Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
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Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
1.- OBJETIVOS
Determinar ar experime experimental ntalment mente e la ecuación ecuación de velocidad velocidad de reacción reacción y los parámetro parámetros s 1.1 Determin cinéticos de la descomposición del peróxido de hidrógeno.
1.2 Verificar experimentalmente la acción catalítica de algunas sales tales como yoduro de potasio potasio y cloruro cloruro férrico, en la reacción reacción de descompo descomposició sición n del peróxido peróxido de hidrógeno hidrógeno en ambiente neutro.
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1.- OBJETIVOS
Determinar ar experime experimental ntalment mente e la ecuación ecuación de velocidad velocidad de reacción reacción y los parámetro parámetros s 1.1 Determin cinéticos de la descomposición del peróxido de hidrógeno.
1.2 Verificar experimentalmente la acción catalítica de algunas sales tales como yoduro de potasio potasio y cloruro cloruro férrico, en la reacción reacción de descompo descomposició sición n del peróxido peróxido de hidrógeno hidrógeno en ambiente neutro.
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2.- TEORIA Se ha comprobado que la velocidad de reacción de un gran número de reacciones está afectada por la presencia de sustancias que no son los reactantes originales ni los productos finale finales s de la reacci reacción. ón. Estas Estas sustan sustancia cias, s, llamad llamadas as catal cataliza izado dores res,, puede pueden n retar retardar dar las las reacciones, caso en cual se denominan catalizadores negativos, o aumentar su velocidad, llamá llamándo ndose se catali catalizad zadore ores s posit positivo ivos. s. Los Los catali catalizad zadore ores s pued pueden en ser sólid sólidos os o fluid fluidos, os, dependiendo dependiendo de las características de la reacción a catalizar. Las reacciones que presenta el peroxido de hidrogeno, en general, pueden clasificarse en cuatro tipos, los cuales son: Descomposición catalítica, Reacciones de adición, Reacciones de oxidación y Reacciones de reducción. Así la descomposición catalítica del peroxido de hidrogeno, puede ser realizada en un ambiente homogéneo, representando así una reacción catalizada homogénea.
2.1 Cinética de las reacciones homogéneas catalizadas. La velocidad de una reacción homogénea se define como el cambio en el número de moles de un reactante o un producto, debido a la reacción química, por unidad de tiempo y unidad de volumen del sistema reaccionante reaccionante (mezcla reaccionante). reaccionante). La velocid velocidad ad de reacció reacción n con respect respecto o a un compo componen nente te cualq cualquie uiera ra A, en sistemas sistemas homogéneos en fase líquida, se define como:
dN = V d θ
A
r A
= ⋅ V d θ 1
dN A
= dC
A
(2.1)
d θ
En donde: V : Volumen de la mezcla reaccionante
N A : Número de moles de la especie A C A : Concentración molar de A, en la mezcla reaccionante La velocidad de reacción reacción puede ser expresada indistintamente indistintamente como velocidad velocidad de aparición de producto o velocidad de desaparición de un reactivo, así de acuerdo a la definición anterior, la velocidad de reacción será positiva si A aparece como producto, o negativa si A corresponde a un reactante que se está consumiendo. Además el valor numérico de la velocidad de reacción variara con respecto a qué producto o reactante se este refiriendo, esto a menos que todos los coeficientes estequiométricos estequiométricos sean iguales. De lo anterior, la velocidad de cambio de los moles de una una espe especi cie e quím químic ica a está está rela relaci cion onad ada a con con la de cual cualqu quie ierr otra otra por por medi medio o de la estequiometría de la reacción Experi Experime menta ntalm lment ente e se ha demost demostrad rado o que las veloc velocida idades des de reacci reacción ón depen depende den n de la temperatura, presión y concentraciones de las especies implicadas, pero de un analisis de grados de libertad, dada una determinada temperatura y composición, la presión de un sistema queda fijada. Entonces de lo anterior tenemos:
( − r A ) = f 1 (T ) ⋅ f 2 (T ) = k ⋅ f 2 (C A )
(2.2)
Como se puede apreciar en la ecuación anterior, la funcionalidad de la velocidad de reacción con respecto a la temperatura, es señalada mediante la llamada constante cinética de reacción ( k ).
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Para la mayoría de las reacciones químicas, en un variado rango de temperaturas, se ha encontrado que el factor dependiente de la temperatura se ajusta a la llamada ecuación de Arrhenius, la cual se define como:
− E R ⋅ T
k = k 0 ⋅ exp
(2.3)
En donde: k 0 : Parámetro cinético de Arrhenius
E : Energía de activación R : constante universal de los gases T : Temperatura de reacción, en K
2.2 Antecedentes de reacciones catalíticas del H 2 O2 . El peróxido de hidrógeno se forma a partir de sus elementos en una reacción exotérmica, esto según:
H 2
+ O2 → H 2 O2 + 45.2 ⋅ Kcal
Por otro lado, el peróxido al descomponerse en agua líquida desprende calor, siendo posible que la sustancia pura explote al sufrir este cambio, esto según:
H 2 O2
↔ H 2 O + 1 / 2 ⋅ O2 + 23 ⋅ Kcal
El H 2 O2 se descompone fácilmente en presencia de algunas sales como yoduro de potasio y cloruro férrico, generando oxígeno, así por ejemplo, para el caso del yoduro de potasio, la reacción catalizada es la siguiente: Paso I: Paso II :
2 I −
+ 2 H + + H 2 O2 → I 2 + 2 H 2 O − + I 2 + H 2 O2 → 2 I + 2 H O2
Con lo cual se aprecia que el efecto catalizador lo realiza tanto el anión yoduro ( I − ), como el yodo ( I 2 ).
