FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS.
PRACTICA No. 1 “CINETICA DEL SISTEMA PERDISULFATO-YODURO”
PRÁCTICA No. 1 “Cinética del sistema perdisulfato-yoduro”
Objetivo: investigar el efecto que la concentración, temperatura y catalizador tienen sobre la velocidad de una reacción química y determinar el valor de k´, Antecedentes: La reacción que se investiga se realiza entre el ion yoduro y el ion perdisulfato. 2I-
+
Ion ioduro
S2O82ion perdisulfato
2SO42ion sulfato
+
I2
(1)
yodo.
En el experimento la concentración del ion yoduro se mantiene constante reduciendo rápidamente el I2 formado (ecuación (1)) a I- con tiosulfato. I2 Yodo
+
2S2O32ion tiosulfato tiosulfat o
2I- + ion yoduro
S4O62-
(2)
ion tetrationato tetrationat o
Por tanto, la la velocidad de la ecuación (1) está en función de la concentración de perdisulfato. La cantidad de perdisulfato que reacciona reacc iona está controlada por la cantidad de
tiosulfato que se agrega al sistema. Una vez agotado el tiosulfato el I2 remanente se combina con el almidón formando un color azul intenso. En este experimento, se adiciona a cada sistema una cantidad fija conocida de Se determina el tiempo que tarda en aparecer el color azul; éste es inversamente proporcional a la velocidad de reacción (mientras más corto es el tiempo, más rápida es la reacción). La temperatura se mantiene constante. S2O32-.
La velocidad general para la ecuación (1) es: velocidad = d[S2O82-] = - k [I-]a[S2O82-] b dt
(3)
Donde a es el orden de reacción respecto a I- y b es el orden de reacción respecto a S2O82-. Como [I-] se mantiene constante en todo el experimento, se define una constante de pseudovelocidad k ´ = k [I-]a
(4)
y velocidad = d[S2O82-] = k ´[S2O82-] b dt
(5)
log (velocidad) = log k ´+ blog [S2O82-]
(6)
y
Materiales y equipo utilizado. 20 tubos de ensayo 22 x 150. 1 Gradilla. 3 pipetas de 5 ml. 1 pipeta de 10 ml. 1 pipetor de 10 ml. 1 cronómetro. 1 termómetro de -10 a 160°C. 1 vasos de ppt de 600 ml. 2 vasos de ppt de 250 ml. 1 placa de calentamiento. 1 pizeta. 1 Picahielos. 1 espátula 3 Vasos ppt de 100 ml 2 matraz aforado de 1 litro 1 varilla de vidrio 1 gotero.
Reactivos:
Perdisulfato de potasio. K 2S2O8 0.02M. Reactivo de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato. Solución de catalizador de sulfato ferroso-sulfato de cobre. Hielo (agua potable) Sal en grano. Agua destilada.
Preparación de reactivos: 1. Perdisulfato de potasio. K 2S2O8 0.02M. agregar 5.4 g de perdisulfato de potasio a 100 ml de agua destilada y aforar a 1L. PM (K 2S2O8) = 270.3 g/mol 1 mol K 2S2O8 ------------ 270.3 g de K 2S2O8 0.02 mol K 2S2O8 -------- X X = 5.406 g de K 2S2O8 y aforar a 1L. El peso real fue de 5.4176 g de K 2S2O8. 2. Reactivo de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato. Disolver 49.8 g de KI en 50 ml de la solución de almidón y 0.2 g de tiosulfato de sodio en agua destilada y aforar a 1L. Este reactivo es 8X10-4M en S2O32- y 0.3M en KI. Yoduro de potasio. (0.3 M): PM = 166 g/mol 1 mol KI ----------- 166 g KI 0.3 mol KI ---------X X = 49.8 g de KI
(peso real = 49.8176g)
Tiosulfato de sodio: (0.0008 M): PM = 248.18 g/mol 1 mol Na2S2O3 ------------- 248.18 g Na2S2O3 0.0008 mol Na2S2O3 ------X X = .1985 gr Na2S2O3 (peso real = .1998 g) Almidón: al 0.5 % como lo describe el paso 3. 3. Solución de almidón: pesar 5-6 g de almidón y hacer una emulsión con una pequeña cantidad de agua destilada, verter esta emulsión en 1 litro de agua hirviendo, continuar la ebullición durante varios minutos y dejar sedimentar durante la noche. Utilice el líquido transparente sobrenadante. (esta solución es aproximada al 0.5%) Esta solución se utiliza para la elaboración del reactivo de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato, y funciona como indicador. 4. Solución de catalizador de sulfato ferroso-sulfato de cobre. Disolver 1.25 g de FeSO4 * 7H2O y 1.5 g de CuSO4 * 5H2O en 50 ml de agua destilada, transferir esta solución a un matraz aforado de 100 ml y aforar.
Se utiliza para la aceleración de la reacción, no requiere una concentración específica solo que sea posea una cantidad considerables de estos reactivos para que desempeñen la función de catalizadores.
