PRÁCTICA NO. 11
CINÉTICA DE LA HALOGENACIÓN DE LA CETONA
PRÁCTICA NO. 11 CINÉTICA DE LA HALOGENACIÓN DE LA CETONA
I.
Objetivos:
1.1 Determinar el orden de reacción para la cinética de halogenación de la acetona. 1.2 Determinar el efecto de la concentración de ácido y de cetona sobre la cinética de halogenación de la acetona. 1.3 Determinar la constante de velocidad para la reacción de halogenación de la acetona.
II.
Fundamentos:
La halogenación es el proceso químico mediante el cual se adicionan uno o varios átomos de elementos del grupo de los halógenos(grupo 7 de la tabla periódica) a una molécula orgánica. Existen descripciones más concretas que especifican el tipo de halógeno: fluoración, cloración, bromación y yodación.
CINÉTICA QUÍMICA Es el estudio de las velocidades de reacción y cómo es que estas cambian bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan durante la reacción general.
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN Concentración de los reactivos
Aumento en concentración aumenta la velocidad.
Concentración de un catalizador
Especie que acelera la reacción sin consumirse en la reacción general.
Temperatura de reacción
Aumento en temperatura aumenta la velocidad.
Área de superficie de un reactivo sólido o catalizador
Mientras mayor el área de superficie más rápida la reacción.
VELOCIDAD DE REACCIÓN Velocidad de formación
Es el aumento en la concentración molar del producto de una reacción por unidad de tiempo.
Velocidad de descomposición
Es la disminución en la concentración molar del reactivo por unidad de tiempo.
Dependencia de la velocidad de reacción con la concentración
LEY DE LA VELOCIDAD
Ecuación que relaciona la velocidad de una reacción y las concentraciones de reactivos y catalizadores elevados a una potencia.
CONSTANTE DE VELOCIDAD
Constante de proporcionalidad en la relación entre la velocidad y las concentraciones.
ORDEN DE REACCIÓN Exponente de la concentración de una especie en la ley de velocidad, determinada experimentalmente. El orden de reacción no está necesariamente relacionado a la estequiometria de la reacción, a menos que la reacción sea elemental. Reacciones complejas pueden tener o no órdenes de reacción iguales a sus coeficientes estequiométricos. No es necesario que el orden de una reacción sea un número entero; cero y valores fraccionarios de orden son posibles, pero ellos tienden a ser enteros. Ordenes de reacción pueden ser determinados solamente por experimentos. Su conocimiento conduce a conclusiones sobre el mecanismo de reacción. Temperatura y velocidad
Teoría de las colisiones
Teoría que considera que para que una reacción tenga lugar, las moléculas de reactivos deben chocar con una energía mayor al valor mínimo, con la orientación adecuada.
Energía de activación (Ea)
Energía mínima de colisión requerida para que dos moléculas reaccionen.
MOLECULARIDAD Se define el número de moléculas que participan en un paso elemental. Es el número de entidades moleculares colisionando que están involucradas en una única etapa de reacción, sin necesidad de otro reactivo. En cuanto al orden de una reacción es derivado experimentalmente, la molecularidad es un concepto teórico y puede ser solamente aplicando las reacciones elementales. En reacciones elementales, el orden de reacción, la molecularidad y los coeficientes estequiométricos son el mismo, más allá que solo numéricamente, porque ellos son conceptos diferentes.
unimolecular: reacción elemental en la que participa una molécula de reactivo. bimolecular: Participan dos moléculas de reactivos. termolecular: Participan tres moléculas de reactivos.
ECUACIÓN DE ARRHENIUS Ecuación matemática que expresa la dependencia de la constante de velocidad de la temperatura.
k = Ae-Ea/RT A = factor de frecuencia, constante. Ea es inversamente proporcional a k.
CATÁLISIS Catalizador
Sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin consumirse en ella.
Catálisis homogénea
El catalizador se encuentra presente en la misma fase de las moléculas que reaccionan.
Catálisis heterogénea
El catalizador se encuentra en fase diferente a la de las moléculas que reaccionan.
