Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
Laboratorio de Equilibrio y Cinética. Práctica No.7
Determinación D eterminación de la ley experimental de rapidez. Estudio de la cinética de yodación de la acetona. “
”
Profesor: José Antonio Arcos Casarrubias.
Equipo: Metaleros I. Objetivo general. Comprender que la composición de un sistema reaccionante cambia con el tiempo al obtener la absorbancia cada minuto de la disolución de ácido clorhídrico, acetona y solución yodurada en el espectrofotómetro de rayos UV visibles. II. Objetivos particulares. a) Seleccionar las variables que permitan determinar el cambio de la composición respecto al tiempo. b) Elegir la técnica analítica adecuada para determinar los cambios en la composición del sistema reaccionante. c) Encontrar un modelo matemático (ley de rapidez) aplicando el método integral. d) Explicar el fundamento del método de aislamiento de Ostwald y su utilidad en el diseño de un estudio cinético. III. Problema. Determinar la ley experimental de rapidez de la reacción de yodación de la acetona. A2. Propuesta del diseño experimental VARIABLES: Concentración Temperatura Absorbancia Longitud de Onda HIPÓTESIS Sabemos que la velocidad de reacción es el cambio en la concentración de un reactivo o de un producto respecto al tiempo. En este caso nos interesará solamente la concentración del reactivo, que es la solución yodurada. Al tratarse de un reactivo, al reaccionar, su concentración disminuirá paulatinamente, esto será comprobado experimentalmente con el espectrofotómetro. PROPUESTA DEL DISEÑO EXPERIMENTAL 1. Se debe de conocer la concentración a la que la disolución yodurada va cambiando con respecto al tiempo, es decir, su velocidad de reacción. Por lo tanto uno de los métodos
analíticos para medir la absorbancia (para posteriormente con este dato obtener la concentración) es con el espectrofotómetro. 2. Se deben de recordar todos los pasos a seguir para la utilización de el instrumento mencionado anteriormente, como la calibración y el encendido previo para un óptimo funcionamiento.
A3. Reactivos y materiales. REACTIVOS I2 – KI (0,002 M – 0,2 M) o Agua destilada Acetona 1,33 M HCl 0,323 M o o o
MATERIALES 1 Espectrofotómetro 2 Celdas espectrofotométricas 4 Vasos de precipitados de 50 ml 1 Cronómetro 1 Termómetro 2 pipetas graduada o o o o o o
A4. Metodología empleada. 1. Encienda el espectrofotómetro. 2. Espere 15 min. 3. Oprima la tecla MODE hasta que la luz roja se encuentre en A (absorbancia). 4. Seleccione la longitud de onda que será de 400 nm girando la perilla. 5. Introduzca la celda con el blanco, agua destilada (con un volumen por arriba de la mitad: nunca llena) en la porta-celda, oprima la tecla A (0 A/100% T) y espere a que se ponga en ceros la absorbancia. 6. Se realizan 5 experimentos utilizando diferentes cantidades de catalizador para una misma concentración de yodo para ver la rapidez de reacción. Acetona (mL) 6 6 6 6 6
HCl ml 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
H2O ml 6 5 4 3 2
0 1 2 3 4
Volumen total ml 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5
A5. Datos, cálculos y resultados. 1. Registrar los datos experimentales de tiempo y absorbancia en la tabla 1. Condiciones de trabajo: Temperatura: Presión ambiental: o λ : o o
22,5 ºC 585 mm Hg Aproximadamente 400 nm
2. Algoritmo de Cálculo i. Calculo de la concentración a diferentes tiempos a partir de las
absorbancias (ecuación obtenida a partir de la curva patrón)
Utilizamos los datos de la pendiente y la ordenada al origen de la ecuación de la curva patrón: Y=3294.6x + 0.0556 m: 3294.6 o o b: 0.0556 A partir de la siguiente fórmula obtenemos la concentración:
[I2](mol/L)
t(s) 25 35 45 60 75 90 105 120 135 150 165
6mL HCl 0.000167 55 0.000154 19 0.000141 75 0.000117 77 9.1969E05 6.8901E05 4.8564E05 2.7317E05 1.7605E05
5mL HCl 0.000140 84 0.000126 27 0.000113 22 9.379E05 8.4988E05 5.251E05 3.5513E05 1.7605E05 2.4282E06
4mL HCl 3mL HCl 2mL HCl 0.000117 0.000163 0.000203 46 3 67 0.000108 0.000154 0.000199 97 19 72 0.000192 9.47E-05 0.000146 44 8.1345E- 0.000134 0.000183 05 46 94 5.9188E- 0.000122 0.000177 05 93 26 3.9459E- 0.000111 0.000167 05 7 85 1.9122E- 0.000101 0.000159 05 38 96 9.2576E- 0.000152 05 37 8.2559E- 0.000143 05 87 6.9204E- 0.000135 05 68 5.2814E- 0.000127 05 48
180 195 210 225 240 255 270 285 300
4.0673E- 0.000118 05 68 3.0353E- 0.000109 05 88 1.8212E- 0.000101 05 38 9.2576E05 8.2559E05 7.4668E05 5.4938E05 3.612E05 1.7605E05
Graficamos [I2] vs Tiempo (s), obtenemos la ecuación de la recta, donde nuestra pendiente es igual a Kpds Graficamos Kpds/CH3COCH3 vs [H3O+], de esta grafica obtenemos la ecuación de la recta, donde la pendiente es igual a KH y la ordenada al origen es igual a Ko. Calculamos la rapidez de reacción con la ecuación:
ii.
