Reporte de Cinetica 2.1.1

Instituto Tecnológico Tecnológi co de Morelia

Departamento de Ingeniería en Materiales Material es

INST IN STIT ITUT UTO O TECN TECNOL OL GI GICO CO DE DE MORE MORELI LIA A DEPARTAMENTO DE METAL MECÁNICA ACADEMIA DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN MATERIALES MATERIALES ASIGNATURA: ASIGNATURA: CINÉTICA (LABORATORIO)

TÍTULO DE LA PRÁCTICA “DETERMINACIÓN

DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD Y ORDEN DE UNA REACCION QUÍMICA”

NÚMERO DE PRÁCTICA: 2-B ESTUDIANTES: LUIS ENRIQUE ALEJO CRISOSTOMO GUSTAVO BEJAR SAUCEDO ISRAEL MOLINA VELAZQUEZ ERIK AUGUSTO VIVEROS VILLAGOMEZ GRUPO: A

SEMESTRE: 6

FECHA DE ENTREGA: 21 DE NOVIEMBRE DE 2016

Asignatura: Laboratorio de cinética

Instituto Tecnológico Tecnológi co de Morelia

Departamento de Ingeniería en Materiales Material es

INDICE 1. INTRODUCCION ............................................... ........................................................................ ................................................... .......................... 3 2. OBJETIVOS.................................................. ............................................................................ .................................................... .............................. .... 4 3. MARCO TEORICO ................................................ ......................................................................... ............................................... ...................... 5 4. EQUIPO Y MATERIAL MATERIAL................................................ ......................................................................... .......................................... ................. 6 5. REACTIVOS ................................................. ........................................................................... .................................................... .............................. .... 6 6. DESARROLLO EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL............................................... ......................................................................... .......................... 7 7. RESULTADOS Y DISCUSIONES .................................................. ...................................................................... .................... 14 8. CONCLUSIONES .................................................. ........................................................................... ............................................. .................... 20 9. REFERENCIAS ................................................. .......................................................................... ................................................. ........................ 21


Instituto Tecnológico de Morelia

Departamento de Ingeniería en Materiales

1. INTRODUCCION El área de la química que estudia la velocidad o rapidez con la que ocurre una reacción se denomina cinética química. La importancia de la cinética química abarca dos aspectos:

1.- Predecir la velocidad que tendrá una reacción en unas condiciones determinadas de presión, temperatura, concentración, catalizador.

2.- Determinar y comprender el mecanismo por el que tiene lugar una reacción.

La velocidad de una reacción química está afectada por varios factores, de los cuales los más sobresalientes son:

Concentración de los reactivos Temperatura Catalizador Estado físico de los reactivos

   




2. OBJETIVOS 1.- Comprender la influencia de la concentración en la velocidad de una reacción química.

2.- Determinar el valor experimental de la constante de velocidad de una reacción química.

3.- Determinar el valor experimental del orden de la reacción química con respecto a cada reactivo.

4.- Determinar el valor experimental del orden total de una reacción química.




3. MARCO TEORICO La cinética química es el área de la química que estudia la velocidad de las reacciones y de los mecanismos por los cuales ocurren. La velocidad de reacción se determina midiendo el valor de cualquier propiedad adecuada que pueda relacionarse con la composición del sistema como una función del tiempo. La velocidad de reacción depende de factores como la concentración de las especies químicas, la temperatura, la presión, y de la presencia de un catalizador o inhibidor. Con las mediciones del cambio de concentración de reactivos o de productos en función del tiempo se puede obtener una expresión matemática que relaciona la velocidad de una reacción y la concentración de los reactivos. Por ejemplo, para la reacción general siguiente:

aA + bB → cC + dD

(1)

Su ecuación de velocidad se representa:

 = [  ] [  ] 

(2)

En la ecuación (2), k es una constante de proporcionalidad que indica que la velocidad es directamente proporcional a las concentraciones de reactivos, elevadas a los exponentes x y y. A k se le denomina la constante de velocidad de reacción y es distinta para cada reacción química. Los exponentes x y y indican la relación entre la velocidad de la reacción y la concentración de los reactivos A y B. El valor de estos exponentes se determina experimentalmente ya que no son necesariamente los coeficientes estequiométricos de la ecuación química balanceada. Al sumar ambos exponentes tenemos el orden total de reacción. Ejemplos de reacciones que dependen del tiempo son: la transferencia de masa de un gas en agua, la disolución del oxígeno del aire en lagos y corrientes hasta el arrastre del dióxido de carbono de agua subterránea tratada por métodos químicos.




4. EQUIPO Y MATERIAL        

2 pipetas volumétricas de 10 ml. 1 parrilla de agitación 1 agitador magnético 3 pipetas volumétricas de 5 [ml] 1 propipeta 2 vasos de precipitados de 50 [ml] 2 vasos de precipitados de 100 [ml] 1 cronómetro.

