BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LICENCIATURA EN QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II PRACTICA Nº 6 “REACCION DE SEGUNDO ORDEN Y EFECTO DE LA TEMPERATURA (PARTE I) ”
EQUIPO #3 DAVID ZAMBRANO RUIZ VÍCTOR DANIEL TOLENTINO TOLENTINO
INTRODUCCIÓN.
Los experimentos cinéticos estudian la velocidad a la que se producen las reacciones, es decir, el modo en el que la varía concentración de delalgunas moleculares en función tiempo. especies En una gráfica en la que se representa la concentración frente al tiempo, la velocidad de reacción es la pendiente. En el experimento cinético que se muestra a continuación, la velocidad de reacción decrece a medida que la reacción avanza. El modo exacto en el que las velocidades de reacción cambian en función del tiempo y cómo estas velocidades varían segn las concentraciones de reactivos, depende del mecanismo de reacción. Los estudios cinéticos se pueden emplear, por tanto, para probar los mecanismos propuestos. Las ecuaciones de velocidad o leyes de velocidad muestran cómo varía la concentración de una especie molecular con respecto al tiempo !velocidad" como función matemática de una constante de velocidad o constante cinética, representada por la letra # minscula, y de las concentraciones de cada especie molecular que interviene en la reacción. $eacción de segundo orden !dimerización" $eacción% &'
'&
Ley de velocidad% (d)'*+dt#)'*& -olución integrada%
La ecuación anterior es iperbólica y la cinética de dimerización de segundo orden recibe, a menudo, el nombre de cinética iperbólica. Las gráficas que se muestran a continuación son de una reacción de dimerización en la que )'/* 0/(1 2 y # & x 0 /3 2(0 s(0. ' primera vista, la caída de )'* con el tiempo !cuadro de la izquierda" que se produce en esta reacción de segundo orden parece similar a la de la reacción de primer orden descrita anteriormente, pero en realidad es diferente, como se puede observar por las ecuaciones que describen la variación de )'* en el tiempo. El modo más sencillo de determinar la constante de velocidad en este caso es realizar la representación gráfica de 0+)'* frente al tiempo y calcular la pendiente, que equivale a #. 4bsérvese, no obstante, que la representación gráfica de 0+)'* frente al tiempo no es una recta. La expresión del tiempo de vida medio en este e5emplo de segundo orden es% 6ara los datos mostrados, el tiempo de vida medio es de 3 s. -in embargo, cabe destacar que los tiempos de vida medios de las reacciones de segundo orden son muy diferentes a los de las reacciones de primer orden. En las reacciones de primer orden, t0+& es independiente de la concentración inicial de la reacción. En cambio, en este caso, la misma reacción realizad a con distintas concent raciones iniciales tendría distintos tiempos de vida medios. Es más, si con una concentración inicial de ' dada la mitad de las moléculas tarda en reaccionar 3 s, la mitad de las moléculas restantes tardará 0/ s, etc. Esto tiene sentido porque las colisiones entre dos moléculas de ' serán menos frecuentes a medida que disminuye la concentración de '. ENERGÍA DE ACTIVACION
6or lo general la velocidad de reacción no viene completamente determinada por el nmero de coques moleculares en la unidad de tiempo. El eco de que ciertas reacciones sean muy rápidas y otras muy lentas demuestran esto, ya que el nmero de colisiones es casi el mismo para las reacciones lentas que para las rápidas7 se deduce por tanto, que solo una fracción, a veces muy peque8a, de los coques moleculares conduce a reacción. 'rrenius sugirió para que reaccionen las moléculas en llama colisión an de tener una energía superior a laque energía media. Esta energía adicional se energía de activación de la reacción. 6uede ser energía cinética o energía interna de las moléculas.
Este concepto conduce a la ecuación
9ue expresa la dependencia de la constante de velocidad de reacción # con la temperatura absoluta :. la energía de activación por mol es E y $ es la constante de los gases. Los valores de la constante ;<= y de ;e= se obtienen sustituyendo los valores experimentales de < para dos temperaturas.
HIPÓTESIS.