Procedimientos realizados: A: Efecto de la concentración de S2O82- sobre la velocidad de reacción. Nota: para reducir la cantidad de reactivos así como de residuos, se utilizó la mitad. 1. En 10 tubos de ensaye limpios y secos, adicionar 5, 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 1, 0.5 ml respectivamente de la solución de S2O82- , en cada uno de los últimos nueve agregar agua destilada hasta completar los 10 ml. 2. Agregar al primer tubo rápidamente 5 ml de la solución de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato empezando a la vez a cronometrar el tiempo. Mezclar perfectamente las soluciones (inmediatamente después de poner en marcha el cronómetro). 3. Registrar el tiempo de la primera aparición de un color azul oscuro (poner el tubo de ensayo frente a un fondo blanco para poder apreciar fácilmente la aparición del color. 4. Repetir los pasos 2 y 3 con los 9 tubos restantes adicionando cada vez y rápidamente 5 ml de solución de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato y cronometrando los tiempos hasta la primera aparición del color azul.
Material: 10 tubos de ensayo 22 x 150. 3 pipetas de 10 ml Cronómetro y pizeta. Pipetor de 10 ml. 1 gradilla 1 pinza para tubo de ensayo.
B: Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. 1. A un tubo de ensayo limpio y seco adicionar 2 ml de la solución de K 2S2O8 0.02M y 3 ml de agua destilada. 2. En un segundo tubo de ensayo colocar 5 ml de la solución de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato.
3. Colocar ambos tubos en un vaso de ppt con un poco de agua, hielo y sal en grano. Cuando la temperatura de ambos tubos sea constante, verter el contenido del tubo de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato dentro del otro y cronometrar el tiempo. Mezclar el contenido de los tubos agitando. Registrar el tiempo que tarda en aparecer el color azul oscuro en la solución. Registrar la temperatura de las soluciones antes y después de iniciar la reacción. 4. Repetir el procedimiento anterior sumergiendo ambos tubos en agua a una temperatura aproximada a 10°C. (Medir la temperatura exacta). (En una cuba con agua fría). 5. Repetir el procedimiento anterior a temperatura ambiente (alrededor de 25 -30°C (Medir la temperatura exacta). 6. Repetir el procedimiento anterior pero sumergiendo los tubos en un vaso de ppt o un baño de agua que se mantenga a una temperatura aproximada a 40°C. (Medir la temperatura exacta).
Material: 8 tubos de ensayo 22 x 150. 1 pipeta de 5 ml. 2 pipetas de 10 ml. 2 vasos de ppt de 250 ml. 1 vaso de ppt de 600 ml. Pizeta. Termómetro -10 a 160°C. Cronómetro. Placa de calentamiento. Hielo Picahielos. Sal en grano. 1 gradilla 1 cuba para hielo. 1 pinza para tubo de ensayo.
C: Efecto de catalizador sobre la velocidad de reacción. 1. Preparar dos tubos de la misma manera que se señaló anteriormente en la parte B inciso 5 (a temperatura ambiente).
2. Agregar unas cuantas gotas (1 a 2 son suficientes) de disolución de catalizador de sulfato ferroso-sulfato de cobre a la solución de perdisulfato. Mezclar las soluciones. 3. Realizar un duplicado para comparar los resultados.
Materiales: 4 tubos de ensayo 22 x 150. 1 pipeta de 5 ml. 2 pipetas de 10 ml. 1 Gotero. 1 Cronómetro.
Análisis de datos: 1. Calcular la concentración de ion perdisulfato en cada uno de los tubos de la parte A. 2. A partir de la solución de tiosulfato de sodio en la solución de yoduro de potasio/almidón/tiosulfato y de la estequiometria de reacción, calcular la cantidad y la velocidad de consumo (mol/seg) de S2O82- en cada uno de los diez sistemas ¿por qué puede suponerse que d[S2O82-] / dt es constante para cada sistema? 3. Representar gráficamente log (velocidad de reacción) respecto a log (concentración de ion perdisulfato) ¿Cuál es el orden de la reacción respecto a la concentración de ion perdisulfato? (ver ecuación (6)). 4. Calcular las velocidades de reacción para la parte B de la misma manera que la parte A. ¿Cuál es el efecto de la temperatura sobre la velocidad de esta reacción? Trace una gráfica en ln (K´) respecto al recíproco de la temperatura absoluta (1/T). A partir de la pendiente de la curva determine la energía de activación, Ea y de la intersección determine el valor del factor exponencial, A, en la ecuación de Arrhenius. k´ = A exp (-Ea/RT)
5. Describa el efecto del catalizador en la velocidad de esta reacción. ¿Cuál es su efecto en Ea en la ecuación de Arrhenius? 6. Sugiera un método para determinar k y a, el orden de la reacción con respecto a I-1 (ver ecuación 3 y 4).
Bibliografía 1. Snoeyink, V. L., y D Jenkins, Química del Agua, Limusa, 1983 capítulo 2. 2. Moews, P. C., Jr., y R. H. Petrucci, “The Oxidation of Iodide Ion Persulfate Ion,” J. Chem. Ed., 41. 1964, pp. 549-551.
