Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Laboratorio de Equilibrio y Cinética Miércoles 8:00 - 11:00 hrs. Equipo 3 Fosado Esquivel Cyntia Paola Gonzalez Moya Alejandro Jurado Núñez Rafael Rodriguez Rios Enrique Efrain
DETERMINACIÓN DE LA LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ. ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE YODACIÓN DE LA ACETONA OBJETIVO GENERAL Comprender que la composición de un sistema reaccionante cambia con el tiempo. OBJETIVOS PARTICULARES ●
Seleccionar Seleccionar las variables variables que permitan determinar determinar el cambio cambio de de la composi composición ción con con el tiempo. ● Elegir Elegir la técnic técnica a analíti analítica ca adecuada adecuada para deter determina minarr los camb cambios ios en la la composi composició ción n del sistema reaccionante. ● Encon Encontr trar ar un mode modelo lo mate matemá mátic tico o (ley (ley de rapi rapidez dez)) aplic aplican ando do el métod método o inte integr gral. al. Expli Explica carr el funda fundame ment nto o del méto método do de aisl aislam amien iento to de Os Ostw twal ald d y su utili utilida dad d en el diseño de un estudio cinético. PROBLEMA Determinar la ley experimental de rapidez de la reacción de yodación de la acetona.
Algoritmo de cálculo.
1. Describa las ecuaciones para obtener el orden de reacción a partir del método integral. De la ecuación de rapidez : r= K [ I 2] ⋀ m • [CH 3COCH 3] ⋀ n
Acetona
Yodo
HCl
Agua
Total
A
4
4
2
0
10
B
3
4
2
1
10
Concentración de acetona C1 V1 = C2 V2 C2= C1V1 / V2 A B
C2 = (1,33 M) (4 mL) / 10 mL = 0,532 M C2’ = (1,33 M) (3mL) / 10 mL= 0,399 M
A= ε b c
c=
A b
ε
Al graficar c vs t se obtendrá una tendencia lineal de pendiente negativa, donde
la m = -Ko la gráfica que tenga el valor de R más cercano a 1 será la que nos proporcione el grado de n. Se obtuvo n=0 Kps = Ko Por medio de la ecuación de aislamiento de Oswalt K [ Act ] ⋀ m = Kps Ln Kps = Ln K + m Ln [acetona] se grafica Ln Kps Vs Ln [acetona] de donde se obtendrá la ordenada al origen Ln K y pendiente m= orden para la acetona y se sustituyen los valores en r= K [ I 2] ⋀ m • [CH 3COCH 3] ⋀ n
Resultados
Tabla 1. t/(min)
abs
C (mol/L)
Ln C
1/C
0,6
0,386
0,000763
-7,1781
1310,46
1,0
0,378
0,000747
-7,1994
1338,61
1,5
0,367
0,000725
-7,2294
1379,36
2,0
0,354
0,000699
-7,2660
1430,83
2,5
0,341
0,000673
-7,3040
1486,29
3,0
0,329
0,000649
-7,3405
1541,43
3,5
0,31
0,000611
-7,4010
1637,65
4,0
0,307
0,000605
-7,4109
1653,95
4,5
0,296
0,000583
-7,4481
1716,60
5,0
0,284
0,000558
-7,4903
1790,59
5,5
0,271
0,000532
-7,5381
1878,30
6,0
0,257
0,000504
-7,5923
1982,90
6,5
0,247
0,000484
-7,6329
2065,04
7,0
0,236
0,000462
-7,6795
2163,63
7,5
0,225
0,000440
-7,7285
2272,11
8,0
0,214
0,000418
-7,7799
2392,03
8,5
0,202
0,000394
-7,8392
2538,19
9,0
0,191
0,000372
-7,8968
2688,78
9,5
0,18
0,000350
-7,9580
2858,37
10,0
0,169
0,000328
-8,0232
3050,80
10,5
0,159
0,000308
-8,0863
3249,67
11,0
0,148
0,000286
-8,1607
3500,70
11,5
0,137
0,000264
-8,2411
3793,76
12,0
0,127
0,000244
-8,3203
4106,26
12,5
0,117
0,000223
-8,4062
4474,87
13,0
0,106
0,000201
-8,5102
4965,14
13,5
0,096
0,000181
-8,6151
5514,38
14,0
0,076
0,000141
-8,8652
7080,97
14,5
0,066
0,000121
-9,0184
8253,31
15,0
0,058
0,000105
-9,1605
9513,36
15,5
0,049
0,000087
-9,3489
11486,18
16,0
0,041
0,000071
-9,5526
14081,92
16,5
0,034
0,000057
-9,7730
17552,82
17,0
0,029
0,000047
-9,9666
21303,42
17,5
0,023
0,000035
-10,2629
28649,43
Gráfica C vs. t
Grafica ln C vs. t
Gráfica 1/C vs. t
Tabla 2.