5. REACTIVOS   

Disoluciones de ácido clorhídrico, HCl, 3 [M] y 0,3 [M] Disoluciones de tiosulfato de sodio, Na2S2O3 , 0,15 [M] y 1,5 [M] Agua destilada.




6. DESARROLLO EXPERIMENTAL

El profesor verificará que los alumnos posean los conocimientos teóricos necesarios para la realización de la práctica y explicará los cuidados que deben tenerse en el manejo de las sustancias químicas que se emplearán.

Actividad 1. La reacción que se realizará es la descomposición del tiosulfato de sodio en medio ácido:

Na S O ₂

₂

₃

+ 2HCl → 2NaCl + SO ₂ +

S+H O ₂

Se seguirá el avance de esta reacción mediante la turbidez generada en el vaso de precipitados por la aparición del azufre elemental, como un sólido blanco amarillento que forma una suspensión con el agua.

a) Coloque sobre la parrilla del agitador un papel blanco marcado en su centro con una cruz trazada con bolígrafo. Y sobre el papel blanco, coloque el vaso de precipitados con el agitador magnético dentro. b) Para el ensayo 1, agregue la disolución de tiosulfato de sodio en el vaso de precipitados según la tabla 1. Compruebe que la marca (cruz) sea visible en forma clara mirando desde arriba. c) Adicione la cantidad de agua indicada en el ensayo 1 y ponga en agitación el contenido del vaso de precipitados. d) Agregue 5 [ml] de la disolución de ácido clorhídrico, que es el reactivo que se encuentra en exceso. Continúe con la agitación en el vaso de precipitados. Tome el tiempo desde el momento en que hace la adición del ácido clorhídrico hasta que la marca (cruz) deje de verse por completo. Registre el tiempo transcurrido.

e) Repita los pasos del a) al e), para cada uno de los ensayos indicados en la tabla 1.




Tabla 1. Variaciones en la concentración de tiosulfato de sodio. Ensayo

HCI, 3M [ml]

Na2S2O3 0.15M [ml]

Agua [ml]

Tiempo (s)

1 2 3 4 5

5 5 5 5 5

25 20 15 10 5

0 5 10 15 20

15 20 27 43 100

Actividad 2. a) Repita el procedimiento del experimento de la actividad 1, pero ahora mantenimiento constante la concentración de tiosulfato de sodio y variando la concentración del ácido clorhídrico, según se indica en la tabla 2. Tabla 2. Variaciones en la concentración del ácido clorhídrico. Ensayo

Na2S2O3 0.15M [ml]

HCI, 3M [ml]

Agua [ml]

Tiempo (s)

1 2 3 4 5

5 5 5 5 5

25 20 15 10 5

0 5 10 15 20

11 15 14 13 16

Actividad 3. a) Realice los cálculos necesarios para determinar la concentración de HCl y tiosulfato de sodio que se utilizaron en el experimento 1 para llenar la segunda columna de la tabla 3. b) Con base en los datos anotados en la última columna de la tabla 1 estime la velocidad como la inversa del tiempo (v = 1/tiempo) para cada concentración de tiosulfato de sodio y anótelos en la tercera columna de la tabla 3. Haga los cálculos necesarios para completar la cuarta y quinta columnas de la tabla 3.




-Para el cálculo de la concentración de Na S 0 se utilizará la ecuación: ₂

₂

₃

C1V1=C2V2 y por lo tanto C1=C2V2/V1

Ejemplo: [C1]= [(0.15mol/lit)(25mol/lit*min)/30mol/lit*min]= 0.125mol/lit

Tabla 3. Datos del experimento 1. Ensayo

Concentración Velocidad, v 1/(s) de Na S O en la mezcla (mol/lit) 0.125 0.066 0.1 0.050 0.075 0.037 0.05 0.023 0.025 0.020 ₂

1 2 3 4 5

₂

log [Na S O ]

log v

-2.0794 -2.3025 -2.5902 -2.9957 -3.6888

-2.7090 -2.9957 -3.2968 -3.7636 -4.6051

₂

₂

₃

₃

d) Represente en una gráfica, usando las escalas apropiadas, el logaritmo decimal de la velocidad en función del logaritmo decimal de la concentración de tiosulfato de sodio.




Actividad 4. Repita todos los pasos de la actividad 3, pero ahora tome los datos que se registraron en la actividad 2 y complete la tabla 4.

