UNIV UNIVER ERSI SIDA DAD D NACI NACION ONA AL AUT AUT NOMA NOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN IZCALLI CAMPO 1
REPORTE DE LA PRACTICA 6: “YODACIÓN DE ACETONA”
PROFESOR: JUAN JOSE SANCHEZ ROMERO PROFESORA:ALEJANDRA POZOS
EQUIPO No. 2
INTEGRANTES:
Romero Nieto Rubén Mendoza Hernández Kevin Salvador Martínez García Noe Ramírez Barrera Ricardo
CARRERA: QUÍMICA INDUSTRIAL FECHA DE ENTREGA: 29/MARZO/2016
Objetivo. Estudiar la catálisis homogénea ácido-base y poder determinar el grado de avance de reacción por medición espectrofotométrica 84. Conocer cuál es la etapa lenta en el mecanismo de reacción de la yodación de acetona y cómo influye en el orden de reacción de cada uno de los reactantes.
Introducción. En disolución acuosa la reacción de yodación de la acetona (Acet), catalizada por ácido, puede escribirse como: CH3 − CO − CH3 + I2→CH3 − CO − CH2I + HI Esta reacción procede en varios pasos, siendo los dos primeros de ellos el equilibrio ceto-enólico en medio ácido. El siguiente paso consiste en la reacción entre el enol y el yodo. CH3-CO-CH3 + H+↔CH3-COH+-CH3↔CH3-COH=CH2 + H+ CH3-COH=CH2 + I2↔CH3-COCH2I + IH Los pasos 1 y 3 son rápidos mientras que 2 es lento. De modo que la reacción es de orden cero respecto al yodo. La velocidad de la reacción puede expresarse:
En las condiciones de la práctica, la acetona y el ácido están presentes en gran exceso respecto al I2, por lo que se puede considerar que sus concentraciones permanecen constantes a lo largo de la reacción, de forma que se puede seguir la cinética respecto del yodo (reactivo test o indicador). Estamos utilizando el método de aislamiento de Ostwald.
Desarrollo Experimental.
Diagrama de Flujo.
INICIO
Etiquetar 5 matraces y agregar volúmenes de disolución A
Etiquetar 5 vasos de precipitados y agregar volúmenes de disolución B
Agregar sistema B al A y medir absorbancia Medir Temperatura
Neutralizar y almacenar
FIN
Resultados. Tabla 1 Resultados de absorbancia para los sistemas I-V ABSORBANCIA Tiempo (seg)
I
II
III
IV
V
10
0.992
1.04
1.037
0.211
0.536
20
0.612
0.821
0.563
0.197
0.524
30
0.602
0.782
0.551
0.189
0.506
60
0.558
0.399
0.511
0.154
0.456
90
0.517
0.304
0.466
0.118
0.381
120
0.482
0.176
0.420
0.076
0.314
150
0.440
0.062
0.371
0.036
0.245
180
0.383
0.036
0.320
0.0
0.170
210
0.299
0.033
0.268
0.094
240
0.248
0.039
0.215
0.025
270
0.212
0.030
0.157
0.020
300
0.140
0.021
0.100
0.020
Sistema 1 1.2 y = -0.0021x + 0.7493 R² = 0.8388
1 0.8 s b 0.6 A
0.4 0.2 0 0
50
100
150
200
Tiempo
250
300
350
Sistema 2 1.2 1 y = -0.0032x + 0.7563 R² = 0.7552
0.8 0.6 s b A
0.4 0.2 0
-0.2
0
50
100
150
-0.4
200
250
300
350
Tiempo
Sistema 3 1 y = -0.0022x + 0.7184 R² = 0.7756
1 1 s b 1 A
0 0 0 0
50
100
150
200
250
300
350
Tiempo
Sistema 4 0.25 y = -0.0012x + 0.2254 R² = 0.9987
0.2 0.15
s b A
0.1
0.05 0 0
50
100
Tiempo
150
200
Sistema 5 0.6 0.5 y = -0.002x + 0.5571 R² = 0.979
0.4 s b A
0.3 0.2 0.1 0 0
50
100
150
-0.1
200
250
300
350
Tiempo
Ecuación cinética de la reacción de la yodación de cetona:
CH3COCH3 + H+ + I2 → CH3COH2 I + HI =
[ ]
=
[ ]
[ + ]
=
=
[ ]
=
[ ] [ + ] = [ ]
Tabla 2 Concentraciones iniciales Sistema I II III IV
CH3COCH3 0.5 0.5 0.25 0.25
HCl 0.125 0.25 0.25 0.25
NaCl 0.125 0 0.125 0.125
I2 0.005 0.005 0.005 0.0025
Tabla 3 Concentraciones y pH Sistem a I II III IV V
[CH3COCH3]0
[HCl]0
[I2]0
pH
0.5 0.5 0.25 0.25 0.25
0.125 0.25 0.25 0.25 0.375
0.0075 0.0075 0.0075 0.00375 0.0075
0.9030 0.6020 0.6020 0.6020 0.4269