2.3 Modelo cinético para reacciones catalizadas. El modelo considera que la velocidad de reacción para un sistema homogéneo catalizado es igual a la suma de las velocidades de dos reacciones: la no catalizada y la catalizada, así para nuestro sistema en estudio tenemos: Reacción no catalizada:
→ 2 H 2 O + O2 → 2 H 2 O + X + O2 2 H 2 O2 + X
H 2 O2
k 1
k
2 Reacción catalizada: En donde: X : Catalizador de la reacción, que en nuestro caso correspondió a cloruro férrico
Entonces si definimos A = H 2 O2 y C = catalizado r , tenemos:
− dC A = k C ∧ − dC A = k ⋅ C ⋅ C 1 A 2 A d θ 1 d θ 2
C
(2.4)
Con lo cual la velocidad global de reacción con respecto a A es:
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− dC A = (k + k ⋅ C ) ⋅ C 1 2 C A d θ T
(2.5)
Considerando que la concentración de catalizador permanece constante durante el transcurso de la reacción, tenemos:
− ln(1 − X ) = ( k 1 + k 2 ⋅ C ) ⋅ θ = k ⋅ θ A
C
obs
(2.6)
2.4 Método integral de análisis para reacciones catalizadas. Considerando que la reacción en estudio es la siguiente:
2 H 2 O2
+ X → 2 H 2 O + X + O2 k
En donde, como anteriormente fue señalado, X indica el catalizador presente en la sal ocupada, la cual correspondió a cloruro férrico. Y además teniendo en cuenta el hecho de que la concentración del catalizador se mantiene constante, que el H 2 O2 posee una cinética de orden n y que k abs . = k ⋅ C C , se tiene:
dX A = k ⋅ C n ⋅ (1 − X ) n abs AO A d θ
(2.7)
Entonces para n = 1, se tiene:
ln( 1 − X A )
= −k abs ⋅ θ
(2.8)
Y para n distinto a la unidad tenemos: dX A
(1
−
X A )
n
n
=
1
k abs C AO ⋅
−
⋅
d θ
(2.9)
Con lo cual al integrar se obtiene:
1
( X A − 1)
n
= (n − 1) ⋅ CA 0 n −1 ⋅ θ
(2.10)
En donde X A se obtiene de la relación entre moles, moles que se obtienen considerando gases ideales, dada por:
XA
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=
2 ⋅ N O 2 N AO
(2.11)
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3.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3.1
En primer lugar se instaló el reactor batch isotérmico agitado, provisto de un sistema de captura y medición de gases, y además se introdujo una bureta invertida llena de agua destilada dentro de una cubeta con agua.
3.2
Se introduce una manguera proveniente del reactor Batch en la bureta, para así medir el volumen de oxigeno desprendido por la reacción.
3.3
Se miden 180 ml de agua destilada, 10 ml de solución de KI y se agregan al reactor batch.
3.4
Se introduce el imán en el reactor y acopla sobre el agitador magnético.
3.5
Se agrega 10 ml de peroxido de hidrogeno de 30 volúmenes al reactor y se cierra rápidamente con el tapón, para sellarlo herméticamente.
3.6
Se mide el volumen inicial de agua en la bureta.
3.7
Una vez comenzada la reacción, se observa hasta que aparezca la primera burbuja (desprendimiento de oxígeno), tomando como tiempo cero el instante en que esta burbuja de gas llega al tubo invertido.
3.8
Se mide el volumen de agua desplazado en función del tiempo, cada vez que una burbuja llega a la interfase.
3.9
Luego de realizar las respectivas mediciones, se apaga el agitador y se limpia el reactor batch utilizando agua destilada.
3.10
Se repiten los puntos anteriores para otras dos corridas con distintas composiciones: la primera con 170 ml de agua destilada con 20 ml de solución de KI, y la segunda con 160 ml de agua destilada con 30 ml de solución de KI.
3.11
Se repiten los pasos 3.1 a 3.9 para dos nuevas corridas, trabajando con dos nuevas temperaturas 21ºC y 27ºC, ambas corridas con 180 ml de agua destilada, y 10 ml de solución de KI.
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4.- EQUIPOS Y ACCESORIOS 4.1
Equipos •
•
• • • • • •
4.2
Agitador magnético IKAMAG RET: Fabricante: Janke Kendel Serie: 181993 V~220 W~620 Matraz Erlenmeyer: Capacidad: 500 ml Fabricante: Pirex Procedencia: U.S.A. Bureta sellada. Balde con agua. Manguera. Termómetro. Tapón. Imán.
Accesorios •
• • • • •
4.3
Probeta Volumen: 500 ml Fabricante: Kartell Procedencia: Italia. Vaso precipitado Bureta. Nueces. Cronómetro. Jeringa 10 ml.
Materiales •
• •
Agua Destilada Solución yoduro de potasio (KI) Agua oxigenada.
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5.- DATOS Tabla 5.1: Datos de volumen desplazado vs tiempo para 10 ml de catalizador, 10 ml de H 2O2 y 180 ml de H 2O a Tamb.
t (s)
V (ml) 0 7 22 36 50 63 75 87 99 109 120 130 140
t (s)
44,5 43,7 42,7 41,9 41 40,2 39,5 38,5 37,7 36,9 36 35,2 34,4
V (ml) 151 160 173 188 198 206 215 224 233 241 250 258 266
t (s)
33,6 32,7 32 31 30,2 29,5 28,5 27,6 27 26,1 25,3 24,5 23,7
V(ml) 274 282 290 298 306 314 322 330 337 344 353 360
22,9 22 21,3 20,6 19,7 18,9 18 17,4 16,5 15,7 15 14,1
Tabla 5.2: Datos de volumen desplazado vs tiempo para 20 ml de catalizador, 10 ml de H 2O2 y 170 ml de H 2O a Tamb.
t (s)
V (ml) 0 6 15 24 30 36 42 50 56 60 66 72 77 82 93 97
50,1 49,4 48,6 47,7 47 46,1 45,4 44,5 43,8 43 42,1 41,5 40,6 39,6 38 37,4
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t (s)
V (ml) 101 106 110 114 119 123 127 132 136 140 144 148 152 157 160 165
36,5 35,6 35 34,1 33,4 32,6 31,7 31 30,2 29,5 28,6 27,9 27 26,2 25,7 24,7
t (s)
V(ml) 169 171 175 180 183 188 191 195 199 202 206 210 214 217 221 224
24 23,1 22,4 21,6 20,8 20 19,2 18,5 17,7 16,9 16,1 15,4 14,6 13,9 13,1 12,4
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Tabla 5.3: Datos de volumen desplazado vs tiempo para 30 ml de catalizador, 10 ml de H 2O2 y 160 ml de H 2O a Tamb.
t (s)
V (ml) 0 7 11 17 21 25 29 33 36 40 44 50 52 59 63
t (s)
49 48 47 46,3 45,3 44,5 43,6 42,8 42 41,2 40,3 39,1 38,2 37,1 36,2
V (ml) 68 71 75 77 80 82 89 96 100 101 104 107 110 113 116
t (s)
34,7 33,8 33 32,2 31,5 30,7 29 27,5 26,7 25 24 23,3 22,5 21,7 20,9
V(ml) 118 121 123 126 129 132 135 137 140 143 146 149 151 153
20 19,2 18,6 17,6 16,9 16,1 15,2 14,5 13,7 13 12,1 11,3 10,6 9,8
Tabla 5.4: Datos de volumen desplazado vs tiempo para 10 ml de catalizador, 10 ml de H 2O2 y 180 ml de H 2O a T1.