-Para el cálculo de la concentración de HCI se utilizará la ecuación: C1V1=C2V2 y por lo tanto C2=C1V1/V2

Ejemplo: [C2]= [(0.3mol/lit)(25mol/lit*min)/30mol/lit*min]= 0.25mol/lit

Tabla 4. Datos del experimento 2. Ensayo

1 2 3 4 5

Concentración Velocidad, v de HCI en la 1/(s) mezcla (mol/lit) 0.25 0.0909 0.20 0.0666 0.15 0.0714 0.10 0.0769 0.05 0.0625

log [HCI]

log v

-1.3862 -1.6094 -1.8971 -2.3025 -2.9957

-2.3979 -2.7090 -2.6391 -2.5652 -2.7725




Como se puede observar la grafica no es recta debido a errores que se llevaron a cabo cuando se realizo el experimento, por lo cual, los datos que se obtuvieron realizando el experimento 2 no son confiables para realizar los posteriores cálculos por lo cual no se tomaran en cuenta.

Actividad 5. Basándose en los datos obtenidos, deduzca el valor de la constante de velocidad, el orden parcial de cada reactivo y el orden global de la reacción.

-PARA EL CÁLCULO DE N TOMAREMOS EN CUENTA LA SIGUIENTE FORMULA: ln(-dCA/dt) = lnK + nln[A] tomando esta ecuación como la ecuación de una recta tenemos que; Ecuación de una recta: y =b + mx Entonces; y=ln(-dCA/dt) , b=lnK, x=ln[A], m=n Por lo tanto: n= pendiente=(Y - Y )/(X - X ) ₂

₁

₂

₁

Para el experimento 1 tenemos que n = [-4.605-(-2.7090)]/[-3.6888-(-2.0794)] = 1.1781 n = 1 orden parcial del reactivo Na S 0 ₂

₂

₃




Para el experimento 2 tenemos que

Debido a errores que se llevaron a cabo cuando se realizó el experimento 2, los datos que tenemos del experimento 2 no son confiables para realizar este cálculo, por lo cual no es posible realizar este cálculo.

Para el orden global de la reacción tenemos que Necesitamos conocer el orden parcial de los dos reactivos para el cálculo y al solo conocer uno de ellos no nos es posible calcular el orden global de la reacción.

-PARA EL CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD K TENEMOS QUE: En la grafica de log[concentración] vs log[v], el intercepto será igual al lnK, por lo que tenemos que: intercepto= lnK e^(intercepto) = e^(lnK) por lo tanto: K = e^(intercepto) Para las unidades K=(-dCA/dt)/([A]; entonces K=[mol/(lit)(s)]/[mol/lit]; K= s^-1




Para el experimento 1 tenemos que

Por lo cual K=e^(-0.25)

K=0.7788 s^-1 Para el experimento 2 tenemos que

Debido a errores que se llevaron a cabo cuando se realizó el experimento 2, los datos que tenemos del experimento 2 no son confiables para realizar este cálculo, por lo cual no es posible realizar este cálculo.




7. RESULTADOS Y DISCUSIONES 1.- Al hacer reaccionar los reactivos 5ml de HCl mas 25ml de Na S O con ayuda de un agitador magnético, con un cronómetro registramos el tiempo en que tardan en reaccionar las sustancias y cambian de color transparente a blanco. ₂

Figura 1. Se muestra la manera en que se virtieron los dos reactivos en un vaso con un agitador.

₂

₃

Figura 2. Se muestra las sustancias cuando cambiaron de color a blanco, esto nos indicó que había una reacción.

Resultado: Se obtuvo que los reactivos mezclados bajo estas condiciones, tardo un tiempo de 15 segundos en cambiar de color transparente a blanco.




2.- Al hacer reaccionar los reactivos 5ml de HCl mas 20ml de Na S O mas 5ml de agua, se midió el tiempo con la ayuda de un cronómetro para saber cuánto tiempo tardan en reaccionar los reactivos participantes en el experimento, y saber el tiempo que tardan en cambiar de color. ₂

Figura 3. Se muestra la manera en que se virtieron los dos reactivos y el agua en un vaso de precipitados con un agitador.

₂

₃

Figura 4. Se muestra la manera en que se mezclaron lo reactivos, se aprecia en el seno del liquido un vórtice formado.

Resultado: El tiempo que te tardaron los reactivos en reaccionar, es decir en cambiar de color transparente a blanco fue de 20 segundos.




3.- En este experimento se hizo reaccionar 5ml de HCl mas 15ml de Na S O mas 10ml de agua, se mezclaron los reactivos utilizados con la ayuda de un agitador magnético, y con un cronómetro se tomo la medida del tiempo que tardaron en cambiar de color como se muestran en las siguientes figuras. ₂

Figura 5. Se muestra la manera en que se mezclaron lo reactivos, se aprecia en el seno del líquido un vórtice.

₂

₃

Figura 6. Se muestra cuando los reactivos reaccionaron a ser mezclados, cambiaron a color blanco.

