BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA (B.U.A.P.) FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA EN QUÍMICO FARMACOBIOLOGO LABORATORIO DE FISICOQUIMICA II
PRACTICA N° 4 “REACCIÓN DE PSEUDO ORDEN”
ALUMNAS: HERRERA TEJEDA LORENA JACOBO CHAVEZ SUSANA MORALES LORANCA MARIA L. PROFESOR (A): HILDA LIMA LIMA
Fecha de entrega: 13-Julio-2011 PRACTICA N° 4 “RECCIÓN DE PSEUDO ORDEN”
REACCCION DE ESTUDIO:
2 Kl + K2S2O8
l2 + 2K2SO4
OBJETIVOS: • •
Determinar el orden parcial de la reacción con relación al persulfato de potasio. Determinar la constante de velocidad de la reacción a temperatura constante (ambiente).
HIPOTESIS:
De acuerdo con los objetivos generales de cualquier estudio cinético, en esta práctica se propone la determinación del orden de una reacción química en disolución y su constante de velocidad utilizando la técnica de espectrofotometría visible INTRODUCCIÓN:
En los estudios de cinética química es importante determinar la expresión de velocidad que dará la concentración de uno o más de los reactivos o productos como una función del tiempo y obtener la constante de velocidad k. En ella se intenta seguir su curso por medio del cambio de alguna propiedad física como puede ser presión,
absorbancia, conductividad, índice de refracción, Angulo de rotación de la luz polarizada, pH, etc. La cinética química, como ya se señaló antes, estudia el cambio de una concentración de reactivos o de productos con el transcurrir del tiempo. Dicho cambio se puede expresar mediante una ecuación diferencial donde aparece la velocidad de la reacción química. Dicha velocidad se define como la tasa de cambio de la concentración de una especie con el tiempo: v = d reactivodt =d productodt Las reacciones químicas se denominan homogéneas, cuando ocurren en una sola fase, y heterogéneas, cuando ocurren entre especies que se encuentran en diferentes fases. Las reacciones homogéneas en disolución acuosa, como por ejemplo: aA + bB→cC + dD
No ocurren, habitualmente, en un solo paso, sino en varios, como ocurre, prácticamente, en todas las reacciones que incluyen más de dos moléculas reactantes. El conjunto de todos los pasos elementales se conoce como el mecanismo de reacción. Uno de los objetivos principales de la cinética química es obtener información para ayudar al esclarecimiento de los mecanismos de reacción, que son fundamentales para la comprensión de los procesos químicos. Experimentalmente, se encuentra que la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de los reactivos elevada a unos exponentes, que suelen ser números enteros sencillos. Esto nos lleva a una expresión de la velocidad del tipo: d reactivodt = k Am BnCp ……….. (1)
Donde k es la constante de velocidad y los exponentes m, n y p son los órdenes parciales con respecto a cada reactivo. La suma de ellos es el orden total de la reacción. Estos valores pueden determinarse experimentalmente, al igual que el valor de k. El orden de la reacción está relacionado con su mecanismo. Para determinar experimentalmente los exponentes de la ley de velocidad es recomendable un procedimiento que permita aislar cada uno de los componentes de la reacción. De esta forma, todas las especies que se estudian, menos una, están en concentraciones tan altas con respecto al reactivo analizado que puede suponerse que estas permanecen constantes durante la reacción. Para el ejemplo antes señalado, si las
concentraciones de A y B son mucho mayores que la de C entonces la ecuación (1) se transformara en: d reactivodt = k"Cp
…………. (2)
donde k’’= k[A]m[B]n. En este caso se dice que la reacción es de pseudo orden p. El orden de la reacción aparente con respecto a la especie que interesa se puede obtener por una variedad de métodos que miden concentraciones a diferentes tiempos. La ecuación (2) se puede integrar fácilmente para diferentes valores de p, y, mediante una representación grafica apropiada, puede obtenerse el valor de p que mejor reproduce los datos experimentales. Una vez determinado el valor de p puede calcularse el valor de la constante k. Por ejemplo, para una cinética de primer orden (p= 1) se tiene: ln(a-x) =ln a -kt ……………….. (3) donde “(a-x)” es la concentración a un tiempo t cualquiera, y “a” es la concentración a tiempo cero. Al representar gráficamente ln(a-x) versus t se obtiene una línea recta cuya pendiente es –k. Cuando p=2 se tiene: 1/(a-x) = 1/a + kt ……………… (4) Representando gráficamente el inverso de la concentración del reactivo que queda sin reaccionar, (a-x), frente al tiempo se obtiene una linea recta cuya pendiente es k. Para determinar el valor de p de acuerdo con este procedimiento es, en principio, necesario representar los datos experimentales de acuerdo con todos los posibles valores de p y las correspondientes ecuaciones integradas. En la práctica se encuentra que p suele ser un número entero positivo igual a 0, 1 o 2, por lo que basta con comparar con un número reducido de ecuaciones integradas de velocidad. MATERIAL Y SUSTANCIAS:
1 Espectrofotómetro 1 Cronómetro Guantes de polietileno o látex Pañuelos desechables de bolsillo (no perfumados) 1 Termómetro 2 Matraces aforados de 25 ml.
