Estudio de La Velocidad de Descomposicion Catalitica Del H2O2

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

I.

RESUMEN.

El presente informe tiene como objetivo la determinación de la constante de velocidad de la reacción. El Labo Laborat ratori orio o se enco encont ntra raba ba a las las sigu siguie ient ntes es cond condic icio ione nes: s: Una Una pres presió ión n atmosférica de 756 mmHg a una temperatura de !"#$ % un porcentaje de &umedad de '(). *ara poder reali+ar nuestros c,lculos primeramente graficamos - /0t1 vs 2iempo seg para cada temperatura ("#$ % 3"#$ respectivamente -ver grafica 4 % !1 en esta grafica la cual resulto ser curva tomamos 7 puntos tangentes cada uno en un respectivo tiempo de esta forma se encontró la velocidad de la reacc reacció ión n en ese ese tiem tiempo po obse observ rv,n ,ndo dose se ue ue esta esta dism dismin inu uaa a medi medida da ue ue avan+aba el tiempo luego se grafico el Log-velocidad1 vs el Log- /0t1 -ver graficas ( % 31  en esta grafica la cual resulto ser una recta nos dio una pendiente la cual resulto ser el orden de la reacción para cada respectiva temperatura encontr,ndose ue para ("#$ es de orden 4 % para 3"#$ de orden ! finalmente se grafico también el Log- /0t1 vs el 2iempo seg -ver graficas 5 % 61. La cual también fue una recta cu%a pendiente multiplic,ndola por 0!.( nos dio como resultado la constante de velocidad de la reacción para cada temperatura respectivamente - ("#$ ("#$8".""((4! %  3"#$ 3"#$8".""5('!1. 2eniendo las constantes a dos temperaturas diferentes se pudo calcular la energa de activación de la reacción la cual es de 9.43'calmol. *odemos concluir en ue el aumento de temperatura aumenta la velocidad de las reacciones esto se manifiesta con el aumento de la constante de velocidad. Una recomendación importante es ue el é;ito de la e;periencia es la destre+a con ue se nivele el volumen del agua despla+ado por el o;igeno con ue se gene genera ra en la desc descom ompo posi sici ción ón del del H !
II.

INTRODUCCION.

Los estudios de cat,lisis se e;tienden a fenómenos ue se relacionan con el estudio del complejo activado formado cada ve+ ue se lleva a cabo una reacción umica % su importancia a nivel industrial radica en la posibilidad de obtener productos en menor tiempo acelerando la velocidad de reacción % logrando de este modo la optimi+ación del Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del " #$#%4


proceso. Un catali+ador es una sustancia ue altera la velocidad de una reacción. El proceso recibe la denominación de cat,lisis. Una definición amplia de cat,lisis es la aceleración de reacciones químicas por la adición de pequeñas cantidades de pequeñas sustancias al sistema reaccionante. Entre los criterios mas importantes de la cat,lisis estan:

-

El catali+ador permanece invariable al final de la reacción.

-

Un catali+ador no modifica el euilibrio pues altera igualmente las velocidades de las reacciones directa e inversa.

-

El catali+ador no inicia una reacción.

-

Un catali+ador esta generalmente presente en concentración relativamente peue=a la concentración del catali+ador afecta notablemente la velocidad de la reacción.

-

La acción cataltica es especifica no siendo apropiada todos los catali+adores para catali+ar una determinada reacción. Entre las clases de cat,lisis tenemos. $at,lisis Homogénea: >onde el catali+ador esta en la misma fase ue las sustancias reaccionantes. $at,lisis Heterogénea: En la cual el catali+ador esta en fase distinta ue las sustancias reaccionantes. $at,lisis En+imatica: -*rocesos biologicos catalticos1 es decir mediante biocatali+adores de los cuales los primeros conocidos fueron las reacciones producidas por en+imas.

III.

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.

Condiciones De Laboratorio *?E@AD>

756 mmHg !" #$ '(

Tabla 1: Volúmenes de Agua, Tomado cada ! seg " su #especti$o Volumen %n&inito 'ara la Temperatura de ! (C) Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del " #$#%!


