Laboratorio de Fisicoquímica II- Grupo 1. Universidad Tecnológica de Pereira
Determinación del Orden de Reacción y de la Constante de Velocidad Alexandra Ubaque Bedoya-1088328582 Erika Vanessa Murillo-1113041217 Escuela de Química. Química. Universidad Universidad Tecnológica de Pereira
II. I.
INTRODUCCIÓN
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
La primera parte de la práctica consiste en la obtención del orden de reacción respecto al KI y la constante aparente de velocidad. Para ello se preparan 5 erlenmeyers con 10, 12, 15, 20 y 24 mL de disolución de yoduro potásico (KI) 0.2 M; se añaden a cada uno de ellos 10 mL de disolución de tiosulfato sódico (Na2S2O3) y 5 mL de almidón completando con agua hasta un volumen de 40 mL. En una probeta se ponen 25 mL de la disolución de peroxodisulfato sódico (Na2S2O8) 0.1 M, vertiéndose el contenido de una sola vez sobre el primer erlenmeyer mientras se agita y se mide el Una reacción reloj es una reacción química en la que un tiempo que transcurre entre la mezcla y la aparición de un cambio de color súbito marca el final de la transformación de color violeta intenso. Observar que al añadir la disolución de los reactivos en productos, en este caso, la reacción entre el peroxodisulfato sódico el volumen final de la mezcla es 65 almidón presente en la solución y el yodo como producto, mL, y que será el volumen total para todas las experiencias. permiten la generación de un complejo complejo azul de yodo que Para la segunda parte, se realiza el mismo procedimiento solo marca la finalización finalización de la reacción. La metodología utilizada utilizada que en este caso obtendremos el oren de reacción respecto a para esta práctica experimental hace uso de varios Na2S2O8. experimentos, en donde se altera la concentración inicial de cada una de las especies involucradas. La cinética química, también denominada cinética de las reacciones estudia las velocidades y mecanismo de las reacciones químicas. Un sistema reactivo no está en equilibrio, por lo que la cinética de las reacciones no se considera parte de la termodinámica [1]. Para conocer la cinética o el orden de reacción existen diferentes métodos, en este caso la cinética entre los iones yoduro y persulfato es estudiada gracias a una reacción reloj.
En esta práctica se va a estudiar la reacción del ión persulfato con el yoduro en medio acuoso. Dicho proceso puede escribirse de acuerdo a la siguiente relación estequiométrica:
25 mL Na2S2O8
(1) (2) (3)
El yodo que aparece como producto de la reacción principal (1), se consume junto al tiosulfato en la muy rápida reacción de oxidación de ión a tetrationato (2). Cuando se ha consumido todo el tiosulfato, el I2 en exceso colorea la disolución disolución formando un complejo azul con el almidón.
10 mL KI 10 mL
12 mL KI 10 mL
15 mL KI 10 mL
20 mL KI 10 mL
24 mL KI 10 mL
Na2S2O3
Na2S2O3
Na2S2O3
Na2S2O3
Na2S2O3
5 mL almidón 15 mL agua
5 mL almidón 13 mL agua
5 mL almidón 10 mL agua
5 mL almidón 5 mL agua
Esquema 1. Procedimiento experimental
5 mL almidón 1 mL agua
2
III.
[KI]
KI Log[KI]
RESULTADOS Na2S2O8 [Na2S2O8] Log[Na2S2O8]
Tiempo (s)
0,0308
-1,51188336
0,0385
-1,414973348
124
0,0369
-1,43270211
0,0385
-1,414973348
120
0,0462
-1,3357921
0,0385
-1,414973348
115
0,0615
-1,21085337
0,0385
-1,414973348
103
0,0738
-1,13167212
0,0385
-1,414973348
75
siendo k′ y k″las constantes aparentes de pseudo-orden. Tomando logaritmos en estas dos últimas expresiones y haciendo una representación de log vi vs log [I-] y log vi [S2O8-] se podrán obtener los órdenes parciales de reacción m y n a partir de las pendientes y las constantes de velocidad aparentes del proceso considerando la ordenada en el origen de ambas rectas.
Tabla 1. Tiempo de reacción con respecto al KI.
