Escue-a Superior de In&eniera !umica e Industrias Etracti/as Academia de Fisicoqumica.
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL (IPN). Departamento de Fisicoqumica (ESI!IE IPN).
LABORATORIO LABORATORIO DE CINÉTICA Y REACTORES HOMOGÉNEOS. Pr"ctica No# $
Infuencia de la tempeatua !"#e la $el"cidad de eacci%n del a&ua "'i&enada. Alumn"( R")a! Alc*ntaa +"!,. E-uip" N"( /"0e!"( I1I. Al#et" Heladi" Mat2ne3 Ma-ueda. Gup"( 4im4 Fec%a de entre&a# ''Ferero*+',
Obj et i vos. Apl i c are lmé t o domat e mát i c oi nt e g r a lodi f e r e nc i alpar ae lt r at ami e nt ode dat osexperi ment al esenl adet ermi naci óndel aconst ant edevel oci dadyel or dender eacci ón. De t e r mi narl o sv al or e sdel ae ne r g í adeac t i v ac i ónye lf ac t orde f r ecuenci a,apl i candol aecuaci óndeArr heni us.
Fundament osTeóri cos. Ef ect odel atemperat ur asobrel avel oci daddereacci ón( r a) . Lavel oci dadder eacci ónnormal ment esei ncr ement acon l ael evaci óndel a t emper at ur a , par al as r eac ci ones he t er ogé neas ( 2 o más f ase s) l a dependenci adelcoefici ent edeci nét i co( k)ol aconst ant edevel oci dad con l at emper at ur aporr egl agener alesmenorpar al asr eacci oneshomogéneas ( 1f ase) ,yaqueenest eesporl ai nfluenci adeot r osf act ores( Fenómenosde t r ansf er enci aen l ai nt erf ace)yl aet apamásl ent adepr ocesosresul t ano r es ul t a de l ar eacc i ón mi sma sino porot r os proc es os como adsor ci ón, di f usi ón.La dependenci adel ave l oci dad deunar eacc i ón homogéneacon l at emper at ur a,descr i beapr oxi madament econ l ar egl adeVan’ Hoff ycon mayorexact i t udporl aecuaci óndeAr r heni us.
Ecuaci ón deAr r heni us. Ar r he ni ushabl as obr eadepende nci adel at emper at ur acon l acons t ant e deve l oci dadmedi ant eunaf ormaexponenci alsi mpl e:
k = A e
− E RT
Donde: E=Ener gí adeact i vaci ón. A=Fact ordef r ec uenc i a( mi s masuni dadesdek)
T=Temper at ur a R=Const ant edel osgasesi deal es
Ener gí adeacti vaci ón. Par a que exi st e una r eac ci ón quí mi ca es nec es ar i o que l as mol éc ul as choquen ent r esipara,paraquel a col i si ón seaef ect i vaesnecesar i oque l as mol éc ul as c hoquen con l a or i ent aci ón adec uada y con una ener gí a sufici ent e,Unar eacci ón quí mi caesconsec uenci adel ar eor gani z aci ón de l osát omosdel osr eact i vosparadaren l ugarl ospr oduct os.Est epr oceso nosel l evaacabodi r ect ament e,si noat r evesdeunaasoci aci ón t r ansi t ori a del asmol écul asoest adoi nt er medi odenomi nadoCompl ej oact i vado. Fact ordeFr ecuenci a( A) :Esl apr obabi l i dad decol i si ón ef ect i va,sumade l asmol écul as. Parasaberl ai nfluenci adel at emper at ur aenl avel oci daddeunar eacci ón quí mi casesust ut ut el aK del aecuaci óndeAr r heni us. Tenemos. n A=
r A= K C
−
A e
− E RT
n
C A