[ ]
Tabla 4 Concentraciones de los sistemas a distintos tiempos CONCENTRACI N DE SISTEMAS Tiempo (seg)
I
II
III
IV
V
0
0.000510
0.000422
0.000588
0.000568
0.000602
30
0.000509
0.000401
0.000564
0.000529
0.000581
60
0.000450
0.000385
0.000503
0.000482
0.000558
90
0.000396
0.000365
0.000482
0.000459
0.000526
120
0.000350
0.000342
0.000436
0.000418
0.000492
150
0.000285
0.000305
0.000408
0.000391
0.000471
180
0.000222
0.000286
0.000384
0.000375
0.000452
210
0.000163
0.000261
0.000351
0.000327
0.000419
240
0.000143
0.000229
0.000327
0.000292
0.000389
270
0.000143
0.000192
0.000279
0.000256
0.000352
300
0.000143
0.000126
0.000214
0.000221
0.000327
G ráfica 1 Concentraciones de los sistemas a distintos tiempos
Tabla 5 Concentraciones de los sistemas y rapidez inicial del sistema Sistema I II III IV V
[CH3COCH3]0 (mol/L) 0.5 0.5 0.25 0.25 0.25
[HCl]0 (mol/L) 0.125 0.25 0.25 0.25 0.373
[I2]0 (mol/L) 0.005 0.005 0.005 0.0025 0.005
r 0 (mol/Ls-1) 1.49710− 1.54420310− 1.57110− 8.094310− 1.6536310−
Tabla de variación de cantidades molares para cada sistema Sistema I CH3COCH3
+
H+
+
I2
(1mL) (2M)
(0.5mL) (1M)
(1mL) (0.02M)
2mmol
0.5mmol
0.02 mmol
2mmol -
0.5mmol -
0.02mmol -
→
CH3COCH2I
+
HI
t0) tt )
Sistema II CH3COCH3
+
H+
+
I2
(1mL) (2M)
(1mL) (1M)
(1mL) (0.02M)
2mmol
1mmol
0.02 mmol
2mmol -
1mmol -
0.02mmol -
→
CH3COCH2I
+
HI
t0) tt )
Sistema III CH3COCH3
+
H+
+
I2
(0.5mL) (2M)
(1mL) (1M)
(1mL) (0.02M)
1mmol
1mmol
0.02 mmol
1mmol -
1mmol -
0.02mmol -
→
CH3COCH2I
+
HI
t0) tt )
Sistema IV CH3COCH3
+
H+
+
I2
(0.5mL) (2M)
(1mL) (1M)
(0.5mL) (0.02M)
1mmol
1mmol
0.01 mmol
1mmol -
1mmol -
0.01mmol -
→
CH3COCH2I
+
HI
t0) tt )
Sistema IV CH3COCH3
+
H+
+
I2
(0.5mL) (2M)
(1.5mL) (1M)
(1mL) (0.02M)
1mmol
1.5mmol
0.02 mmol
1mmol -
1.5mmol -
0.02mmol -
→
CH3COCH2I
+
HI
t0) tt )
Aislamiento de Oswalt: = [] [ ] [+ ]
( ) = = [] n=1 = [] [ ] [+ ] () = = [ ]n=1 = [] [ ] [+ ] ()[ ] = = [+ ] ==2
Para determinar la concentración a tiempo t, a partir de los valores experimentales de absorbancia hacemos uso de la ecuación de Beer-Lambert: = ∴ =
Si sustituimos los valores de ξ =460n m, debido a que es la longitud de onda a la cual se absorbe el yodo, d = 1cm, ya que esta medida es la que generalmente se ocupa y A cambia de acuerdo al tiempo y el sistema que se está manejando obtenemos la tabla 4 y en base a esta el grafico 1. La rapidez inicial se define como la concentración a tiempo t menos la concentración a tiempo cero, esto entre el tiempo transcurrido, para obtener este valor y así usarlo
posteriormente. La concentración a tomar será la del I 2/I- debido a que la concentración de los otros dos reactivos es demasiado grande respecto del yodo se toman como constantes quedando así la expresión: [I2/I-] <<< [H+]; [CH3COCH3] [H+]; [CH3COCH3] = cte =
[] []
=
Sistema I: = Sistema II: Sistema III: Sistema IV: Sistema V:
=
[ / − ] [ / − ]
[0.000509] [0.005]
= 1.49710− / − 30 [0.000367391] [0.005]
30 = 1.54420310− / − [ 0.000287 ] [0.005] = = 1.57110− / − 30 [7.1710− ] [0.0025] = = 8.094310− / − 30 − [3.9110 ] [0.005] = = 1.6536310− / − 30
Una vez que hemos obtenido las velocidades iniciales de los diferentes sistemas así como sus concentraciones podemos aplicar el método de aislamiento de Ostwald debido a que si observamos que al agrupar los sistemas en parejas las concentraciones de algunos de estos reactivos es igual y por lo tanto se consideraría que son constantes, obtenemos entonces la tabla5.
