Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Laboratorio de Equilibrio y cinética
Práctica 8. Determinación de la ley experimental de Rapidez. Estudio de la cinética de Yodación de Acetona.
Horario: 8:00 a 11:00 A.M Grupo: 3
Profesora: Ana Elena García Iñárritu
Bonilla Flores Guadalupe Daniela Hernández Zea Nallely Jiménez de Jesús Hugo César Villamares de Jesús José Luis
Introducción:
La cinética química estudia las velocidades de las reacciones químicas y los mecanismos a través de los cuales estas se producen. La velocidad de reacción es la velocidad con la que desciende la concentración de un reactivo o aumenta la de un producto en el curso de una reacción. Del estudio experimental de la cinética de una reacción química, se deduce la ley de la velocidad o rapidez, que es una ecuación que expresa la velocidad en función de las concentraciones de las sustancias que toman parte en la reacción y que normalmente tiene la forma: = ⌊ ⌋∝ El orden de reacción con respecto a un reactivo es el exponente de su término de concentración en la ley de la velocidad. El orden de reacción global es la suma de los exponentes de todos los términos de la concentración. Para el caso de esta práctica experimental se determinó el orden de reacción del estudio de la cinética de la yodación de acetona, es decir se determinó la ley experimental de rapidez o velocidad en la reacción de yodación de acetona.
Propuesta del diseño experimental: 1. ¿Qué queremos hacer?
Observar como la composición de un sistema reaccionante cambia conforme pasa el tiempo. 2. ¿Cómo lo vamos a hacer?
Seleccionando variables que nos permitan determinar el cambio de la composición con el tiempo y también eligiendo la técnica adecuada para este experimento la cual es la espectrofotometría. 3. ¿Para qué lo vamos a hacer?
Para determinar la ley experimental de rapidez de la reacción de yodación de la acetona.
Metodología:
En un vaso de presipitados mezclar: -4 mL de acetona -2 mL de HCl
Agragr al vaso 4 mL de solucion de yodoyodurado
Activar el cronometro
Mezclar y transvasar la solución a la celda
Anotar la absorbancia a 460 nm cada minuto
Clibrar con el blanco despues de cada dato
Datos, Cálculos y Resultados
Tabla 1. Registro de datos de tiempo y absorbancia, así como la concentración de yodo, su logaritmo y su inversa.
Temperatura: 26.18 °C t/min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Presión ambiental: 576.3 mmHg
Abs 0.331 0.293 0.252 0.195 0.143 0.090 0.044 0.012 0.010 0.008 0.007 0.004
C (mol/L) 7.6X10-4 6.71x10-4 5.76x10-4 4.44x10-4 3.24x10-4 2.01x10-4 9.45x10-5 2.04x10-5 1.57x10-5 1.11x10-5 8.86x10-6 1.85x10-6
ƛ = 460 nm
Ln C -7.18 -7.3 -7.46 -7.72 -8.03 -8.51 -9.26 -10.80 -11.05 -11.40 -11.64 -13.2
1/C 1315.78 1490.31 1736.11 2252.25 3086.42 4975.12 10582.01 49019.60 63694.26 90090.09 113558.93 540540.54
Algoritmo de Cálculo 1. Cálculo de la concentración de I2 a diferentes tiempos a partir de las absorbancias (ecuación obtenida a partir de la curva patrón).
Ec. Curva patrón.
A= Ɛb C + b
=
A = 431.5 C + 0.0032
Para el caso de A= 0.331 C=
0.331−0.0032 = 7.6 x10-4 mol/L 431.5
2. Describa las ecuaciones para obtener el orden de reacción a partir del método integral.
El método integral en la ley experimental de rapidez se basa en el hecho de que uno de los reactivos en una reacción química es el reactivo limitante por lo cual la concentración del otro reactivo permanece constante y se puede establecer la siguiente relación. aA t=0 t=t
[ ] [ ]0
+ bB
[] []0
cC 0
[]
+
dD 0
[]
[ ] << []
Por tal
[] = []0 = Cte
r = k [ ]x[ ]y
K obs = K []y considerando que ambos términos son constantes r = K obs [ ]x esta relación se integra considerando distintos ordenes de reacción r = K obs [ ]0 = r = K obs r=-
además considerando que
[] cambio de la concentración a través del tiempo
Al igualar los valores de r se establece una ecuación que se puede integrar para cada orden de reacción. Orden cero de reacción
d[ ] = -K 0bs d[]
[]
∫[]0 [ ] = - K obs∫0 []
[ ] = -K obs t + [ ]0
Orden uno de reacción [ ] = -K obs d [] [ ]
[] [] = -K obs ∫0 [] []
∫[]0
ln [ ] = -K obs t + ln[ ]0
Orden dos de reacción [ ] = -K obs d[] [ ]
[] []
∫[]0 []2 = -K obs∫0 []
1 1 = -K obs t + [] []0
Gráficas.