Métodos para determinar la velocidad de reacción Métodos Químicos
Análisis reactor
fuera del
Métodos Físicos
Análisis dentro del reactor
A)Pérdidas de presión en reacciones gaseosas B) Métodos dilatométricos C) Métodos Ópticos
Cambio en el Volumen Polarimetría:Cambio en la polaridad Refractómetro:Cambio en el índice de refracción. Colorimetría. Cambio en el color. Espectrofotometría.Variaciones en el espectro de luz.
D)Métodos Eléctricos
Conductimetría.Cambio en la conductividad. Potenciometría.Cambio en la potencia. Polarografía. Cambio en la polarida
III.
Diagrama de Bloques
IV.
Resultados
Tabla No. 1 Resultados absorbancia a 460nm de cada una de las disoluciones a diferentes tipos de reacción m1= m2=m3=m4= - m5=m6= m7= m8= 0.0008 0.0019 0.0032 0.0005 0.0013 0.0019 0.0035 0.0019 Abs Abs Abs Abs Abs Abs Abs Abs Tiempo TUBO TUBO 1 TUBO 2 TUBO 3 TUBO 5 TUBO 6 TUBO 7 TUBO 8 (S) 4 15 0.613 0.51 0.244 0.458 0.311 0.17 0.477 0.541 30 0.6 0.483 0.167 0.436 0.266 0.149 0.482 0.524 45 0.587 0.456 0.067 0.501 0.401 0.21 0.115 0.48 60 0.574 0.431 0.021 0.483 0.371 0.15 0.09 0.47 75 0.563 0.401 0.011 0.328 0.093 0.06 0.464 0.467 90 0.55 0.382 0.008 0.31 0.048 0.029 0.459 0.448 105 0.537 0.35 0.281 0.008 0.008 0.452 0.429 120 0.525 0.328 0.251 0.007 0.004 0.445 0.409 135 0.513 0.295 0.217 0.006 0.001 0.436 0.391 150 0.502 0.267 0.193 0.006 0.001 0.431 0.371 165 0.489 0.236 0.159 0.005 0.417 0.353 180 0.476 0.203 0.126 0.005 0.408 0.333 195 0.463 0.174 0.096 0.401 0.314 210 0.45 0.145 0.073 0.388 0.293 225 0.435 0.119 0.044 0.381 0.273 240 0.423 0.094 0.016 0.374 0.254 255 0.41 0.064 0.004 0.372 0.234 270 0.398 0.037 0.003 0.363 0.214 285 0.386 0.355 0.191 300 0.375 0.345 0.171 315 0.363 0.335 0.156 330 0.352 0.329 0.137 345 0.34 0.117 0.32 360 0.328 0.312 0.098 375 0.316 0.302 0.078 390 0.306 0.293 0.061 405 0.293 0.283 0.041 420 0.282 0.275 0.024 435 0.27 0.273 0.011 450 0.259 0.263 0.006 465 0.247 480 0.236 495 0.225
510 525 540 555 570 585 600 615 630 645 660 675 690 705 720 735 750 765 780 795
0.213 0.201 0.19 0.179 0.167 0.155 0.144 0.132 0.121 0.109 0.098 0.086 0.075 0.064 0.052 0.041 0.029 0.018 0.011 0.009
Tabla No. 2 Curva tipo
Tubo n° 1 2 3 4 5
ml. sln de yodo 0 0.5 1 1.5 2
ml. sln de HCl 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
ml. de agua destilada 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0
Concentración molar de yodo 0 0.00025 0.0005 0.00075 0.001
Asb 460 nm 0 0.167 0.356 0.496 0.676
Curva tipo y = 672.4x + 0.0028 R² = 0.9985
0.8 0.7 0.6 0.5 S B A
0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0.0012
Concentración de yodo [M]
Tabla No. 3 Cantidades de Soluciones a utilizar para la cinética de reacción: No. De disolucion
ml. de Acetona
1 2 3 4 5 6 7 8
1 1 1 1 0.12 0.25 0.5 0.25
ml. de sol. De ácido 0.1 0.2 0.5 1 1 1 1 1
ml. de sol. De yodo 2 2 2 2 2 2 2 1
ml. de agua destilada 6.9 6.8 6.5 6 6.88 6.75 6.5 7.75
[M ] de acetona
[M ] de ácido
[M ] de yodo
1.35 1.35 1.35 1.35 0.16 0.34 0.67 0.34
0.34 0.69 1.74 3.48 3.48 3.48 3.48 3.48
0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.0005
Deducción de los coeficientes de reacción Reacción de halogenación de la acetona
Fig. No 1 reacción de la Halogenación de la acetona, ocurrida en la experimentación.