t (s)
V (ml) 0 7 9 18 20 29 32 41 43 51 63 69 71 78 80
48,9 47,5 46,5 45,8 44,9 44,2 43,3 42,4 41,5 40,7 39,9 37,2 36,3 34,5 33,6
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t (s)
V (ml) 86 88 93 96 99 104 106 111 115 118 120 123 128 130 132
32,7 31,7 31,2 30,5 29,5 28,3 27,7 27 26 25,4 24,5 23,8 23,2 22,4 21,5
t (s)
V(ml) 135 137 140 143 146 149 151 153 156 158 161 165 167
21,1 20,4 19,5 19 18,4 17,6 16,8 16,1 15,5 14,6 13,8 13 12,3
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Tabla 5.5: Datos de volumen desplazado vs tiempo para 10 ml de catalizador, 10 ml de H 2O2 y 180 ml de H 2O a T2.
t (s)
V (ml) 0 6 11 17 19 23 26 29 37 40 44 45 51
t (s)
44,6 43,7 42,3 41,5 40,5 40 39,2 38,5 36,6 35,9 35 34,1 33,2
V (ml) 53 55 59 61 64 67 69 71 73 78 79 82 84
t (s)
32,5 31,6 30,7 29,9 29,2 28,6 27,8 26 25,5 23,9 22,4 21,3 19,5
V(ml) 86 88 91 93 96 99 100 103 107 111 116 119
18,7 18 17,2 16,3 15,8 14,9 13,8 12,5 11,3 10,5 10 9,8
Tabla 5.6: Temperaturas de operación.
Tamb [ºC]
T1 [ºC]
T2 [ºC]
14
21
27
Tabla 5.7: Presión de operación. P [atm] 0,94697
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6.- RESULTADOS Tabla 6.1: Constante cinética observada para cada valor de concentración de catalizador.
Vc (ml)
Cc (M)
kobservado (1/s)
10 20 30
0,025 0,05 0,075
0,0002 0,0004 0,0007
Tabla 6.2: Constantes cinéticas correspondientes al modelo aplicado a la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno.
k1 (1/s)
k2 (1/Ms)
7,00E-05
0,01
Tabla 6.3: Constante cinética observada para cada temperatura.
T (ºC)
kobservado (1/s)
14 21 27
0,0002 0,0009 0,0008
Tabla 6.4: Parámetros de Arrhenius para la reacción catalizada de peróxido de hidrógeno.
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Ea (cal/mol)
ko (1/s)
18886
6,026E+10
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7.- DISCUSIONES 7.1
De los resultados obtenidos de la tabla 6.1, se observa que al aumentar la concentración del Catalizador (Yoduro de Potasio), provoca un aumento en la cinética de reacción. Esto se ve reflejado en el aumento de la constante cinética observada, favoreciendo a la formación de producto que en este caso es Oxigeno.
7.2
De la tabla 6.2, se puede apreciar que para la reacción no catalizada, la constante cinética es menor que en la reacción catalizada. Con esto se observa que en la cinética de descomposición del peroxido de hidrogeno, la reacción esta influenciada por la constante cinética de la reacción catalizada, que a la vez se ve influenciada por la concentración del catalizador.
7.3
Al analizar la constante cinética observada en función de la temperatura (tabla 6.3), se puede apreciar el aumento de este valor. Por ejemplo para una temperatura de 14 °C el valor de kobservado es de 0.0002, y al aumentar casi el doble la temperatura (27°C) el valor del kobservado se cuatriplica. Con esto puede verificar que estas constantes se ven afectadas por el efecto Arrhenius de la temperatura, ya que un aumento de éstas provoca un aumento del exponencial de la ecuación, aumentando el valor de la constante cinética observada.
7.4
En la tabla 6.4 se encuentran los parámetros de Arrhenius para la reacción catalizada del peroxido de hidrogeno. Estos valores fueron calculados graficando k observado en función de 1/T (Grafica B.7) ,donde la pendiente representa el valor de la energía de activación y el intercecto nos da el valor del factor de frecuencia.
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8.- CONCLUSIONES 8.1
La cinética de reacción se ve afectada directamente con la concentración del catalizador que se encuentre en la solución.
8.2
La constante cinética para la reacción catalizada es mayor que la constante de la reacción sin catalizador.
8.3
La constante cinética observada se ve afectada por el efecto Arrhenius de la temperatura.
8.4
Los valores de la energía de activación y el factor de frecuencia son 18886 (cal/mol) y 6.026E10 (s-1 M-1) respectivamente
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9.-RECOMENDACIONES
9.1
Al montar el equipo cerciorarse de que las mangueras no presenten filtraciones.
9.2
Asegurar adecuadamente la posición de la manguera para que no se salga de la buretra, evitando así un error en la toma de datos.
9.3
Utilizar durante toda la operación lentes de seguridad.
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10.- BIBLIOGRAFÍA •
•
Levenspiel Octave, “Ingeniería de las reacciones químicas”, Editorial Reverté S.A., 5 ta edición. Saavedra Aldo, Guía de laboratorio, Diseño de reactores químicos, primer semestre de 2007.
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11.- NOMENCLATURA
Tabla 11.1: Símbolos utilizados Símbolo T P C k Ea V t
Significado
Unidades
Temperatura Presión Concentración Constante cinética Energía de activación Volumen Tiempo
[K ] [ºC] [atm] [M] [1/Ms] [1/s] [cal/mol] [l] [s]
Tabla 11.2: Subíndices utilizados Subíndice amb c observado 1 2
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Significado ambiente catalizador constante empírica Condición uno Condición dos
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APENDICE A. A.1. Determinación del volumen desplazado. El volumen desplazado se determina con la siguiente ecuación: V o 2 desplazado
V agua
( i +1 ) =
V agua
( i +1 ) −
(i)
(A.1) Un ejemplo seria para un volumen de agua (i+1) = 44.5 ml y un volumen de agua (i)= 43.7 ml, el volumen desplazado correspondiente al volumen de cada burbuja de oxigeno es igual a 0.8 ml.
A.2. Determinación del volumen acumulado. El primer valor de volumen acumulado (i) corresponde al primer valor de volumen desplazado. El volumen acumulado se determina con la siguiente ecuación: V o 2 acumulado
( i +1 ) =
V o 2 acumulado
V o 2 desplazado
(i) +
(A.2)
( i +1 )
Un ejemplo seria para un volumen de oxigeno acumulado (i+1) = 0.0008 (L) y un volumen desplazado de oxigeno (i+1)= 0.001 (L), el volumen acumulado es igual a 0.0018 (L)
A.3 Cálculo del número de moles de oxigeno acumulado: De acuerdo a la ley de gases ideales, el número de moles se obtiene de la siguiente manera: N o
2
=
⋅
P V o 2 acumulado
⋅
R T
=
0,94697 ⋅ 0 ,0008 0 ,08206·297
= 3,217E - 05
(A.3)
Este resultado se determino a una temperatura de operación de 14°C.