Concentación (Mol/L) vs tiempo (min) y = -0.0001x + 0.0009 R² = 0.9811
0.001 ) L 0.0008 / l o m 0.0006 ( n ó i 0.0004 c a r t n 0.0002 e c n o 0 C
-0.0002
Series1 Linear (Series1)
0
2
4
6
8
10
Tíiempo (min)
Gráfica 1. Relación de la concentración de yodo en la reacción vs tiempo de reacción en minutos.
Ln( Concentración) vs Tiempo (min) 0 0
2
4
6
-2
8
10
y = -0.5062x - 6.0592 R² = 0.8839
-4 C n L
Series1
-6
Linear (Series1)
-8 -10 -12
Tiempo (min)
Gráfica 2. Relación del logaritmo de yodo en la reacción vs tiempo en la reacción en minutos.
1/C vs Tiempo (min) 70000
y = 6875.3x - 19026 R² = 0.6306
60000 n ó i c a r t n e c n o C / 1
50000 40000 30000
Series1
20000
Linear (Series1)
10000 0 -10000 0
2
-20000
4
6
8
10
Tiempo (min)
Gráfica 3. Relación del inverso de la concentración de yodo vs tiempo de reacción en minutos
Análisis de Resultados.
1. ¿Cuál es el orden de la reacción con respecto al yodo?
Es de orden cero, ya que como vemos, la gráfica 1, Concentración vs Tiempo, es la que tiene un coeficiente de correlación más cercano a 1. 2. ¿Cuál es el valor de kps? Obteniendo una expresión para la ley experimental de rapidez: teniendo r=kps[A] =orden de la reacción = 0, por lo tanto r=kps = 0.0001 mol/litro.min.
Conclusiones:
Con la variación del la concentración en el tiempo, a mayor concentración la reacción se lleva acabo más rápido, ya que cuando la reacción se va efectuando se va perdiendo concentración en los compuestos que la componen y al haber menos de cada uno de los compuestos con la que se efectúa la reacción más tarda en efectuarse la misma. Al ir graficando los datos con diferentes ordenadas y abscisas nos vamos a poder dar cuenta del orden al que pertenece la reacción, para la grafica de orden cero se toma en cuenta la concentración vs el tiempo, para la de primer grado se toma en cuenta el ln de la concentración vs. Tiempo y finalmente para una reacción de segundo grado se toma en cuenta 1/concentración vs. Tiempo, esto en base a las ecuaciones del orden de reacción mediante el método integral. Se grafican las anteriores y para saber a qué orden pertenece la reacción, se escoge aquella gráfica que muestre una mayor linealidad, es decir un coeficiente de r = 1 o el que más de aproxime a uno. Para el caso de esta práctica y en base a los resultados experimentales, el orden de reacción de la yodación de acetona es de cero al tener m = r = kps = 0.0001 mol/litro.min. r = 0.9811 Manejo de residuos
Para el caso de esta actividad experimental se trabajo con sustancias tóxicas como lo son tanto la solución yodo-yodurada y como lo es la acetona por lo cual los residuos generados de utilizar estos compuestos deben ser puestos en un contenedor especial para su posterior tratamiento ya sea para volver a efectuar una reacción en la cual a partir del producto obtenido de la yodación de acetona se pueda volver a obtene r tanto el yodo en solución como la acetona. Ahora bien se debe tener cuidado al tratar estos residuos considerando que uno de los productos resultantes de efectuar la reacción entre el yodo y la acetona catalizada por un ácido es el ácido yodhídrico. Por último se debe mencionar que los productos desecho son bastante corrosivos por la presencia de dos ácidos siendo ( HCl y HI) y no solamente el producto de la yodación de acetona por lo que el tratamiento puede complicarse.
Aplicaciones:
Cinética química y arqueología:
La enantiómero S es la forma que se encuentra comúnmente en los organismos vivos. La relación R:S en los huesos incrementa lentamente con el tiempo. Para el ácido aspártico la inversión de S→ R ocurre en una escala de tiempo de cientos de años, como consecuencia, la medición de la relación R:S provee una conveniente medida de la edad de fósiles humanos y animales.
Cinética química y tecnología (automóviles):
Cuando un vehículo se ve involucrado en un choque, entonces unos sensores detectan la repentina desaceleración y desencadenan un dispositivo eléctrico el cual detona una mezcla conteniendo azida de sodio (NaN3) que libera gas nitrógeno. Esta reacción provoca que la bolsa de aire se infle completamente en 30 milisegundos.
El sodio formado es potencialmente dañino y es convertido por reacción con otros ingredientes en la mezcla en silicatos alcalinos inertes.
Bibliografía
Conceptos de física, Hewitt P. G., Limusa, 1997 Fisicoquímica, Castellan G. W., Addison Wesley Longman, 2ª Edición, 1987. Fisicoquímica, Keith J. Laidler, John H. Meiser, CECSA, 1a. Edición, 1997. Fisicoquímica, Ira N. Levine, Mc Graw Hill, 4ª edición, 1 996
