.
INTRODUCCIÓN !na !na ley de velocidad muestra la relación entre las veloci ocidades y las conc concen entr trac acio ione nes. s. "in "in emba embarg rgo# o# las las velo veloci cida dade des s tamb tambi$ i$n n depe depend nden en de la temperatura. %on pocas excepciones la velocidad aumenta acentuadamente con el aumento de la temperatura. &an't an't (o)# (o)# uím uímic ico o hola holand nd$s $s## obse observ rvó ó empí empíri rica came ment nte e ue ue a cada cada *+,% *+,% de elevación de la temperatura# la velocidad de reacción se duplica "in embargo# experimentalmente se observó ue este cociente ueda# en realidad# entre y /. Entonces en *001# el uímico sueco "yante Arrhenius propuso otra ecuación empírica ue proporciona proporciona me2ores resultados. 3a energía de activación es la energía cin$tica mínima ue los reactivos deben tener para ue se formen los productos. Esta es 2ustamente la m4s importante cont contri ribu buci ción ón de Arrh Arrhen eniu ius s la prop propos osic ició ión n de ue ue los los proc proces esos os uím uímic icos os son son activados# o sea# precisan de una cierta energía de activación para ocurrir. Así# procesos con ba2a energía de activación ocurren r4pidamente# en cuanto procesos con elevada energía de activación ocurren m4s lentamente. %uanto mayor la energía de activación# menos probable ser4 la transformación de reactivos en productos.
DISE DI SEÑO ÑO E XPERIMENTAL
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A partir de diversas concentraciones determinar el orden de la reacción linealizando las ecuaciones. "abiendo ue la pendiente de las gr45cas ue me2or se a2usten linealmente representa la 6 realizar una gr45ca 5nal ue nos permita conocer la energía de activación y el factor pre-exponencial. 7odo lo anterior con base en resultados experimentales con ayuda de un espectrofotómetro y un ba8o maría.
:aterial * Espectrofotómetro celdas espectrofotom$tricas * cronómetro * termómetro / vasos de precipitados de @+ ml
METODOLOGÍA EMPLEADA %alibración del espectrofotómetro Encender el aparato y esperar *@ minutos. "eleccionar la longitud de onda y calibrar con el blanco.
%urva patrón *. reparar distintas disoluciones de yodo a diferentes concentraciones. . %on la longitud de onda obtenida en la primera parte del experimento# realizar distintas mediciones de absorbancia usando cada una de las disoluciones. Entre cada BcambioC de disolución# usar el blanco para a2ustar la absorbancia ;llevar a cero>
7emperatura ambiente
*. %olocar yodo con 4cido clorhídrico en un vaso de precipitados. . A8adir acetona a la mezcla yodo-4cido clorhídrico y encender el cronómetro. 7omar una alícuota de esta mezcla en la fotocelda y colocarla en el espectrofotómetro para obtener datos de absorbancia. ?. 9egistrar los datos en tablas. /. %ada minuto# tomar una alícuota de la mezcla inicial y colocar en el espectrofotómetro hasta ue la mezcla inicial se agote. •
7emperatura diferente al ambiente
*. 9epetir los mismos pasos ue a Btemperatura ambienteC. 3a diferencia ser4 ue la reacción deber4 llevarse a cabo a la temperatura indicada# y debe controlarse ue esa temperatura sea constante. "i se tiene una temperatura menor al ambiente# usar un ba8o de hielos en caso de tener una temperatura mayor al ambiente# usar un ba8o de agua caliente.
DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS Algoritmo de c4lculo. a> *. Determinar la concentración de < a a cada tiempo y temperatura# a partir de la cxurva patrón. 9egistrarlos datos en la tabla . %urva patrón F G /0H.H@ x I +.++@ Abs G /H0.H@ J K I +.+++@
b> Explicar en u$ consiste el m$todo integral para determinar# el orden de reacción y la constante de rapidez a cada temperatura con la información de la tabla . Orden cero
[ ]
d A d t
G -Nps
A
∫ d [ A ] A 0
[ A ]
α
[ ]
d A d t
G -Nps
[ A ]
0
dJAKG -Npsdt
1
G -Nps
∫ dt 0
JAKG -Nps t I % %onsiste en gra5car c vs t# 3n % vs t y *% vs t# y elegir la gr45ca ue presenta el me2or valor de correlación lineal ;r >. "iendo % vs t la ue presenta una r de +.11L*.