'l traba5ar con una reacción de segundo orden mediremos la concentración respecto al tiempo de reacción mediante una titulación yodométrica y al graficar nos resultará una línea recta de la cual la pendiente será igual a la constante de velocidad. 'l aumentar la temperatura esperamos que la reacción sea más rápida y por lo tanto aya nuestra constante de velocidad aumente conforme aumenta la temperatura.
MÉTODO EXPERIMENTAL.
:itulación yodométrica.
>?L>@L4- 6'$' L' 6$E6'$'>ABC DE -4L@>A4CE•
KI (Y!" !$ %&')*
PM+ ,66 -./0 C2$2&')2+ 454 M
- 1 (PM*(M*(L*
g=
(
166 gr
mol
K7S7O9 (P$"0:'& !$ %&')*
PM+ 7;4 -./0 C2$2&')2+ 454 M P$%''+ 78 /0
•
0.04 M ) ( 0.25 L )
¿ 1.66 gr
P$%''+ 78 /0
•
)(
- 1 (PM*(M*(L* -1(7;4-./0*(454M*(4578L* 14548 -
P'' $0 N'7S7O3 (T)"0:'& !$ !)*
PM+ ,895,, -./0
- 1 (PM*(M*(L*
$E-@L:'D4- 4:ECAD42KI + K2S2O8 I2 + 2K2SO4
$eacción llevada a cabo.
Resultados de la práctica. A continuación se observa las tres tablas de los resultados de cada equipo a las distintas temperaturas de trabao! "quipo # $emperatura de trabao 2%&' $iempo 8.# #4.% 2 2,.2 2., 8. 44.,
(ol.)etitulante. ,.,m* ##m* #4.#m* #8.-m* 2#.m* 2.m* 2/.2m*
(ol.$itulanteen*itros
454466L 454,,L 454,,L 454,9;L 4547,L 454733L 4547;7L
"quipo 2 $emperatura de trabao ,&' $iempo , #2 #8 24 , 42
(ol. del titulante 8m* #4m* #8.8m* 2.8m* 2/.8m* 28.-m* .8m*
(ol. )el titulante en *itros
45449L 454,L 454,99L 454739L 454789L 45479;L 454349L
"quipo $emperatura de trabao 42&' $iempo
(ol.)eltitulante.
(ol.)eltitulanteenlitros.
, #2 #8 24 , 42
454,7L 454,
#2m* #%m* 24./m* 28.-m* #m* ,m* %m*
0osteriormente se procederá a reali1ar los cálculos de la concentración del odo para continuar el m3todo analtico para determina la velocidad de racción 5inalmentedespu3s obtenercon la ener6a de activación.
$ablas con los resultados7 de los cálculos reali1ados. para saber como se reali1o estos cálculos consultar la parte #
@na vez obtenido los datos se procede a calcular en nmero de moles del tiosulfato de sodio y del yodo molecular, así mismo también se calcula la concentracion del )A&*
E5emplo%
TITULACIÓN 7
TITULACIÓN ,
21 (4544,;M*(454483L*1 <54, = ,4>6 /0 !$ &)"0:'&
21 (4544,;M*(454473L*1 35<, = ,4>6 /0 !$ &)"0:'&
<54, = ,4>6 /0 !$ &)"0:'& .71 5848 ? ,4> 6 /0 !$ I7
35<, = ,4>6 /0 !$ &)"0:'& .71 ,5<88 ? ,4>6 /0 !$ I7
>
>
>
TITULACIÓN
TITULACIÓN 3
21 (4544,;M*(4544<6L*1 ,5637 = ,4>8 /0 TITULACIÓN ;
21 (4544;8 /0 !$ &)"0:'& ,533 = ,4>8 /0 !$ &)"0:'& .71 65;,8 ? >6 ,4 /0 !$ I78 TITULACIÓN > 21 (4544,;M*(454,4;L*1 ,59,< = ,4>8 /0 !$ &)"0:'&
,59,< = ,4>8 /0 !$ &)"0:'& .71 <54<8 ? ,4>6 /0 !$ I7
>