2AEC*< seg (" 6" 9" 4!" 45" 4'" !4" !3" !7" ("" ((" (6" (9" 3!" 35"


Tabla *: Di&erencia entre el Volumen %n&inito " el Volumen Tomado cada ! seg " su respecti$o Logaritmo para una Temperatura de !(C 2AEC*< seg (" 6" 9" 4!" 45" 4'" !4" !3" !7" ("" (("

-/ 0 21 ml 45.7 43.5 4!.6 44.7 4".( 9.'" '.6" '.4" 7.5" 6.'" 6.4"

Log -/ 0 21 4.496 4.64" 4.4"" 4."6' 4."4( ".994 ".9(3 ".9"' ".'75 ".'(! ".7'5

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del " #$#%(


(6" (9" 3!" 35"

5.!" 5."" 3.!" (.9"

".746 ".69' ".6!( ".594

Tabla : Velocidades Tomadas Tra+ando Tangentes de la ra&ica -V ./Vt $s T0 con sus #especti$os Logaritmos para una Temperatura de !(C) 2AEC*< seg (" 9" 45" !4" (6" 3!" 35"

EL<$A>D>E@ mlseg "."6"6" "."335" "."(""" "."!('" "."!""" "."4(4" ".""575

Log -velocidad1 04.!! 04.(5 04.5! 04.6! 04.69 04.'' 0!.!3

Tabla  : Volúmenes de Agua tomados cada ! seg " su respecti$o Volumen %n&inito 'ara una Temperatura de ! (C 2AEC*< seg (" 6" 9" 4!" 45" 4'" !4" !3" !7" ("" ((" (6" (9" 3!"


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35"

4'.6 / 8 !".3 ml

Tabla 2: Di&erencia entre el Volumen %n&inito " el Volumen Tomado cada ! seg " su respecti$o Logaritmo para una Temperatura de !(C 2AEC*< seg (" 6" 9" 4!" 45" 4'" !4" !3" !7" ("" ((" (6" (9" 3!" 35"

-/ 0 21 ml 47.! 4!.9 9.9" 7.3" 5.7" 3.7" 3.4" (.3" !.9" !.7" !.3" !.!" !."" 4.9" 4.'"

Log -/ 0 21 4.!(6 4.44" ".996 ".'7" ".755 ".67! ".64! ".5(4 ".36! ".3(4 ".('" ".(3! ".("4 ".!79 ".!55

Tabla 3: Velocidades Tomadas Tra+ando Tangentes de la ra&ica -V ./Vt $s T0 con sus #especti$os Logaritmos para una Temperatura de !(C)

2AEC*< seg 6" 9" 4!" 45" ("" (6" 35"

EL<$A>D>E@ mlseg ".4"67" "."'(3" "."69!" "."('9" "."4!9" ".""7!4 ".""!6(

Log -velocidad1 0".97 04."' 04.46 04.34 04.'9 0!.43 0!.5'

Tabla 4: 5rden " Constante de Velocidad -60 a su #especti$a Temperatura)

2emperatura 
(4(.45 ! ".""5('!

("(.45 4 ".""((4!



Energa de Dctivación Ea 8 9.43' calmol

IV.

EJEMPLO DE CALCULOS.

a0 ra&ique -V / Vt0 $s) Tiempo seg, para cada temperatura) *ara 28("$  84'." ml ∞

$uando t 8 (" segundos:  0 t 8 -4'." F !.(1ml 8 45.7ml ∞

*ara 283"$  8!".3ml ∞

$uando t 8 ("segundos:  0 t 8 -!".3 F (.!1ml 8 47.!ml. ∞

>e la misma manera se calculan los valores ue se encuentran en las tablas 4 % 3 Los resultados se pueden observar en las tablas ! % 5 de estas se reali+an los gr,ficos 4 % ! de - 0 t1 vs. 2iempo seg ue resultan ser curvas en las cuales toma 7 puntos en los ue se ∞



tra+an tangentes a la curva obteniendo as velocidades de reacción a diferentes concentraciones las cuales se observan en las tablas ( % 6 con su respectivo logaritmo para el calculo de la parte b.