t/(min)
abs
C (mol/L)
Ln C
1/C
0,6
0,378
7,470E-04
-7,1994
1338,61
1,0
0,371
7,330E-04
-7,2184
1364,26
1,5
0,362
7,149E-04
-7,2433
1398,71
2,0
0,353
6,969E-04
-7,2689
1434,95
2,5
0,345
6,808E-04
-7,2922
1468,77
3,0
0,337
6,648E-04
-7,3160
1504,22
3,5
0,327
6,447E-04
-7,3467
1551,03
4,0
0,318
6,267E-04
-7,3751
1595,71
4,5
0,312
6,146E-04
-7,3945
1626,96
5,0
0,303
5,966E-04
-7,4243
1676,19
5,5
0,293
5,765E-04
-7,4585
1734,52
6,0
0,286
5,625E-04
-7,4831
1777,82
6,5
0,278
5,464E-04
-7,5121
1830,03
7,0
0,270
5,304E-04
-7,5419
1885,40
7,5
0,260
5,103E-04
-7,5805
1959,51
8,0
0,251
4,923E-04
-7,6165
2031,38
8,5
0,243
4,762E-04
-7,6496
2099,83
9,0
0,235
4,602E-04
-7,6839
2173,06
9,5
0,226
4,421E-04
-7,7239
2261,80
10,0
0,216
4,221E-04
-7,7703
2369,30
10,5
0,208
4,060E-04
-7,8091
2462,94
11,0
0,199
3,880E-04
-7,8546
2577,56
11,5
0,190
3,699E-04
-7,9023
2703,36
12,0
0,181
3,519E-04
-7,9523
2842,08
12,5
0,172
3,338E-04
-8,0050
2995,79
13,0
0,163
3,157E-04
-8,0606
3167,09
13,5
0,155
2,997E-04
-8,1127
3336,68
14,0
0,145
2,796E-04
-8,1820
3576,04
14,5
0,137
2,636E-04
-8,2411
3793,76
15,0
0,128
2,455E-04
-8,3121
4072,71
15,5
0,120
2,295E-04
-8,3797
4357,52
16,0
0,111
2,114E-04
-8,4616
4729,60
16,5
0,103
1,954E-04
-8,5405
5118,07
17,0
0,094
1,773E-04
-8,6375
5639,14
17,5
0,085
1,593E-04
-8,7449
6278,34
18,0
0,078
1,452E-04
-8,8372
6885,36
18,5
0,069
1,272E-04
-8,9699
7862,78
19,0
0,061
1,111E-04
-9,1048
8998,19
19,5
0,053
9,509E-05
-9,2607
10516,88
20,0
0,046
8,104E-05
-9,4205
12339,11
20,5
0,039
6,700E-05
-9,6108
14925,15
21,0
0,032
5,296E-05
-9,8460
18882,58
21,5
0,027
4,293E-05
-10,0560
23294,39
22,0
0,022
3,290E-05
-10,3221
30396,34
22,5 Grafica C vs. t
Grafica ln C vs. t
0,02
2,889E-05
-10,4521
34618,06
Grafica 1/C vs. t
Grafica ln kps vs ln concentración
Ln Kps
Ln Concentración
-10.1266311
-0.63111179
-10.4143132
-0.918793862
Análisis de resultados De manera que se pudiera encontrar la ecuación completa de rapidez de la reacción de yodo con acetona, se fueron encontrando por separado sus distintos componentes. En primer lugar, utilizando las primeras gráficas, se comprobó que el orden de reacción del yodo sería 0. Esto debido a que, al graficar Concentración vs tiempo y comparándola con las otras gráficas realizadas, se encontró que aquella que tenía menor valor R al hacer la regresión lineal fue precisamente esa, con una pendiente muy cercana a cero. Segundo, se procedió a encontrar el valor de K para esta reacción y el orden de reacción con respecto a la acetona. Esto se logró al graficar el ln del Kps vs el ln de la concentración de acetona, y resultó que la K para este experimento fue de 1.83 x 10 -4, y el orden de la acetona, como la pendiente lo muestra es de 2.