A.4. Calculo de los moles iniciales de agua oxigenada (H2O2). Para determinar los moles iniciales de H 2O2 se debe proceder así: N A0
=
C A0 V t ⋅
(A.4) La concentración inicial de H 2O2 en la mezcla se calcula al realizar el despeje de la ecuación: V t ·C A0
=V A
·C A
(A.5)
Para el cálculo de la concentración de H2O2 se necesita conocer el %(p/p) que según la teoría se tiene que para un 30 % (v/v), se tiene lo siguiente:
30 x
=
1 3,04
→ x =
(1 − x)
=
9,107 % ( p / p )
(A.6)
90 ,893 % ( p / p) .
Posteriormente se necesita calcular la densidad de la mezcla, la cual viene dada por: ρ mezcla
=
(1 − x) ⋅ ρ H 20
+
x ⋅ ρ H 2O 2
(A.7)
Al reemplazar los valores correspondientes se obtiene que: ρ mezcla
= ( 1 − 0.09107 )·1000 + 0.09107 ⋅ 1469 ,4 = 1042 ,75 kg / m 3 = 1,04275 g / cm 3
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Como ya se conoce el %(p/p) se puede decir que para 100 g de de solución tengo 9,107 g. de agua oxigenada, lo cual implica que hay 0,2676 moles en 100 g de solución, y mediante el uso de la densidad de la solución se obtiene la siguiente expresión para la concentración de H 2O2
C A
=
x / PM A
9,107 / 34
=
mmezcla / ρ mezcla
100 / 1,04275
= 0,002793 [ moles / cm3 ] = 2,793[ M ]
(A.8)
Para 0,01L de agua oxigenada, un V t de 0,28 L y con el valor ya calculado de C A, se calcula CA0 por medio de la ecuación (A.3) C A0
N A0
=
=
0,01 ⋅ 2,793 0,28
C A0 ⋅ V t
=
=
0,0998 ( M )
0,0998 ·0,28
=
0,0279 moles
A.5. Deducción de la conversión de agua oxigenada. Para NA0 = 0.0279 moles y N02 = 2.306E-0.3 moles se obtiene la siguiente conversión: X A
=
2 ⋅ N o 2 N A0
=
2 ⋅ 2,306E - 03 0 ,0279
= 2,306E - 03
(A.9)
.
A.6. Determinación de la concentración de agua oxigenada. La concentración se determina con la siguiente ecuación: C A
=
C AO
⋅
X A
(A.10)
Para una conversión igual a 2,306E-03, la concentración de agua oxigenada es 3,220E-04 (M)
A.7. Cálculo de Kobservado Realizando la grafica –ln(1-Xa) v/s tiempo, se obtiene de la pendiente el valor de K observado. Un ejemplo de calculo seria la grafica B.1 de volumen de catalizador igual a 0.01 (L) a una temperatura de 14°C , la pendiente obtenida es 0.0002 con un R 2 = 0,9906.
A.7. Cálculo de k1 y k2 Realizando la grafica Ln (Kobservado) v/s 1/T para las distintos volumen de catalizador y temperatura, se obtiene la pendiente corresponde a Ea/R, de la cual se obtiene el valor de la energía de activación que es igual a 18886 (cal/mol) ; el valor de la ordenada corresponde a Ln K0 , y su valor es 6,026E+10(1/s). Ver estos resultados en grafica B.7 Los valores de k1 y k2 se calculan con la ecuación de Arrhenius:
k = k 0 ⋅ exp( − Ea / RT )
(A.11)
Ejemplo de calculo: para T= 14°C = 287 (K) el valor de k = 7,00E-05 (1/s)
** Todos los resultados obtenidos se encuentran en tablas apéndice B.
Laboratorio Nº2 Diseño de reactores
19
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
APENDICE B Tabla B.1. Valores determinados para volumen de catalizador 0.01 (L) a T=14°C. tiempo (s)
Volumen (ml)
0 7 22 36 50 63 75 87 99 109 120 130 140 151 160 173 188 198 206 215 224 233 241 250 258 266 274 282 290 298 306 314 322 330 337 344 353 360
44,5 43,7 42,7 41,9 41 40,2 39,5 38,5 37,7 36,9 36 35,2 34,4 33,6 32,7 32 31 30,2 29,5 28,5 27,6 27 26,1 25,3 24,5 23,7 22,9 22 21,3 20,6 19,7 18,9 18 17,4 16,5 15,7 15 14,1
Volumen Volumen desplazado (L) acumulado (L) 0,0008 0,001 0,0008 0,0009 0,0008 0,0007 0,001 0,0008 0,0008 0,0009 0,0008 0,0008 0,0008 0,0009 0,0007 0,001 0,0008 0,0007 0,001 0,0009 0,0006 0,0009 0,0008 0,0008 0,0008 0,0008 0,0009 0,0007 0,0007 0,0009 0,0008 0,0009 0,0006 0,0009 0,0008 0,0007 0,0009
0,0008 0,0018 0,0026 0,0035 0,0043 0,0050 0,0060 0,0068 0,0076 0,0085 0,0093 0,0101 0,0109 0,0118 0,0125 0,0135 0,0143 0,0150 0,0160 0,0169 0,0175 0,0184 0,0192 0,0200 0,0208 0,0216 0,0225 0,0232 0,0239 0,0248 0,0256 0,0265 0,0271 0,0280 0,0288 0,0295 0,0304
moles O2
Xa
3,217E-05 7,238E-05 1,045E-04 1,407E-04 1,729E-04 2,010E-04 2,413E-04 2,734E-04 3,056E-04 3,418E-04 3,739E-04 4,061E-04 4,383E-04 4,745E-04 5,026E-04 5,428E-04 5,750E-04 6,031E-04 6,433E-04 6,795E-04 7,037E-04 7,398E-04 7,720E-04 8,042E-04 8,363E-04 8,685E-04 9,047E-04 9,329E-04 9,610E-04 9,972E-04 1,029E-03 1,066E-03 1,090E-03 1,126E-03 1,158E-03 1,186E-03 1,222E-03
0 2,306E-03 5,188E-03 7,494E-03 1,009E-02 1,239E-02 1,441E-02 1,729E-02 1,960E-02 2,191E-02 2,450E-02 2,681E-02 2,911E-02 3,142E-02 3,401E-02 3,603E-02 3,891E-02 4,122E-02 4,324E-02 4,612E-02 4,871E-02 5,044E-02 5,304E-02 5,534E-02 5,765E-02 5,995E-02 6,226E-02 6,485E-02 6,687E-02 6,889E-02 7,148E-02 7,379E-02 7,638E-02 7,811E-02 8,071E-02 8,301E-02 8,503E-02 8,762E-02
CaoXa 3,220E-04 7,245E-04 1,047E-03 1,409E-03 1,731E-03 2,013E-03 2,415E-03 2,737E-03 3,059E-03 3,421E-03 3,743E-03 4,065E-03 4,388E-03 4,750E-03 5,032E-03 5,434E-03 5,756E-03 6,038E-03 6,440E-03 6,803E-03 7,044E-03 7,406E-03 7,728E-03 8,050E-03 8,372E-03 8,695E-03 9,057E-03 9,339E-03 9,620E-03 9,983E-03 1,030E-02 1,067E-02 1,091E-02 1,127E-02 1,159E-02 1,187E-02 1,224E-02
Ln(1-Xa) 0 2,309E-03 5,202E-03 7,522E-03 1,014E-02 1,247E-02 1,452E-02 1,745E-02 1,979E-02 2,215E-02 2,481E-02 2,717E-02 2,954E-02 3,192E-02 3,460E-02 3,669E-02 3,969E-02 4,209E-02 4,420E-02 4,722E-02 4,994E-02 5,176E-02 5,449E-02 5,693E-02 5,938E-02 6,183E-02 6,428E-02 6,705E-02 6,921E-02 7,138E-02 7,417E-02 7,665E-02 7,946E-02 8,133E-02 8,415E-02 8,666E-02 8,886E-02 9,170E-02
Tabla B.2. Valores determinados para volumen de catalizador 0.02 (L) a T=14°C.