Ecuación de velocidad de reacción de la halogenación
= 2 = [36] [2][+]
Para el conocimiento de la variación de los reactivos:
log(2) = log log [36] log [2] log [+] Con respecto a los diferentes ensayos, existen cantidades de los reactivos que permanecerán constantes, para los cuales las ecuaciones parciales quedan de la siguiente manera: Para cuando la acetona varía:
log(2)=log [36]
Cuando el yodo varía:
log(2)=log [2]
Cuando la cantidad de protones varía:
log(2) = log [+]
Tomando como consideración la ecuación de la recta, presentando una linealización de tipo logarítmico:
Donde:
=log[]
= [2] = ó =[] Ajustando este modelo a los ocho ensayos, respecto a la tabla No. 2 Modelo para cada reactivo en variación
log( 2 )=log [36] log( 2 )=log [+] log( 2 )=log [2]
Tubos que cumplen con esta variación: 4,5,6 y 7 1,2,3 y 4 6y8
Tabla No. 3 Pendientes de las gráficas de absorbancia vs tiempo de cada tubo Pendiente m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8
Valor de pendiente -0.0008 -0.0019 -0.0032 -0.0005 -0.0013 -0.0019 -0.0035 -0.0019
*Nota: para ver la obtención de las pendientes y la ecuación de la linealización ver apartado de Anexos
Tabla No. 3.1 Pendientes de las gráficas de concentración vs tiempo* pendiente M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8
Valor de pendiente -0.000001 -0.000003 -0.000008 -0.0000008 -0.000002 -0.000003 -0.000005 -0.000006
Los datos de las concentraciones se determinaron con la siguiente fórmula: − tomando la ordenada y la pendiente de la curva tipo. Estas
=
concentraciones se calcularon para cada tiempo y para cada tubo, graficando estas concentraciones contra el tiempo se obtienen así una vez más 8 pendientes que son las que se muestran en la tabla (correspondientes a cada tubo) Acomodando de la siguiente manera los valores Tabla No. 4 Datos para la determinación de a (variación de la acetona) No. De tubo 4 5 6
Log [acetona]
Log m -14.0386541 -13.1223634 -12.7168983
7 -12.2060726 Orden de reacción Tabla No. 5 Datos para la determinación de b (variación de ácido) No. De Log Log m tubo [HCl] 1 2 3 4 Orden de reacción Tabla No.6 Datos para la determinación de c (variación de yodo) No. De Log [i] Log m tubo 6 8 Orden de reacción
V.
Análisis de resultados
VI.
Conclusiones
VII.
Bibliografía
Castellan, G.W.(1987).Fisicoquímica, Iberoamericana, EUA, p.p.1056
2da.
Edición,
editorial
Acuña,M.S. Universidad católica de Chile. Química. Revisado en: http://cubierta.cl./rev26/artículos/pdf/edu.pdf Fecha de consulta: 16 de Noviembre del 2012
Addison-Wesley
,
Facultad de farmacia. Universidad Alcalá. Velocidades y mecanismos de las reacciones quimicas. Revisado en: http://www2.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_11.pdf.18/Nov/2012 Fecha de consulta: 17 de Noviembre del 2012 Derth.M.Molecularidad.La Guía de Química. Revisado en: http://quimica.laguia2000.com/conceptosbasicos/molecularidad#ixzz2CdukVkH1.18/Nov 2012 Fecha de consulta: 17 de Noviembre del 2012 VIII.