Haydosmé t odosqueesmét odogr áficoymét odoanal í t i copar acal cul arA yE
Di agramadeener gí apar ar eacci onescon ener gí adeacti vaci ón Reacci ón exot érmi caconener gí adeact i vaci ón:
E <0 Lae ne r g í al i be r a da corr espondeal a di f e r e nc i adee ne r g í a ent r el ospr oduct osy l osr eact ant es.Como l ae ne r g í adel os pr oduct ose sme nor al ae ne r g í adel o s r e ac t ant e s,s el i be r a e ne r g í ae ne lpr o ce s ∆
El mét odo gr áfico: Se t i ene que hacer , se l i neal i z al a ec uaci ón de Ar r he ni us,apl i c ando al gor i t mos ,par a compar ar con l a ecuaci ón de l a r e c t a . k = A e
− E RT
− E
Lnk = L [ nA e
RT
'
]
Conl apr opi edaddel osl ogari t mos ( Ln( AB) =LnA+LnB − E
Lnk = LnA −ln e
RT
E 1 Lnk = LnA − R T
y =b −mx
E 8 T 7 m 5
#5LnA 6 n L 5 Y 958T
Dedondeseef ect ual aregr esi ónl i nealparaobt enerm yb,ysecal cul aE y A. b
E=−mR A = e
Elmét odoanal í t i co. Del aecuaci óndeVan’ tHoff ( Secal cul al avari aci óndeener gí aest ándarde unar eacci ón) dLnKe ∆ H ° = 2 dT R T
∆ H ° = E1− E 2
Ke=
K 1 k 2
Sust i t ui mos dLn
K 1 k 2
dT
=
E1− E 2 2
R T
Apl i candol ogar i t mos ( Ln( A/B) =LnALnB dLnk 1 dT
−
dLnk 2 dT
=
E1 2
R T
−
E2 2
RT
Sacandol asecuaci onesdi r ect aei nver saseobt i eneunaecuaci óngener al , sei nt egranl osl i mi t esdel aecuaci ónyespej andoaE seobt i ene
[
E=
T 1 T 2 T 2−T 1
]
RLn
C nest aexpr esi ónant er i or K o 2
c al c ul arEysus t i t ui re s t e/a-or k 1 en -a ecuaci0n ori&ina- de Arr%enius para despe1ar A
Ef ectodel at emperat ur aen l avel oci dadder eacci ón
Ali ncr eme nt arl at empe r at ur al av el oci dad del ar eacc i ón aument a.Es t e hec ho encuent r a expl i caci ón en l as dos t eor í as r ev i sadas,dado que un aument o de l at emper at ur af avor ec el os choques ef ec t i v os ent r el as mol éc ul as,habi endo,además,másmol éc ul asder eact ant esqueposee nl a ener gí asufici ent eparaf ormarelcompl ej oact i vado.
CALCULOS
Tabl adedat osexper i ment al esmé t odot i t r i mé t r i coat emper at ur aambi ent e Temperatura ambiente
T=19 °C
Tiempo(s)
Volumen de Na2S2O3
C H2O2 =Ca
25
!1
!12
"9
!2
!11
1!21
!3
!1
1!"9
!"
!9
2!2
!5
!#
2!53
!$
!%
3!23
!%
!$
"!2
!#
!5
"!"9
!9
!"
Mét odout i l i zadoparacal cul arelmodel oci nét i comét ododi f er enci al
t
C A =C NaO
∆ C A
dC A
−
dt
X=Ln (∆ C A )
Y=Ln ( −
dC A dt )
25
"9
%2!$ #9!"
132 151!#
193!#
2"1!2
2$$!"
!12
!11
!1
!9
!# !%
!$ !5
!115
"!1$$$$%&1' "
'2!1$2#2
' %!%#322"
=!"%
!15
"!23%2#2&1' "
'2!253%9
' %!%$$"1$
='$!%1
!95
5!9523#1&1' "
'2!353#%
' %!"2$5"9
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2!3"%"5$&1' "
'2!"$51
' #!35%2"
*=!12 9
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'2!592$
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N=!"%
!$5
2!2#3111&1'"
'2!%333$
' #!3#"#"
!55
2!1929#"&1' "
'2!9"2
' #!"25%%
!"5
3!9$##25"&1 '"
'3!119
' %!#321"
+
+
+
+
!"