2 Vasos de precipitados de 50 ml. 2 Pipetas graduadas de 5ml. 1 Pipeta graduada de 10 ml. □ Solución de Yoduro de potasio 0.075M □ Solución de persulfato de potasio 0.015M METODO EXPERIMENTAL: Espectrofotometria en región visible.
DESARROLLO EXPERIMENTAL:
(MÉTODO DE AISLAMIENTO) 1. Conectar el espectrofotómetro y dejar calentar durante 30 min. Para que se auto verifique, regule y estabilice apuntando a 465 nm. 2. La tapa del porta celdas debe estar siempre cerrada. 3. Tomar una alícuota de 5 ml de solución de yoduro de potasio y agregarla en una primera celda hasta la marca indicada, la cual servirá de blanco. 4. Introducir la celda en la dirección correcta indicada en el porta celda y cerrar y calibrar el aparato a cero de absorbancia. 5. Mezclar 5 ml de la solución de yoduro de potasio con 5 ml de solución de persulfato de potasio, agitar e iniciar simultáneamente el tiempo de reacción, tomar la temperatura de la mezcla de reacción. 6. Tomar una alícuota de la mezcla de la reacción y agregarla en una segunda celda hasta la marca. 7. Cambiar la celda del blanco por la de reacción, cerrar y tomar valores de absorbancia cada 3 minutos hasta completar 10 lecturas. 8. Sacar la celda, limpiarla con agua y apagar el equipo. NOTA: Las lecturas deberán ser cada 3 minutos después de haber metido la muestra ya que cambian muy rápido. Por lo tanto podemos decir que el tiempo total de reacción será de 30 minutos. SUSTANCIAS PREPARADAS:
□ Solución de yoduro de potasio 0.075M (100 ml) M = nV
g = MP.MV
g = 0.075 M166.0 g/mol0.1 L = 1.245 g de KI
□ Solución de persulfato de potasio 0.025M (100 ml)
M = nV K2S2O8
g = MP.MV
g =0.025 M270.32 g/mol0.1 L = 0.675 g de
RESULTADOS Y CALCULOS:
Tiempo min 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 •
Por cuestiones de tiempo no se pudo medir la absorbancia a 30 min. I.
t (min) 3 6 9 12 15 18 21 24 27
Datos:
/ Absorbanc ia 0.264 0.462 0.653 0.840 1.024 1.205 1.380 1.546 1.696 -----
Reacción de orden cero Absorba ncia 0.264 0.462 0.653 0.840 1.024 1.205 1.380 1.546 1.696
n=9
Obtener m: m= nxy-xynx2x2
x
y
xy
X2
Y2
3
0.264
0.792
9
0.0697
6
0.462
2.772
36
0.2134
9
0.653
5.877
81
0.4264
12
0.840
10.08
144
0.7056
15
1.024
15.36
225
1.0486
18
1.205
21.69
324
1.4520
21
1.380
28.98
441
1.9044
24
1.546
37.104
576
2.3901
27
1.696
45.792
729
2.8764
∑135
∑9.070
168.4 47
2565
∑11.086 7
m = 0.0599
Obtener b: b=y-mxn b = 0.1078 Obtener r: r=nxy-xynx2-x2ny2-y2 r = 0.9993
KVeocidad = 0.0599 min-1
II. Reacción de primer orden
1/t 0.333 0.167 0.111 0.083 0.067 0.056 0.048 0.045 0.043
In A -1.332 -0.772 -0.426 -0.174 0.024 0.186 0.322 0.436 0.528
Datos:
n=9
Obtener m: m= nxy-xynx2x2 m = -6.149
Obtener b:
x
y
xy
X2
Y2
0.333
-1.332
-0.444
0.111
1.774
0.167
-0.772
-0.129
0.028
0.596
0.111
-0.426
-0.047
0.012
0.182
0.083
-0.174
-0.015
0.007
0.030
0.067
0.024
0.002
0.004
0.001
0.056
0.186
0.010
0.003
0.035
0.048
0.322
0.015
0.002
0.104
0.045
0.436
0.020
0.002
0.190
0.043
0.528
0.023
0.002
0.279
0.953
-1.208
-0.564
∑0.172
∑3.190
b=y-mxn b = 0.517
Obtener r: r=nxy-xynx2-x2ny2-y2 r = -0.941
KVelocidad = 6.14 min-1
CONCLUSIONES: Con los resultados obtenidos en las tablas y al hacer la representación gráfica. Mediante ajuste por mínimos cuadrados obtuvimos la constante de velocidad y así también pudimos determinar el orden parcial de la reacción con ausencia de algún catalizador, el orden de reacción de esta práctica fue de Orden cero. Uno de los factores que causaron algún error, fue la preparación de algunos reactivos, entre los más importantes fueron, el titulante y los reactivos. Es necesario comprobar la correcta preparación de estos.