3a pendiente de esta gr45ca representa constante de de rapidez.
GRÁ2ICOS.
Te34e56t756 A3"8e#te9 .$ 0C + +
f;x> G - +x I + 9P G *
+
C:#;e#t56;8<# (3:/%L!
+
3inear ;>
+ + + +
@++
*+++
*@++
T8e34: (se!
Te34e56t756 A3"8e#te9 .$ 0C -L f;x> G - +x - L.* 9P G +.0
-H -0
L# C:#;e#t56;8<#
3inear ;>
-1 -*+ -** +
@++
*+++
T8e34: (se!
*@++
Te34e56t756 A3"8e#te9 .$ 0C @++++ /++++ ?++++
I#=e5s: C:#;e#t56;8<# ++++
3inear ;> f;x> G *.*@x - L@/0.+ 9P G +./*
*++++ + +
@++
*+++
T8e34: (se!
Te34e56t7569 +'0C + f;x> G - +x I + 9P G +.11
+
C:#;e#t56;8<# (3:/%L!
+
3inear ;>
+ + +
*++ ++ ?++ /++
T8e34: (se!
Te34e56t7569 +'0C -L.@ -H
L# C:#;e#t56;8<#
f;x> G - +x - L.H/ 9P G +.1@
-H.@
3inear ;>
-0 -0.@ +
*++
++
?++
/++
T8e34: (se!
Te34e56t7569 +'0C /+++ ?@++ ?+++
I#=e5s: C:#;e#t56;8<#
@++
f;x> G H.?@x I /LH 9P G +.0L
+++ *@++ *+++ + *++ ++ ?++ /++
T8e34: (se!
3inear ;>
Dete538#6;8<# >e E6 ? A -*?.* f;x> G - 1/*?.@Lx I *H.1? 9P G *
-*?.? -*?.@
L# 1
3inear ;>
-*?.H -*?.1 +
+
+
+
+
+
I#=e5s: 0T ($%1!
uesto ue la gr45ca de concentración vs tiempo representó el me2or a2uste lineal se dice ue la reacción es de orden cero y la pendiente de estas gr45cas ;a ./ y ?+ ,%> indica la 6 ue nos arro2a un valor de 1Q*+RS y Q*+RT respectivamente# mismas ue nos servir4n para realizar la anterior gr45ca. %on base en la gr45ca
LnK =
− Ea
"abemos ue la pendiente de la gr45ca Ea=( −9413.6 ) ( −8.314 ) =78264.67
R
() 1
T
+ LnA
m=−9413.6 =
− Ea R
J mol
"i bG*H.1? y bG3n A entonces A ;factor pre-exponencial> ( 17.93) 7 LnA e =e =61220 949.44 =6.12∗10
ANÁLISIS DE RESULTADOS •
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UDe u$ orden es la reacciónV De Orden cero. U%ómo cambia la constante de rapidez de reacción con la temperaturaV 3a constante de rapidez es directamente proporcional a la temperatura. UWu$ valor tiene la energía de activaciónV U%u4les son sus unidadesV !nidades son Xmol.
•
78264.67
J mol
UWu$ valor tiene el factor pre-exponencialV U%u4les son sus unidadesV Yo tiene unidades# es adimensional. 61 220 949.44=6.12∗107
CONCLUSIONES9 %ualuier reacción es mucho m4s sensible a la temperatura cuando las temperaturas son ba2as ue cuando son altas. %uanto mayor es la 7emperatura de operación# mayor es el valor del coe5ciente cin$tico N y por tanto# mayor es la velocidad de reacción. 7ambi$n la velocidad de reacción aumenta al aumentar la temperatura ya ue al aumentar la energía cin$tica de las mol$culas# las colisiones son m4s frecuentes y la reacción se da m4s r4pidamente. 3a frecuencia de las colisiones ue se lleva a cabo en la reacción en la cual se expresa como A y se le conoce como el factor pre-exponencial de la ecuación de Arrhenius# nos da esto una relación con la constante de velocidad# ya ue la constante de velocidad es directamente proporcional a la frecuencia de colisiones.
MANEJO DE RESIDUOS9 3os residuos de las disoluciones usadas se colocaron en un contenedor de residuos. BIBLIOGRA2ÍA9 • •