!$ &)"0:'& 21 >8(4544,;M*(454,36L*1 753,7 = ,4>>8 /0 ,5637 =!$ ,4&)"0:'& /0 TITULACIÓN 6 !$ &)"0:'& .71 95,6 ? ,4 6 /0 !$ I7 21 (4544,;M*(454,78L*1 75,78 = ,4>8 .71 /0 ,5,86 753,7 = ,4>8 /0 !$ &)"0:'& ? > > >8 !$ &)"0:'& ,4 /0 !$ I7 >8 &)"0:'& .71 ,54678 ? 75,78 =,5,86 ,4>8 /0 !$ ? ,4 /0 !$ I7 . 45448 L1 753,7 = ,4 > ,4>8 /03 !$ I7
,54678 ? ,4>8/0 !$ I7 . 45448 L1 75,78 = >3
'alculos con los resultados del primer equipo a 2%&' 9umero de 9um. )e moles =I2> .4;?=I2> moles I2 del I2 num .mole KI MI = n:.#-;< Num. de moles / 0.005 L *< 2
.4;?2=I2> K2S2O8
2
454444,,77/ 0 454444,9;/ 0 45444473<;/ 0 4544443,;
45444486,/0
4544,77M
454399;9M
4543;;86M
454444<38/0
4544,9;M
45439,3M
4543676M
454444,,
454473
4543;643M
45438746M
454444,89/0
45443,;M
4543697,M
4543367M
454444,;9/0
454438;M
454363M
4543796M
454444,<9/0
45443<6M
4543643
454374;9M
4544447,3/0
454476M
45438;33M
45434;87M
A temperatura de ,&' 9umero de 9umero moles de I2 moles de I2 n:.#-;< N um. *< moles /2
de =I2> de
454444,36/ 454444469/ 0 0 454444739/ 454444,, 0 48/0 4544448,8,/ 758;88E>
MI = 2
num .moles
.4;?=I2> KI
.4;?2=I2> K2S2O8
0.005 L
4544,36M
454396M
4543;79M
4544739M
4543;67M
454387M
45443,<6M
4543694M
45433649M
454446M
45438<8M
4543,<49M
4544396M
454386,M
4543,779M
454468;
454337,M 45439
4547697M 4547<6<9M
0
48/0
A temperatura de 42&' 9umero de 9umero de =I2> .4;?=I2> moles de I2 moles de I2 num .mole s KI MI = n:.#-;< Num. de moles 0.005 L *< /2
.4;?2=I2> K2S2O8
2
45444474/ 454444,47/ 0 0 454444373/ 454444,6,8/ 0 0 454444,68/ 754978E> 0 48/0 4544449; 0 48/0 45444487;/ 4544447638/ 0 0 4544446,7/0 454444346/0 454444663/ 45444433,8/ 0 0 $E-@2AECD4%
DE-6EFE- 6'$' >'L>@L'$ L' <
[B ] (¿¿ 0 −2 x ) [A] ( [ A ] −x) [ B] 0
0
kt =
1
[ B ] −2 [ A ] 0
0
0
ln ¿
454474M
4543;<6M
45438<7M
4544373M
45436;;M
454338M
4544,68M
45438938M
4543,6;M
45449;
45438,7,M
44543477M
454487;M
4543;3M
4547<6M
45446,7M
4543399M
4547;;6M
4544663M
454333;M
45476;M
[B ] (¿¿ 0 −2 x ) [A] ( [ A ] −x) [ B] 0
0
kt =
1
[ B ] −2 [ A ] 0
kt =
0
ln ¿
0
1
[ 0.04 M ] −2 [ 0.04 M ] 0
=−25 M
−1
0
[B] (¿¿ 0− 2 x ) [A] ([ A ] −x ) [ B] kt =−25 M − ln ¿ 0
0
0
1
CONCLUSIONES
>on esta práctica, se pudo observar como variaba la velocidad de reacción con la temperatura, además de calcular el orden de reacción !reacción de orden &". La rapidez siempre va a ser proporcional a la temperatura ya que la energía cinética es también proporcional a la temperatura y esto ace que aumente el nmero de coques entre partículas 'demás un aumento en temperatura aumentara la fracción de coques moleculares y sobrepasara el aumento en el nmero total de coques por unidad de tiempo. El nmero de moléculas que tienen capacidad para reaccionar aumenta con un incremento en la temperatura y por lo tanto la rapidez de reacción aumenta.