b0 ra&ique el logaritmo de la $elocidad de la reacción para di&erentes inter$alos de tiempo en &unción del log-V / Vt0 " 7alle el orden de la reacción) 2omando tangentes en 7 puntos de las gr,ficas 4 % ! -ver grafica ( % 61 *ara el caso 28("$: Log 8 04.!!

t 8 (" seg

Log 8 04.6!

t 8 !4"seg

2omando log- 0 t1 en cada respectivo tiempo. ∞



log- 0 ("1 8 4.496



log- 0 !4"1 8 ".9("

∞

∞

Entonces el valor del orden de la reacción para ("#$ *ara este caso

0m 8 orden 8 0-4.!!0 -04.6!11-4.490".9(1 8 4.53 G !

Esto indica ue la reacción de descomposición cataltica del H!e la misma manera se reali+a para la temperatura de 3"#$ encontr,ndose ue es de orden 4 -graficas ( % 31 los valores se encuentran en la tabla numero 7.

c0 ra&ique el log-V / Vt0 $s) t Esta gr,fica resulta ser una recta de cu%a pendiente se obtiene la constante de velocidad -1 ver graficas 5 % 6:



*ara el caso 28("$ m 8 0".""433 8 0I!.(  4 8 (.(4!;4"0( *ara el caso 283"$ m 8 0".""!(3 8 0I!.(  ! 8 5.('!;4"0(

d0 8alle la energía de acti$ación de la reacción: *ara este c,lculo se necesita conocer las constantes de velocidad a dos diferentes temperaturas lo ue se obtiene a partir de las gr,ficas 5 % 6.

Entonces la energa de activación es igual:

K Log ! K 4

=

 T −T     !.( xR  T xT  Ea

!

!

4

4

>onde:  ! %  4: constantes de velocidad a temperaturas absolutas 24 % 2!. ? : constante universal de los gases su valor es 4.9'7 calmol I. Ea : Energa de activación.

Log 5.('!;4"0( 8 Ea ; (4(.450("(.45 0( (.(4!;4" -!.(;4.9'71 (4(.45;("(.45

Ea 8 9.43' calmol.

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V.

•

DISCUSION DE RESULTADOS.

La descomposición del peró;ido de &idrogeno es un ejemplo claro de reacciones de primer orden. E;perimentalmente en laboratorio se trabajo a una temperatura de !"#$ de donde se obtuvo para ("#$ la descomposición del peró;ido de &idrogeno un orden de reacción igual a 4 mientras ue para una temperatura de 3"#$ no fue as se obtuvo un orden de reacción igual a !. Este incremento o variación del orden de la reacción se pudo &aber debido a ue el volumen final obtenido es menor al volumen obtenido a una temperatura de 3"#$.

•

Hubo errores al reali+ar esta practica las cuales pueden ser ue dejo abierto muc&o tiempo el orificio de salida del aire dej,ndose escapar muc&o volumen de o;igeno el cual no pudo ser calculado el aparato para efectuar las mediciones se encontraba defectuoso el cual tenia muc&as fugas adem,s el calculo de la altura a la ue se deba sostener la pera era mu% ine;acto.

•



V%) C59CL;%59<;) •

El aumento de al temperatura ocasiona un correspondiente aumento en la velocidad de las reacciones ello se manifiesta mediante el aumento del valor de al constante de la velocidad.

•

El método gr,fico empleado para determinar la constante de velocidad de reacción resulta ser tan apro;imado como lo permite el calcular el valor de la pendiente.

•

La velocidad de reacción disminu%e con el tiempo siendo independiente de la concentración inicial del peró;ido de &idrogeno.

•

El Ke$l( actJa como catali+ador de la reacción % aunue este no vare su composición una ve+ concluida la reacción si intervienen como intermediario disminu%endo la energa de activación de las mismas.

•

El catali+ador tiene ue acelerar la reacción inversa tanto como la directa de modo ue la constante de euilibrio no se vea afectada %a ue la posición del euilibrio umico es independiente del mecanismo.

•

El catali+ador esta generalmente presente en concentración relativamente peue=a.