Laboratorio Nº2 Diseño de reactores
20
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
tiempo (s)
volumen (ml)
Volumen Volumen desplazado (L) acumulado (L)
Laboratorio Nº2 Diseño de reactores
moles O2
Xa
CaoXa
Ln(1-Xa)
21
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
0 6 15 24 30 36 42 50 56 60 66 72 77 82 93 97 101 106 110 114 119 123 127 132 136 140 144 148 152 157 160 165 169 171 175 180 183 188
50,1 49,4 48,6 47,7 47 46,1 45,4 44,5 43,8 43 42,1 41,5 40,6 39,6 38 37,4 36,5 35,6 35 34,1 33,4 32,6 31,7 31 30,2 29,5 28,6 27,9 27 26,2 25,7 24,7 24 23,1 22,4 21,6 20,8 20
0,0007 0,0008 0,0009 0,0007 0,0009 0,0007 0,0009 0,0007 0,0008 0,0009 0,0006 0,0009 0,001 0,0016 0,0006 0,0009 0,0009 0,0006 0,0009 0,0007 0,0008 0,0009 0,0007 0,0008 0,0007 0,0009 0,0007 0,0009 0,0008 0,0005 0,001 0,0007 0,0009 0,0007 0,0008 0,0008 0,0008
0,0007 0,0015 0,0024 0,0031 0,0040 0,0047 0,0056 0,0063 0,0071 0,0080 0,0086 0,0095 0,0105 0,0121 0,0127 0,0136 0,0145 0,0151 0,0160 0,0167 0,0175 0,0184 0,0191 0,0199 0,0206 0,0215 0,0222 0,0231 0,0239 0,0244 0,0254 0,0261 0,0270 0,0277 0,0285 0,0293 0,0301
2,815E-05 6,031E-05 9,650E-05 1,246E-04 1,608E-04 1,890E-04 2,252E-04 2,533E-04 2,855E-04 3,217E-04 3,458E-04 3,820E-04 4,222E-04 4,865E-04 5,107E-04 5,468E-04 5,830E-04 6,072E-04 6,433E-04 6,715E-04 7,037E-04 7,398E-04 7,680E-04 8,002E-04 8,283E-04 8,645E-04 8,926E-04 9,288E-04 9,610E-04 9,811E-04 1,021E-03 1,049E-03 1,086E-03 1,114E-03 1,146E-03 1,178E-03 1,210E-03
0 2,018E-03 4,324E-03 6,918E-03 8,935E-03 1,153E-02 1,355E-02 1,614E-02 1,816E-02 2,046E-02 2,306E-02 2,479E-02 2,738E-02 3,026E-02 3,488E-02 3,661E-02 3,920E-02 4,179E-02 4,352E-02 4,612E-02 4,814E-02 5,044E-02 5,304E-02 5,505E-02 5,736E-02 5,938E-02 6,197E-02 6,399E-02 6,658E-02 6,889E-02 7,033E-02 7,321E-02 7,523E-02 7,782E-02 7,984E-02 8,215E-02 8,445E-02 8,676E-02
2,818E-04 6,038E-04 9,661E-04 1,248E-03 1,610E-03 1,892E-03 2,254E-03 2,536E-03 2,858E-03 3,220E-03 3,462E-03 3,824E-03 4,226E-03 4,871E-03 5,112E-03 5,474E-03 5,837E-03 6,078E-03 6,440E-03 6,722E-03 7,044E-03 7,406E-03 7,688E-03 8,010E-03 8,292E-03 8,654E-03 8,936E-03 9,298E-03 9,620E-03 9,822E-03 1,022E-02 1,051E-02 1,087E-02 1,115E-02 1,147E-02 1,179E-02 1,212E-02
0 2,020E-03 4,333E-03 6,942E-03 8,976E-03 1,160E-02 1,364E-02 1,627E-02 1,833E-02 2,068E-02 2,333E-02 2,510E-02 2,776E-02 3,073E-02 3,550E-02 3,729E-02 3,999E-02 4,269E-02 4,450E-02 4,722E-02 4,933E-02 5,176E-02 5,449E-02 5,663E-02 5,907E-02 6,121E-02 6,397E-02 6,613E-02 6,890E-02 7,138E-02 7,293E-02 7,603E-02 7,821E-02 8,102E-02 8,321E-02 8,572E-02 8,823E-02 9,076E-02
Tabla B.3. Valores determinados para volumen de catalizador 0.03 (L) a T=14°C. tiempo (s)
volumen (ml)
0
49
Volumen Volumen desplazado (L) acumulado (L)
Laboratorio Nº2 Diseño de reactores
moles O2
Xa
CaoXa
Ln(1-Xa)
0
0
22
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
7 11 17 21 25 29 33 36 40 44 50 52 59 63 68 71 75 77 80 82 89 96 100 101 104 107 110 113 116 118 121 123 126 129 132 135 137
48 47 46,3 45,3 44,5 43,6 42,8 42 41,2 40,3 39,1 38,2 37,1 36,2 34,7 33,8 33 32,2 31,5 30,7 29 27,5 26,7 25 24 23,3 22,5 21,7 20,9 20 19,2 18,6 17,6 16,9 16,1 15,2 14,5
0,001 0,001 0,0007 0,001 0,0008 0,0009 0,0008 0,0008 0,0008 0,0009 0,0012 0,0009 0,0011 0,0009 0,0015 0,0009 0,0008 0,0008 0,0007 0,0008 0,0017 0,0015 0,0008 0,0017 0,001 0,0007 0,0008 0,0008 0,0008 0,0009 0,0008 0,0006 0,001 0,0007 0,0008 0,0009 0,0007
0,001 0,0020 0,0027 0,0037 0,0045 0,0054 0,0062 0,0070 0,0078 0,0087 0,0099 0,0108 0,0119 0,0128 0,0143 0,0152 0,0160 0,0168 0,0175 0,0183 0,0200 0,0215 0,0223 0,0240 0,0250 0,0257 0,0265 0,0273 0,0281 0,0290 0,0298 0,0304 0,0314 0,0321 0,0329 0,0338 0,0345