BIBLIOGRAFIA: • • • •
http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/josem/static/cineticadisolucion. pdf http://www.fichasdeseguridad.com/datos_seguridad.php? Química de Chang, 1992 Mc Graw-Hill Ira Levine, Fisicoquimica Quinta edición, vol 2
PERSULFATO DE POTASIO g/mol
K2S2O8
TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/SINTOMAS AGUDOS
INCENDIO
No combustible pero facilita la combustión de otras sustancias. En caso de incendio se desprenden humos (o gases) tóxicos e irritantes.
EXPLOSION
Masa molecular: 272.3
PREVENCION
No poner en contacto sustancias inflamables.
con
Riesgo de incendio y explosión, en contacto con sustancias combustibles y agentes reductores.
Tos. Dificultad respiratoria. Dolor Inhalación de garganta. Sibilancia. PELIGROS QUÍMICOS
Extracción localizada o protección respiratoria.
Guantes de protección. Dolor. Enrojecimiento. El calentamiento intenso puede originar combustión violenta o explosión. Gafas de protección de seguridad. La sustancia se Enrojecimiento. descompone alDolor. calentarla intensamente, produciendo Ojos humos tóxicos, incluyendo óxidos de azufre. La sustancia es un oxidante Nauseas. conVómitos. fuerte y reacciona materiales Dolor combustibles y reductores. No comer, ni beber, niLa fumar Ingestión abdominal. disolución en agua esDiarrea moderadamente ácida. Reacciona violentamente durante el trabajo. con cloratos y percloratos en presencia de agua causando peligro de explosión. Reacciona en presencia de agua con metales, como el de blancos. incendio. ESTADOaluminio, FISICO;originando ASPECTO:peligro Cristales Piel
Se descompone por debajo del punto de fusión a <100° Solubilidad en agua, g/100 ml a 20°C: 5.2 Densidad: 2.5 g/cm3
YODURO DE POTASIO
KI
TIPOS DE PELIGRO/ EXPOSICION
PELIGROS/SINTOMAS AGUDOS
INCENDIO
No combustible pero facilita la combustión de otras sustancias. En caso de incendio se desprenden humos (o gases) tóxicos e irritantes.
EXPLOSION
Inhalación
PREVENCION
No poner en contacto sustancias inflamables.
con
Riesgo de incendio y explosión, en contacto con sustancias combustibles y agentes reductores.
Puede causar irritación del tracto respiratorio superior.
Piel
Puede causar irritación de la piel. Puede ser absorbido a través de la piel.
Ojos
Puede causar irritación de los ojos.
Ingestión
Masa molecular: 166.0 g/mol
Causa irritación gastrointestinal con náuseas, vómito y diarrea. La ingestión crónica de yoduros durante el embarazo ha resultado en muerte fetal, paperas severas y apariencia de cretinismo en
Extracción localizada protección respiratoria.
o
Guantes de protección. Gafas de protección de seguridad.
No comer, ni beber, ni fumar durante el trabajo.
el recién nacido.
Apariencia, olor y estado físico: Apariencia: Cristales, gránulos o polvo blanco; Olor: Sin olor, sabor salino. Gravedad específica (Agua=1): 3.13 Punto de ebullición (ºC): 1330 Densidad relativa del vapor (Aire=1): N.R. Punto de fusión (ºC): 680 a 686
Viscosidad (cp): N.R. pH: 6-9.5 (5% soln. ac.) Presión de vapor (mm Hg): 1 a 745ºC. Solubilidad: 1 g/0.7 mL de agua. Soluble en agua, alcohol, acetona y glicerol.