Describa las ecuaciones para obtener el orden de reacción a partir del método integral. Primeramente se considera la siguiente reacción: A+BC La expresión de la ley de velocidad de esta reacción es: La determinación del orden de reacción implica la medida de la velocidad de reacción para varios valores de concentraciones, con lo cual se supone que se pueden variar las concentraciones de los reactantes, pero en algunas reacciones esto no es posible. Si asumimos que si se pueden variar las concentraciones entonces solo queda saber cuáles serán utilizadas para determinar la velocidad de la reacción. A partir del método de aislamiento, donde la reacción se lleva a cabo con todas las especies en exceso salvo una de ellas (solución yodurada en este caso), solo la concentración de esta especie variará significativamente durante la reacción. Esto se debe a que la concentración de las especies presentes en exceso será esencialmente constante en el tiempo. Esta independencia del tiempo simplifica la expresión de la velocidad de reacción porque ésta dependerá sólo de la
concentración de las especies que no están en exceso de la siguiente manera: Donde también es Kps conocida como constante de pseudo orden y es el producto de la constante de velocidad original por , ambas independientes del tiempo. A partir de esta ecuación despejamos obteniendo lo siguiente:
A6. Elaboración de gráficos Graficamos la concentración del yodo contra el tiempo para calcular Kpds
m
=Kpds
m
=Kpds
m
=Kpds
m
=Kpds
m
=Kpds
Graficamos Kpds/concentración de acetona contra la concentración de H3O+ para obtener Ko y KH
A7. Análisis de resultados. 1. ¿Cuál es el orden de reacción con respecto al yodo? De acuerdo al comportamiento de las gráficas previamente mostradas, y las ecuaciones de los órdenes de reacción; la primera gráfica (concentración vs tiempo) es la única que presenta una tendencia lineal y cuyo coeficiente de correlación es el más cercano a 1. Es por ello que se determina que el orden de reacción para el yodo es: 0. 2. ¿Cuál es el valor de Kps? De acuerdo a la ecuación obtenida de los datos de la gráfica de concentración vs tiempo: y = -1E-06x + 0.0002
y = -2E-05x + 0.0002 y = -2E-05x + 0.0001 y = -1E-05x + 0.0002 y = -9E-06x + 0.0002 Sabemos que la pendiente es el valor de la constante de orden. Por lo tanto el valor de Kps es de Kps1= -1E-06 Kps2= -2E-05 Kps3= -2E-05 Kps4= -1E-05 Kps5= -9E-06
A8. Conclusiones. Se comprobó que la composición del reactivo observado, el Yoduro de Potasio, fue cambiando con respecto al tiempo, siendo cada vez menor. Esto se hizo con la obtención del valor de absorbancia de la disolución el cual fue cada vez menor. También se pudo observar la coloración de la disolución fue disminuyendo progresivamente y fue al final, cuando se encontraba incolora, cuando el espectrofotómetro comenzó a marcar valores más cercanos a cero. Se tomó la temperatura y la presión (en base a dato teórico de la Ciudad de México) a la cual se encontraba la disolución ya que son dos variables que afectan la composición de la disolución respecto al tiempo, es decir, la velocidad de reacción. La técnica analítica adecuada para obtener la concentración de la solución yodurada con respecto al tiempo fue la del espectrofotómetro ya que con ella pudimos obtener la absorbancia de la disolución para cada tiempo. Con estos datos experimentales y de acuerdo al despeje de la ecuación obtenida de la curva patrón se obtuvo la concentración para cada tiempo de la solución yodurada. En conclusión, pudimos determinar la rapidez de una reaccionen función de la concentración el tiempo de manera experimental. A9. Manejo de Residuos. YODURO DE POTASIO No existen hasta la fecha datos que cataloguen a este compuesto como cancerígeno, o dañino para las especies acuáticas o terrestres. De hecho una solución sobresaturada de este compuesto fue utilizada en Chernóbil como medida profiláctica ante la acumulación de la radioactividad en la tiroides. También es utilizado como suplemento nutricional en comida animal. Se puede tirar a la tarja una vez neutralizado. ACETONA Los desechos siempre deben de mantenerse alejados de fuentes de ignición. Para pequeñas cantidades, puede absorberse con papel y dejarlo evaporar en una campana extractora de gases. No tirar al drenaje, pues pueden alcanzarse niveles explosivos. Para cantidades grandes se puede utilizar arena, cemento en polvo o tierra para absorberla y mantenerla en un área segura antes de incinerarla. ÁCIDO CLORHÍDRICO Diluir con agua cuidadosamente, neutralizar con carbonato de calcio o cal. La disolución resultante puede vertirse al drenaje, con abundante agua. A10. Bibliografía. - Chang, R., Química, 9ª. Edición, McGraw-Hill Interamericana, México, 2007, p.p. 101, 546 – 567.
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Laidler, K. J., Meiser, J. H., Fisicoquímica, Cecsa, México, 1997, p.p. 353 – 361. Manual de Seguridad para los laboratorios de la Facultad de Química, Coordinación de seguridad, prevención de riesgos y Protección Civil Facultad de Química UNAM, p.p. 33, 37. Engel, T., Reid, P., Química Física, Pearson, España, 2006, p.p. 892, 893.