4,021E-05 8,042E-05 1,086E-04 1,488E-04 1,809E-04 2,171E-04 2,493E-04 2,815E-04 3,136E-04 3,498E-04 3,981E-04 4,343E-04 4,785E-04 5,147E-04 5,750E-04 6,112E-04 6,433E-04 6,755E-04 7,037E-04 7,358E-04 8,042E-04 8,645E-04 8,967E-04 9,650E-04 1,005E-03 1,033E-03 1,066E-03 1,098E-03 1,130E-03 1,166E-03 1,198E-03 1,222E-03 1,263E-03 1,291E-03 1,323E-03 1,359E-03 1,387E-03
2,882E-03 5,765E-03 7,782E-03 1,066E-02 1,297E-02 1,556E-02 1,787E-02 2,018E-02 2,248E-02 2,508E-02 2,854E-02 3,113E-02 3,430E-02 3,689E-02 4,122E-02 4,381E-02 4,612E-02 4,842E-02 5,044E-02 5,275E-02 5,765E-02 6,197E-02 6,428E-02 6,918E-02 7,206E-02 7,408E-02 7,638E-02 7,869E-02 8,099E-02 8,359E-02 8,589E-02 8,762E-02 9,051E-02 9,252E-02 9,483E-02 9,742E-02 9,944E-02
4,025E-04 8,050E-04 1,087E-03 1,489E-03 1,811E-03 2,174E-03 2,496E-03 2,818E-03 3,140E-03 3,502E-03 3,985E-03 4,347E-03 4,790E-03 5,152E-03 5,756E-03 6,118E-03 6,440E-03 6,762E-03 7,044E-03 7,366E-03 8,050E-03 8,654E-03 8,976E-03 9,661E-03 1,006E-02 1,034E-02 1,067E-02 1,099E-02 1,131E-02 1,167E-02 1,200E-02 1,224E-02 1,264E-02 1,292E-02 1,324E-02 1,361E-02 1,389E-02
2,887E-03 5,781E-03 7,813E-03 1,072E-02 1,306E-02 1,569E-02 1,803E-02 2,038E-02 2,274E-02 2,540E-02 2,895E-02 3,162E-02 3,490E-02 3,759E-02 4,209E-02 4,480E-02 4,722E-02 4,964E-02 5,176E-02 5,419E-02 5,938E-02 6,397E-02 6,644E-02 7,169E-02 7,479E-02 7,696E-02 7,946E-02 8,196E-02 8,446E-02 8,729E-02 8,981E-02 9,170E-02 9,487E-02 9,709E-02 9,963E-02 1,025E-01 1,047E-01
Tabla B.4. Valores determinados para volumen de catalizador 0.01 (L) a T=21 °C. tiempo (s)
volumen (ml)
0
48,9
Volumen Volumen desplazado (L) acumulado (L)
Laboratorio Nº2 Diseño de reactores
moles O2
Xa
CaoXa
ln1-Xa
0
0
23
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
7 9 18 20 29 32 41 43 51 63 69 71 78 80 86 88 93 96 99 104 106 111 115 118 120 123 128 130 132 135 137 140 143 146 149 151 153
47,5 46,5 45,8 44,9 44,2 43,3 42,4 41,5 40,7 39,9 37,2 36,3 34,5 33,6 32,7 31,7 31,2 30,5 29,5 28,3 27,7 27 26 25,4 24,5 23,8 23,2 22,4 21,5 21,1 20,4 19,5 19 18,4 17,6 16,8 16,1
0,0014 0,001 0,0007 0,0009 0,0007 0,0009 0,0009 0,0009 0,0008 0,0008 0,0027 0,0009 0,0018 0,0009 0,0009 0,001 0,0005 0,0007 0,001 0,0012 0,0006 0,0007 0,001 0,0006 0,0009 0,0007 0,0006 0,0008 0,0009 0,0004 0,0007 0,0009 0,0005 0,0006 0,0008 0,0008 0,0007
Laboratorio Nº2 Diseño de reactores
0,014 0,0150 0,0157 0,0166 0,0173 0,0182 0,0191 0,0200 0,0208 0,0216 0,0243 0,0252 0,0270 0,0279 0,0288 0,0298 0,0303 0,0310 0,0320 0,0332 0,0338 0,0345 0,0355 0,0361 0,0370 0,0377 0,0383 0,0391 0,0400 0,0404 0,0411 0,0420 0,0425 0,0431 0,0439 0,0447 0,0454
5,495E-04 5,888E-04 6,163E-04 6,516E-04 6,791E-04 7,144E-04 7,497E-04 7,850E-04 8,164E-04 8,478E-04 9,538E-04 9,891E-04 1,060E-03 1,095E-03 1,130E-03 1,170E-03 1,189E-03 1,217E-03 1,256E-03 1,303E-03 1,327E-03 1,354E-03 1,393E-03 1,417E-03 1,452E-03 1,480E-03 1,503E-03 1,535E-03 1,570E-03 1,586E-03 1,613E-03 1,649E-03 1,668E-03 1,692E-03 1,723E-03 1,755E-03 1,782E-03
3,939E-02 4,221E-02 4,418E-02 4,671E-02 4,868E-02 5,121E-02 5,374E-02 5,627E-02 5,853E-02 6,078E-02 6,837E-02 7,091E-02 7,597E-02 7,850E-02 8,104E-02 8,385E-02 8,526E-02 8,723E-02 9,004E-02 9,342E-02 9,510E-02 9,707E-02 9,989E-02 1,016E-01 1,041E-01 1,061E-01 1,078E-01 1,100E-01 1,125E-01 1,137E-01 1,156E-01 1,182E-01 1,196E-01 1,213E-01 1,235E-01 1,258E-01 1,277E-01
5,501E-03 5,894E-03 6,169E-03 6,523E-03 6,798E-03 7,152E-03 7,505E-03 7,859E-03 8,173E-03 8,487E-03 9,548E-03 9,902E-03 1,061E-02 1,096E-02 1,132E-02 1,171E-02 1,191E-02 1,218E-02 1,257E-02 1,305E-02 1,328E-02 1,356E-02 1,395E-02 1,419E-02 1,454E-02 1,481E-02 1,505E-02 1,536E-02 1,572E-02 1,587E-02 1,615E-02 1,650E-02 1,670E-02 1,694E-02 1,725E-02 1,756E-02 1,784E-02
4,019E-02 4,312E-02 4,518E-02 4,783E-02 4,990E-02 5,257E-02 5,524E-02 5,792E-02 6,031E-02 6,270E-02 7,082E-02 7,355E-02 7,901E-02 8,176E-02 8,451E-02 8,757E-02 8,911E-02 9,127E-02 9,435E-02 9,807E-02 9,994E-02 1,021E-01 1,052E-01 1,071E-01 1,099E-01 1,121E-01 1,140E-01 1,166E-01 1,194E-01 1,207E-01 1,229E-01 1,258E-01 1,274E-01 1,293E-01 1,318E-01 1,344E-01 1,367E-01