Model oCi nét i co γA =0.001209∗C a
−
0.47
Cal cul odeEyA lnK =lnA −
()
E 1 ∗ R T
y =b −mx
Porl ot ant oA=e^b E=R* m A=1. 00121 E=8. 314* 0. 47=3. 9075
CUESTI ONARI O.
1. -¿Cuálmét ododecál cul oel egi st eyporqué? Seut i l i zóelmét odoi nt egralgráfico,yaqueesunmét odopr eci so,ymás s e nc i l l opar aut i l i z a re nl ac al c ul ado r aóe nEx c e lyno so pt i mi z aelt i e mpo enl oscál cul os por queseobt i enenl osdat ospormedi odeunar egr esi ón l i nealypor quel osdat osusadosengr aficassepuedenempl earcont odos susdeci mal es,siasisedesea,paraunamayorpr eci si ón. 2. -Enl asgráficasdeconcent r aci óncont r at i empo.¿Aquécr eesquese de banl asdi f e r e nc i as ? Ladi f er enci aest ádadaporl at i empoempl eadaparacadare acci ón,por que e s t ae n pr o po r c i ó ndi r e c t ac onl av e l o ci dadder e ac c i ó n. 3. -¿Aquét emper at ur aexi st i ómayorve l oci dadder eacci ón?Fundament ar l ar e s pue s t a. Enl at emper at ur aambi ent ea27° C,por queelt i empoder eacci ónf ue menorqueenl at emper at ur af r í a,por queexi st enmáscol i si onesent r e mol écul asyaquet i enenener gí aparachocarent r esí . 4. -¿Ti eneval i dezl aecuaci óndeAr r heni us?Fundament arl are spuest a. Sí ,porquemedi ant eest aecuaci ón,sepuedel l egaral adet ermi naci óndel a ener gí adeact i vaci ón,l anecesari aparaquecomi enceunar eacci ón,yel f ac t o rdef r e c ue nc i a,me di ant el ac uals ee xpl i c al ade pe nde nc i adel a t emper at ur aconl aconst ant edevel oci dadkdef ormaexponenci al .
Debi doaquel at emper at ur aaument o,l avel oci dadder eacci ónaument a. 5. -¿Sepudi er aut i l i zaral gúnot r omodel oqueexpl i queelcomport ami ent o del aconst ant edevel oci dadconl at emper at ur a,sino?Fundament arl a r espuest a. Sí ,Conelmodel odeAr r heni usmodi ficadamedi ant el al i ber al i zaci óndel a ecuaci ónapl i candol ogari t mos.
Obser vaci ones. Alhaber ut i l i z ado elt i empo como f ac t or de t e r mi nant e,se pr esent ar on al gunos er r or es ya que elvi r e de t i t ul aci ón se pr ese nt ar ápi dament e, aunquel adi f er enci ason poral gunossegundosparacadaexper i ment o,el t i empol ot omamose nmi nut osc onmi l i se gundosyl ot enemosquepasara segundospar ahomogenei zarparal oscál cul os.
Concl usi ones. Lave l oci dad deunar eacci ón es t áenf unci ón del at emper at ur apor quees empl eada par al l ev ara cabo una r eac ci ón,y t ambi én elt i empo esmuy i mpor t ant e,ya que nues t r a pr act i ca se l l ev a a una agi t aci ón const ant e par aobt e ne re lv i r e ,l ac ons t ant ec i né t i c a( k) ,s ee nc ue nt r ae nf unc i óndel a t emper at ur a,dondesiaument al at emper at ur al a ve l oci dad dere acci ón
aument aysil at emper at ur adi smi nuye,elt i empoesmayor ,porl ot ant ol a t emper at ur aesi nver sament epr opor ci onalalt i empo.
Bi bl i ogr af í a: ht t p: //es. sc r i bd. co m/doc /175502885/Ray mondChangAut hor McGr awHi l l Edi t o r QuBo oko so r g #s c r i bd ht t p: //www. deci enci as. net /si mul aci ones/qui mi ca/r eacci ones/t emp. ht m