Resultado: Se obtuvo un tiempo de 27 segundos para estas cantidades de reactivos.




4.- Al hacer reaccionar los reactivos 5ml de HCl mas 10ml de Na S O mas 15ml de agua, se midió el tiempo con la ayuda de un cronómetro. ₂

Figura 6. Se muestra cuando los reactivos y el agua se colocaron dentro del vaso con agitador

₂

₃

Figura 7. Se muestra un vórtice formado dentro del vaso, se alcanza a apreciar cuando comenzó la reacción.

Resultado: Para estas concentraciones de sustancias, el cronómetro registró un tiempo de 43 segundos.




5.- Al hacer reaccionar los reactivos 5ml de HCl mas 5ml de Na S O mas 20ml de agua con ayuda de un agitador magnético, con un cronómetro registramos el tiempo en que tardan en reaccionar las sustancias y cambian de color transparente a blanco. ₂

Figura 8. Se muestran los reactivos en reacción mezclados en un color blanco.

₂

₃

Figura 9. Se muestran el momento en que se empezó a llevar a cabo la reacción.

Resultado: Se obtuvo que los reactivos mezclados bajo estas condiciones, tardó un tiempo de 100 segundos en cambiar de color transparente a blanco. En la siguiente tabla se muestra un resumen de los datos del tiempo obtenido con las diferentes concentraciones de los reactivos utilizados

Ensayo

HCI, 3M [ml]

1 2 3 4 5

5 5 5 5 5

Na S O 0.15M [ml] 25 20 15 10 5 ₂

₂

₃

Agua [ml]

Tiempo (s)

0 5 10 15 20

15 20 27 43 100




Se realizó el experimento de una manera similar pero ahora se mantuvo constante la el volumen de Na S O y hubo variaciones en la concentración del ácido clorhídrico obteniéndose los siguientes resultados:

Ensayo 1 2 3 4 5

Na2S2O3 0.15M [ml] 5 5 5 5 5

HCI, 3M [ml]

Agua [ml]

Tiempo (s)

25 20 15 10 5

0 5 10 15 20

11 15 14 13 16

DISCUSIONES 

Se puede apreciar en los resultados experimentales obtenidos que la variación de las cantidades de los reactivos tiene mucha influencia en el tiempo que tarda en llevarse a cabo la reacción como en el primer experimento se observó que cuando mayor era la cantidad de Na S O mas rápido reaccionaban, la concentración del agua también tuvo mucha influencia al llevarse a cabo el fenómeno. En el segundo experimento, donde se fue variando la cantidad de HCl, no se observó que el tiempo fuera aumentando de una manera constante como fue en el primer ejercicio. En los dos ejercicios realizados, la temperatura se mantuvo constante, los experimentos fueron realizados a una temperatura ambiente. ₂






₂

₃



8. CONCLUSIONES



Como se puede observar en los resultados, al disminuir la cantidad de reactivo Na S O el tiempo en que tarda en llevarse a cabo la reacción aumenta, por lo tanto disminuye la velocidad de esta, la temperatura se mantuvo constante a temperatura ambiente, se puede observar en el primer experimento el ensayo 1 comparado con el ensayo 5 hubo una gran diferencia en el tiempo aproximadamente del 75%, la velocidad de la reacción cambio de una manera muy notoria. ₂





₂

₃

Se observó una manera muy diferente en que se llevan a cabo las reacciones como fue el caso del segundo experimento donde el tiempo no se mantuvo constante, esto nos da a entender que cada sustancia tiende a reaccionar de una manera diferente. Tomando esto en cuenta, el reto del ingeniero es que mediante el método experimental se puede determinar la temperatura exacta a la cual la velocidad de la reacción es la deseada y ya sabiendo esta temperatura exacta solo se gastara la energía necesaria para llegar a esta temperatura, lo cual hace el proceso más eficiente y más rentable ya que solo se gastaría la energía necesaria para el proceso.




9. REFERENCIAS













Atkins, P. W., de Paula, J. Química Física, 8ª edición, Ed. Médica Panamericana, Madrid, 2008. Levine, I. N. Fisicoquímica, 5ª edición, vol. 2, McGraw Hill, Madrid, 2004.

Laidler, K. J. Chemical Kinetics, 3rd edition, Harper & Row, Publishers, New York,1987. Bertrán-Rusca, J.; Núñez-Delgado, J. Química Física, vol. 2, Ed. Ariel, Barcelona, 2002.

Díaz-Peña, M.; Roig-Muntaner, A. Química Física, vol. 2, Ed. Alhambra, Madrid, 1988. González-Ureña, A. Cinética Química, Ed. Síntesis, Madrid, 2001.


Reporte de Cinetica 2.1.1

Recommend Documents