[KI]
KI Log[KI]
Na2S2O8 [Na2S2O8] Log[Na2S2O8]
Tiempo (s)
Vi
Log(Vi)
0,0769
-1,11394335
0,0154
-1,812913357
118
6,2E-06
-5,20736504
0,0769
-1,11394335
0,0185
-1,733732111
103
6,41E-06
-5,1931246
0,0769
-1,11394335
0,0231
-1,636822098
90
6,69E-06
-5,17464119
0,0769
-1,11394335
0,0308
-1,511883361
80
7,47E-06
-5,12678058
0,0769
-1,11394335
0,0369
-1,432702115
72
1,03E-05
-4,98900462
Tabla 2. Tiempo de reacción con respecto al Na 2S2O8.
Tabla 3. Logaritmos de la velocidad inicial con respecto a KI.
Las concentraciones iniciales fueron calculadas a partir del volumen final de la solución después de mezclar todos los reactivos, este volumen siempre fue de 65 mL.
Orden de Reacción con Respecto a KI -4,95 -1,6
IV.
ANÁLISIS DE DATOS
Emplearemos el denominado método de las velocidades iniciales para la determinación de órdenes de reacción que consiste en medir la velocidad al comienzo de la misma, cuando los reactivos se han consumido menos del 5-10%. En este caso, las concentraciones de los reactivos pueden considerarse constantes y aproximadamente iguales al valor de las concentraciones iniciales. Para conseguir este objetivo pondremos siempre la misma y pequeña cantidad de tiosulfato en nuestros experimentos. Se procede a hallar las velocidades iniciales para cada tiempo de reacción con la siguiente expresión:
=
[3− ] 2
Para encontrar la constante de velocidad y los órdenes de reacción delproceso mantendremos constante la concentración del persulfato en un grupo de experimentos y en otro la del yoduro. Entonces la velocidad puede expresarse en los siguientes términos:
] i V [ g o L
-1,5
-1,4
-1,3
-1,2
-5
-1,1
-5,05
y = 0,5088x - 4,4642 R² = 0,7972
-5,1 -5,15 -5,2
Log[KI]
De la gráfica se obtiene el orden parcial aparente k’:
=
-5,25
n y la constante
1 2
(´) = 4,4642 = 0,0115 Se procede de igual forma para encontrar el orden con respecto al Na2S2O8:
3
V. Vi
Log(Vi)
6,52E-06
-5,18582536
7,47E-06
-5,12678058
8,55E-06
-5,06818586
9,62E-06
-5,01703334
1,07E-05
-4,97127585
Tabla 4. Logaritmos de la velocidad inicial con respecto a Na 2S2O8.
Orden de Reacción con Respecto a Na2S2O8
-4,95 -1,9 ] i v [ g o L
-1,8
-1,7
-1,6
-1,5
-5
-1,4
-5,05
y = 0,5449x - 4,188 R² = 0,9895
-5,1
CONCLUSIONES
Haciendo uso del método de velocidades iniciales se estudió la cinética de la reacción entre el ion yoduro y el ion persulfato. Dicho estudió evidencio una constante de velocidad k, similar respecto a ambas especies. La reacción reloj entre el almidón y el yodo, permite medir efectivamente el tiempo de reacción entre el ion yoduro y el persulfato. Teniendo en cuenta los órdenes parciales del ion yoduro y el persulfato se puede decir que la reacción entre estos iones es de orden 1. Gracias al estudio de la cinética química de la reacción se pudo plantear una ecuación de velocidad con datos experimentales.
-5,15 -5,2
Log[Na2S2O8]
De la gráfica se obtiene el orden parcial aparente k’’:
=
VI. m y la constante
1 2
(′′) = 4,188 ′′ = 0,0152 A partir de la siguiente ecuación se calcula la constante de velocidad real:
= [− ] Dónde:
= 0,0586 De forma similar se calcula la constante de velocidad real a partir de la ecuación:
′ = [ −] Dónde:
= 0,0548 Comparando los dos valores de K obtenidos, el valor medio para K es de 0,0567 así la expresión de velocidad para la reacción es: = 0,0567[ − ] ⁄ [−] ⁄
BIBLIOGRAFIA
[1] LEVINE N. Ira. Fisicoquímica. Volumen 2. Quinta Edicion.2004. McGraw Hill. España. 659 P.