Memoria de calculo
Concentraciones de acetona PM = 58.08 g/mol;
= . /
Considerando acetona pura tomamos la densidad de esta es de: 0.788 g/mL donde
→ =
Tubo 1 – 4 m= (1mL)( 0.788 g/mL) 0.788g Tubo 5 m= (0.12mL)( 0.788 g/mL) 0.094 g Tubo 6 y 8 m= (0.25mL)( 0.788 g/mL) 0.197 g Tubo 7 m= (0.5mL)( 0.788 g/mL) 0.394 g
→
→ → →
Con las masas calculadas determinaremos la molaridad de la acetona
= ∗ Tubo 1 – 4
0.788
→ 1.35
0.094
→ 0.16
M= 58.08 . Tubo 5 M= 58.08 . Tubo 6 y 8 M=
0.197 → 0.34 . 58.08
Tubo 7
0.394
M= 58.08 .
→ 0.67
Concentración de ácido clorhídrico PM = 36.46 g/mol;
= . /
=
Para determinar la concentración de ácido clorhídrico al igual que con la acetona calculamos la masa tomando en cuenta la densidad donde Tubo 1 m= (0.1mL)(1.27 g/mL) 0.127 g Tubo 2 m= (0.2mL)(1.27 g/mL) 0.254 g Tubo 3 m= (0.5mL)(1.27 g/mL) 0.635 g Tubo 4 – 8 m= (1mL)(1.27 g/mL) 1.27 g
= → =
→ → → →
Con las masas calculadas determinaremos la molaridad del ácido
= ∗
Tubo 1 M=
0.127 → 0.34 36.46 0.01
Tubo 2 M=
0.254 → 0.69 36.46 0.01
Tubo 3 M=
0.635 → 1.74 36.46 0.01
Tubo 4 – 8 M=
1.27 → 3.48 36.46 0.01
IX.
Anexos
Gráficas del comportamiento de cada uno de los ensayos (pongan en el pie a cada gráfica su numeración va?)
Relación abs & tiempo para el tubo. 1 0.7 0.6 0.5
y = -0.0008x + 0.6161 R² = 0.9993
0.4 S B A
0.3 0.2 0.1 0
-0.1
0
200
400 600 TIEMPO (segundos )
800
1000
Relación abs & tiempo para el tubo. 2 0.6 y = -0.0019x + 0.5437 R² = 0.9992
0.5 0.4 S B A
0.3 0.2 0.1 0
-0.1
0
50
100
150
200
Tiempo (segundos)
250
300
350
Relación abs & tiempo para el tubo. 3 0.3 0.25
y = -0.0032x + 0.2557 R² = 0.8573
0.2 s b A
0.15 0.1 0.05 0
-0.05
0
20
40
60
80
100
Tiempo (segundos )
Relación de abs & tiempo para el tubo.4 0.6 0.5
y = -0.0005x + 0.5024 R² = 0.9954
0.4 S B A
0.3 0.2 0.1 0 0
100
200
300
Tiempo (segundos)
400
500
Relación abs & tiempo para el tubo. 5 0.6 0.5
y = -0.0013x + 0.5607 R² = 0.9992
0.4 s b A
0.3 0.2 0.1 0
-0.1
0
100
200
300
400
500
Tiempo (segundos)
Relación abs & tiempo para el tubo.6 0.5 y = -0.0019x + 0.4807 R² = 0.9941
0.4 0.3 S B A
0.2 0.1 0 0
-0.1
50
100
150 Tiempo (segundos)
200
250
300
Relación abs & tiempo para el tubo.7 0.35 0.3
y = -0.0035x + 0.364 R² = 0.9965
0.25 0.2 S B A
0.15 0.1 0.05 0
-0.05
0
20
40
60 80 Tiempo (segundos)
100
120
Relación abs & tiempo para el tubo 8. 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 S B 0.1 A 0.08 0.06 0.04 0.02 0
y = -0.0019x + 0.2003 R² = 0.9975
0
20
40
60 Tiempo (segundos)
80
100
120