24
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
Tabla B.5. Valores determinados para volumen de catalizador 0.01 (L) a T=27 °C. tiempo (s)
volumen (ml)
0 6 11 17 19 23 26 29 37 40 44 45 51 53 55 59 61 64 67 69 71 73 78 79 82 84 86 88 91 93 96 99 100 103 107 111 116 119
44,6 43,7 42,3 41,5 40,5 40 39,2 38,5 36,6 35,9 35 34,1 33,2 32,5 31,6 30,7 29,9 29,2 28,6 27,8 26 25,5 23,9 22,4 21,3 19,5 18,7 18 17,2 16,3 15,8 14,9 13,8 12,5 11,3 10,5 10 9,8
Volumen Volumen desplazado (L) acumulado (L) 0,0009 0,0014 0,0008 0,001 0,0005 0,0008 0,0007 0,0019 0,0007 0,0009 0,0009 0,0009 0,0007 0,0009 0,0009 0,0008 0,0007 0,0006 0,0008 0,0018 0,0005 0,0016 0,0015 0,0011 0,0018 0,0008 0,0007 0,0008 0,0009 0,0005 0,0009 0,0011 0,0013 0,0012 0,0008 0,0005 0,0002
0,0009 0,0023 0,0031 0,0041 0,0046 0,0054 0,0061 0,0080 0,0087 0,0096 0,0105 0,0114 0,0121 0,0130 0,0139 0,0147 0,0154 0,0160 0,0168 0,0186 0,0191 0,0207 0,0222 0,0233 0,0251 0,0259 0,0266 0,0274 0,0283 0,0288 0,0297 0,0308 0,0321 0,0333 0,0341 0,0346 0,0348
moles O2
Xa
3,462E-05 8,847E-05 1,192E-04 1,577E-04 1,769E-04 2,077E-04 2,346E-04 3,077E-04 3,347E-04 3,693E-04 4,039E-04 4,385E-04 4,654E-04 5,001E-04 5,347E-04 5,655E-04 5,924E-04 6,155E-04 6,462E-04 7,155E-04 7,347E-04 7,963E-04 8,540E-04 8,963E-04 9,655E-04 9,963E-04 1,023E-03 1,054E-03 1,089E-03 1,108E-03 1,142E-03 1,185E-03 1,235E-03 1,281E-03 1,312E-03 1,331E-03 1,339E-03
0 2,482E-03 6,342E-03 8,548E-03 1,131E-02 1,268E-02 1,489E-02 1,682E-02 2,206E-02 2,399E-02 2,647E-02 2,895E-02 3,144E-02 3,337E-02 3,585E-02 3,833E-02 4,053E-02 4,247E-02 4,412E-02 4,633E-02 5,129E-02 5,267E-02 5,708E-02 6,122E-02 6,425E-02 6,921E-02 7,142E-02 7,335E-02 7,555E-02 7,804E-02 7,942E-02 8,190E-02 8,493E-02 8,851E-02 9,182E-02 9,403E-02 9,541E-02 9,596E-02
CaoXa
Ln(1-Xa)
3,466E-04 8,857E-04 1,194E-03 1,579E-03 1,771E-03 2,079E-03 2,349E-03 3,081E-03 3,350E-03 3,697E-03 4,043E-03 4,390E-03 4,659E-03 5,006E-03 5,353E-03 5,661E-03 5,930E-03 6,161E-03 6,469E-03 7,163E-03 7,355E-03 7,971E-03 8,549E-03 8,972E-03 9,666E-03 9,974E-03 1,024E-02 1,055E-02 1,090E-02 1,109E-02 1,144E-02 1,186E-02 1,236E-02 1,282E-02 1,313E-02 1,332E-02 1,340E-02
0 2,485E-03 6,362E-03 8,585E-03 1,137E-02 1,277E-02 1,500E-02 1,696E-02 2,231E-02 2,428E-02 2,683E-02 2,938E-02 3,194E-02 3,393E-02 3,651E-02 3,908E-02 4,138E-02 4,339E-02 4,512E-02 4,743E-02 5,265E-02 5,411E-02 5,877E-02 6,317E-02 6,641E-02 7,172E-02 7,410E-02 7,618E-02 7,856E-02 8,125E-02 8,275E-02 8,545E-02 8,875E-02 9,268E-02 9,632E-02 9,875E-02 1,003E-01 1,009E-01
Tabla B.6. Valores determinados de K observado, Energía de activación y K0 Temperatura (ºC)
T (K)
1/T
14 21 27
287 294 300
3,48E-03 3,40E-03 3,33E-03
K observado 0,0002 0,0009 0,0008
ln(k obs)
E (cal/mol)
Ko (1/s)
-8,517 -7,013 -7,131
18886
6,026E+10
Tabla B.7. Valores determinados de k1 y k2
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Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
Volumen catalizador (mL)
Cc (M)
k observado
10 20 30
0,025 0,05 0,075
0,0002 0,0004 0,0007
k1 (1/s) 7,00E-05
k2 (1/Ms) 0,01
Fig B.1 Gráfica –Ln (1-Xa) v/s tiempo para un volumen de catalizador de 0.01 L y temperatura 14°C. -Ln(1-Xa) v/s tiempo y = 0,0002x R2 = 0,9906
1,000E-01 ) a X 1 ( n L -
8,000E-02 6,000E-02
Serie1
4,000E-02
Lineal (Serie1)
2,000E-02 0,000E+00 0
100
200
300
400
t(s)
Fig B.2 Gráfica –Ln (1-Xa) v/s tiempo para un volumen de catalizador de 0.02 L y temperatura 14°C. -Ln(1-Xa) v/s tiempo y = 0,0004x R2 = 0,9736
0,12 0,1 ) a X 1 ( n L -
0,08
Serie1
0,06
Lineal (Serie1)
0,04 0,02 0 0
100
200
300
t(s)
Fig B.3 Gráfica –Ln (1-Xa) v/s tiempo para un volumen de catalizador de 0.03 L y temperatura 14°C.