•

El catali+ador no inicia una reacción sino ue solo acelera una transformación ue se produce por si misma en forma e;traordinariamente lenta.

•

$uando se aumenta la temperatura el orden de la reacción se ve incrementada.

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La constante de la elocidad de ?eacción es directamente proporcional a la temperatura.

•

La Energa de activación siempre es positiva. lo cual uiere decir ue se debe suministrar energa para producir moléculas activadas.

VII. RECOMENDACIONES.


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Es mu% importante saber ue el é;ito de la e;periencia depende de la destre+a con ue se nivele el volumen de agua despla+ado por el o;igeno ue se genera durante la descomposición del peró;ido de &idrogeno.

•

@e recomienda mantener constante la temperatura para as poder obtener una grafica ue nos a%ude a &allar el orden % la constante de velocidad de la reacción.

•

Dsegurarse ue no &alla fuga de o;geno para esto verificar si el aparto se encuentra en perfectas condiciones %

también tener cuidado

al reali+ar la e;periencia evitando la

m,;ima cantidad de fugas de o;igeno puesto ue el volumen final debe ser ma%or al obtenido en el ultimo minuto.

VIII. APENDICE.

1)/ =Cuando se dice que las mol>culas se encuentran en estado acti$ado? @ =Como in&lu"e la temperatura?) Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del " #$#%4!


El aumento de temperatura produce casi invariablemente un aumento significativo de velocidad de una reacción umica. Las moléculas reaccionantes no solamente deben colisionar entre si si no ue también deben ser correctamente orientadas % c&ocar con suficiente energa o sea estar acti$adas) El numero de colisiones ue son efectivas es muc&o mas peue=o % debe ser claramente diferenciado de las colisiones totales. Las moléculas ue reaccionan est,n en un estado e;cepcional uno de alta energa comparado con el promedio molecular. Las colisiones ue causan reacciones entre dos o mas moléculas son pocas % solamente pueden ocurrir por colisiones de molécula de alta energa. Las moléculas ue reaccionan se llaman mol>culas acti$adas  % una colisión ue causa reacción se llama una colisión de rica energía) La velocidad del aumento de la velocidad de reacción con la temperatura consiste en ue el aumento de temperatura favorece considerablemente el aumento de la fracción de moléculas ue posee gran e;ceso de energa sobre el promedio &abiendo as un numero ma%or de colisiones de moléculas ue posee la necesaria energía de acti$ación para ue se efectué la reacción. Los conceptos de estado acti$ado % energa de activación se &an introducido para e;plicar el peue=o numero de colisiones fructferos en las reacciones umicas. La reacción Jnicamente tiene lugar cuando las moléculas reaccionantes poseen una cantidad adicional de energa por encima de las ue poseen el promedio de las moléculas. Esta energa adicional se denomina energa de activación % cuando unas moléculas la poseen se dice ue est,n en estado activado. $uanto ma%or es la energa de activación para una reacción menor ser, el numero de moléculas ue la poseen % mas lenta ser, la reacción a una temperatura determinada de otro lado cuanto ma%or es la temperatura ma%or ser, el numero de moléculas en estado activado.

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*)/ = Cual es la &unción de un catali+ador en una reacción ? Un catali+ador es una sustancia ue aumenta la velocidad de reacción umica sin consumirse el catali+ador puede reaccionar para formar un intermediario pero se regenera en paso subsecuente de la reacción. La función de un catali+ador es la de efectuar la reacción deseada con una menor energía de acti$ación  lo ue produce una reacción mas r,pida. *or ue mas moléculas alcan+an a poseer la cantidad de energa de activación necesaria para reaccionar.

<&ecto del Catali+ador sobre la
)/ <plique el proceso de autocatalisis) Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del " #$#%43


$uando en un proceso se produce una sustancia capa+ de actuar como catali+ador sobre la reacción se dice ue esta es autocatalitica. Ds ocurre en el desdoblamiento del acetato de etilo en etanol % ,cido acético ue empie+a por ser mu% lenta pero cuando se &a formado algo de ,cido acético la rapide+ aumenta por ue este ,cido influ%e sobre la saponificación por lo iones Hidronio ue se forman con le solvente agua.
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