Conclusiones ● ● ● ●
El orden de reacción con respecto al yodo para la reacción entre yodo y acetona es 0 El orden de reacción con respecto a acetona para la misma reacción es 2 La K para la ecuación de reacción de la antes mencionada es 1.83 x 10-4. Se comprueba la técnica de espectrofotometría como método para obtener de manera experimental los factores de la cinética de la reacción de yodación de la acetona.
Lo que aprendí En ésta práctica comprendí que conforme transcurre el tiempo, la composición de un sistema en éste caso yodo-acetona cambia con éste, pues como muestran la tendencia las gráficas conforme aumenta el tiempo la concentración de los productos también, en primera instancia observamos la r que se acercaba más al valor de 1, ésto nos arrojó el orden de reacción de yodo. Por medio de la absorbancia medida por espectrofotómetro a una longitud de onda donde el yodo absorbe (460 nm) , aprendí que conforme transcurre el tiempo la composición de la reacción cambia puesto que la cantidad de I2 disminuye lo que hace que la absorbancia disminuye, graficando Ln K vs Ln de la concentración de acetona obtuvimos el orden de reacción de la acetona, gracias a la ecuación de la Ley de rapidez y sustituyendo los valores experimentales pudimos determinar dicho valor Fosado Esquivel Cyntia Paola Lo que aprendí
En esta parte de la práctica utilizando el espectrofotómetro a una longitud de onda de 460 nm previamente calibrado con el blanco, calculamos a diferentes tiempos la concentración, la absorbancia, el logaritmo natural de la concentración y el inverso de la concentración, con estos valores se trazaron las gráficas correspondientes, de esta manera pudimos observar que con una r cercana a uno, esto nos define en qué orden de reacción se encontraba la solución, que en nuestro caso hicimos dos corridas, también se pudo observar como se hacían cambios en el compuesto cuando comenzaba a reaccionar. Gonzalez Moya Alejandro Lo que aprendí En esta práctica con la ayuda de nuevo del espectrofotómetro, y ajustándolo a la lectura de onda registrada en la práctica anterior con la ayuda de la curva patrón y utilizando los valores de A= ε b c que se habían obtenido del igual manera pudimos graficar c vs t, In c vs t y 1/c vs t, la cual a partir de estas pudimos obtener el grado el cual fue 0. La absorbancia cambia debido a que la concentración va disminuyendo debido a que se está llevando a cabo la reacción y la desaparición de yodo. Calculamos el orden tanto de la acetona como la del Yodo, aprendimos a manejar el concepto de rapidez, que es aquella que mide la concentración de uno de los reactivos por unidad de tiempo. A partir de los datos obtenidos con el yodo pudimos calcular ahora el orden de reacción de la acetona, graficando In kps vs In [acetona]. Rodríguez Ríos Enrique Efraín Lo que aprendí Esta práctica, aunque difícil, fue muy ilustrativa para mí. Aprendí el significado de rapidez de una reacción, lo cual es fundamental para el estudio de la química en cualquier especialidad. También, aprendí a calcular los elementos que conforman la ecuación de rapidez de una reacción, en este caso la de yodación de la acetona. Además de lo aprendido, con esta práctica se me queda la inquietud de utilizar otros factores experimentales para modificar la velocidad de una reacción, lo cual considero es primordial incluso en productos que utilizamos en la vida diaria. Rafael Jurado Núñez