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Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
-Ln(1-Xa) v/s t(s) y = 0,0007x R2 = 0,9782
0,12 0,1 ) a 0,08 X 1 0,06 ( n L 0,04 -
Serie1 Lineal (Serie1)
0,02 0 0
50
100
150
200
t(s)
Fig B.4 Gráfica –Ln (1-Xa) v/s tiempo para un volumen de catalizador de 0.01 L y temperatura 21°C.
-Ln(1-Xa) v /s t(s) y = 0,0009x 0,2
) a X 1 ( n L -
2
R = 0,8401
0,15 Serie1
0,1
Lineal (Serie1)
0,05 0 0
100
200
t(s)
Fig B.5 Gráfica –Ln (1-Xa) v/s tiempo para un volumen de catalizador de 0.01 L y temperatura 27°C. -Ln(1-Xa) v/s t(s) y = 0,0008x R2 = 0,9551
0,12 0,1 ) a X 1 ( n L -
0,08
Serie1
0,06
Lineal (Serie1)
0,04 0,02 0 0
50
100
150
t(s)
Fig B.6 Gráfica Kobservado v/s concentración de catalizador.
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Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
k observado v/s Cc y = 0,01x - 7E-05 R2 = 0,9868
0,0008 0,0007 o 0,0006 d a 0,0005 v r e 0,0004 s b 0,0003 o k 0,0002 0,0001 0
Serie1 Lineal (Serie1)
0
0,02
0,04
0,06
0,08
Cc
Fig B.7 Gráfica Ln(Kobservado) v/s 1/T. Ln(Kobs) v/s 1/T y = -9504,7x + 24,822 R2 = 0,7383
0,000
) s b o K ( n L
3,30E-2,000 03
3,35E03
3,40E03
3,45E03
3,50E03
-4,000
Serie1
-6,000
Lineal (Serie1)
-8,000 -10,000 1/T
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28
Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
APENDICE C Cuestionario: 1.- ¿Qué significa una reacción catalizada en fase homogénea? En las reacciones homogéneas catalizadas, todas las sustancias reaccionantes, incluido el catalizador, se encuentran en una sola fase, ya sea: gaseosa, liquida o sólida.
2.- Señale tres propiedades de un catalizador. a.- De acuerdo con la teoría del estado de transición, el catalizador reduce la barrera de energía potencial, que ha de sobrepasarse para que los reactantes puedan formar productos. En consecuencia acelera la reacción química. b.- Aunque un catalizador puede aumentar la velocidad de una reacción, nunca determina el equilibrio o punto final de una reacción, que esta regido solamente por la termodinámica. Es decir, con o sin catalizador, la constante de equilibrio para la reacción es siempre la misma. c.- En la reacción el catalizador se combina por lo menos con un reactante, quedando libre cuando se forma el producto. Así el catalizador liberado se puede combinar con otro reactante para formar más producto.
3.- ¿Como afecta un catalizador a una reacción química? Discuta la acción catalítica a partir de la teoría del complejo activado El catalizador afecta a una reacción química aumentando la velocidad de reacción. Analizando desde el punto de vista del complejo activado se tiene lo siguiente: el complejo activado es un agregado de átomos que puede considerarse similar a una molécula ordinaria, excepto que tiene una vibración especial que lo hace inestable, ésta inestabilidad conduce a la disociación del complejo entregando productos y quedando el catalizador libre.
4.- ¿Que efecto tiene variar la concentración del catalizador sobre la velocidad de Reacción? El catalizador influye en la velocidad de reacción de acuerdo con la ecuación (2.5), en donde claramente se observa que al aumentar la concentración de éste, aumenta la velocidad de reacción.
5. ¿Como medirá experimentalmente la dependencia de la cinética con las concentraciones de H2O2 y de catalizador? Para realizar el análisis cinético se considerará que: H2O2 = A, I- = C y IO- =D La velocidad de reacción se define:
( dC A ) d θ
= k 1 + k 2 C AC C = ( k 1 + k 2 C C ) C A
Integrando y considerando que la concentración del catalizador permanece constante, resulta:
− ln
C A C AO
= − ln(1 − X A ) = ( k 1 + k 2 ⋅ C C ) ⋅ t = k obs ⋅ θ
Graficado valores de K observados versus concentración del catalizador, se obtiene de la pendiente del grafico el valor k 2 y el intersecto del eje de la ordenada el valor de k 1.
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Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en solución acuosa y ambiente neutro
k
obs
Pendiente –k
2
Interfecto –k
1
C
C
Las constantes de velocidad k 1 y k2 se determinan haciendo una serie de experiencias a temperatura constante, empleando diferentes concentraciones de catalizador. Se representan los valores de kobs frente a la concentración de catalizador, obteniéndose de la pendiente del gráfico el valor de k2 y el intercepto del eje de la ordenada el valor de k 1. A partir de la experiencia se determinarán diferentes valores de k 1 y k2 a distintas temperaturas, para lo cual es aplicable la ecuación de Arrhenius, que se muestra a continuación:
− E A R ⋅ T
k = k 0 ⋅ exp
Evaluando los valores de k a distinta temperatura y representando en una gráfica
ln ( k ) v/s 1
T
se obtiene la energía de activación.
Dado que es difícil medir la concentración del agua oxigenada en solución, se mide el caudal de oxígeno liberado, el cual esta relacionado con los moles del gas por la Ley de los Gases Ideales.
moles O
= 2
⋅θ⋅ P Q R ⋅ T
Siendo la concentración de oxigeno en la solución:
CO
2
=
molesO2 Vsol
La concentración de oxígeno en la solución esta relacionada a su vez con la concentración de A como:
X A ⋅ C AO 2
= C O
2
6. ¿Cómo analizará el efecto de la temperatura, para la reacción en estudio? Las constantes de velocidad k 1 y k2 se determinan haciendo una serie de experiencias a temperatura constante, empleando diferentes concentraciones de catalizador. Se representan los valores de kobs frente a la concentración de catalizador, obteniéndose de la pendiente del gráfico el valor de k2 y el intercepto del eje de la ordenada el valor de k 1. A partir de la experiencia se determinarán diferentes valores de k 1 y k2 a distintas temperaturas, para lo cual es aplicable la ecuación de Arrhenius, que se muestra a continuación:
− E A R ⋅ T
k = k 0 ⋅ exp
Con esta ecuación y las distintas temperaturas, se vera que al aumentar la temperatura las constantes cinéticas serán de mayor valor, aumentando así la velocidad de reacción.
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