El mecanismo de reacción propuesto sería: A + B + C
R1
A + B
R2
F+C
D F D
Actividades Complementarias. 2. Ejemplifica una reacción catalítica homogénea por medio de sales metálicas CH2 ↔ CH2 + PdCl 2 + H2O → Pd + 2CuCl2 2CuCl + 2HCl + 0.5O 2 CH2 ↔
CH2 +
0.5O 2
CH3CHO
→ → →
PdCl2 + 2CuCl2 +
+ Pd + 2HCl
2CuCl
H2O
CH3 CHO
El proceso Wacker es uno de los métodos más utilizados para la síntesis del acetaldehído a partir de etileno. La reacción global es la oxidación indirecta del etileno con oxígeno del aire y los catalizadores son cloruros de cobre y paladio que actúan en fase homogénea.
3. Ejemplifica una reacción catalítica homogénea por medio de compuestos de coordinación
4. El análisis completo de una reacción catalítica abarca fundamentalmente tres campos: termodinámica, cinética y el mecanismo del proceso catalítico. Elabora un ensayo sobre su utilidad en el estudio de reacciones elementales La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador y las que desactivan la catálisis son denominados inhibidores. Un concepto importante es que el catalizador no se modifica durante la reacción química, lo que lo diferencia de un reactivo. Importancia de la catálisis Se estima que el 90% de todos los productos químicos producidos comercialmente involucran catalizadores en alguna etapa del proceso de su fabricación.11 En 2005, los procesos catalíticos generaron cerca de 900.000 millones de dólares en productos de todo el mundo.12 La catálisis es tan penetrante que las subáreas no son fácilmente clasificables. Algunas áreas de particular concentración se estudian más adelante. Procesamiento de energía El refinado de petróleo hace un uso intensivo de la catálisis para la alquilación, craqueo catalítico (rotura de hidrocarburos de cadena larga en trozos más pequeños), reformado de nafta y el reformado con vapor (conversión de hidrocarburos en gas de síntesis). Incluso el gas de combustión de la quema de combustibles fósiles es tratado a través de la catálisis: convertidores catalíticos, normalmente compuestos de platino y rodio, rompen algunos de los subproductos más nocivos de los gases de escape de los automóviles. 2 CO + 2 NO → 2 CO2 + N2
Con respecto a los combustibles sintéticos, un viejo, pero importante proceso es la síntesis de Fischer-Tropsch de hidrocarburos a partir del gas de síntesis, que a su vez se procesa a través de la reacción de cambio agua-gas, catalizada por el hierro. El Biodiésel y los biocombustibles relacionados requieren un procesamiento tanto a través de los catalizadores inorgánicos como de los biocatalizadores. Las pilas de combustible se basan en catalizadores de las reacciones tanto anódicas como catódicas. Algunos de los productos químicos obtenidos a gran escala se producen a través de la oxidación catalítica, a menudo usando oxígeno. Algunos ejemplos son el ácido nítrico (a partir de amoníaco), el ácido sulfúrico (a partir de dióxido de azufre a trióxido de azufre por el proceso de las cámaras de plomo), el ácido tereftálico a partir de p-xileno, y el acrilonitrilo a partir de propano y amoníaco. Muchos otros productos químicos son generados por reducción a gran escala, a menudo a través de hidrogenación. El ejemplo a mayor escala es el amoníaco, que se prepara a través
del proceso de Haber a partir de nitrógeno. El Metanol es preparado a partir de monóxido de carbono. Los polímeros a granel derivados de etileno y propileno se preparan a menudo a través de la catálisis Ziegler-Natta. Los poliésteres, las poliamidas, y los isocianatos se obtienen a través de la catálisis ácido-base. La mayoría de los procesos de carbonilación requieren catalizadores metálicos, los ejemplos incluyen la síntesis de ácido acético mediante el proceso Monsanto y la hidroformilación.
5. Investiga ejemplos de que catalizadores se emplearían para reacciones de oxidación de hidrocarburos en fase liquida Para oxidar con aire los hidrocarburos alifáticos de bajo peso molecular es más fácil la reacción empleando catalizadores disueltos en un disolvente capaz de disolver también el hidrocarburo. De esta manera se pueden realizar oxidaciones en fase líquida, con lo que se consigue simplificar el problema de tener que mantener una temperatura uniforme y la eliminación del calor de reacción, y se puede regular más fácilmente la oxidación regulando la presión y la velocidad de entrada del aire o el oxígeno. Como catalizadores se suele emplear sales de Ce, Co, Cu, Mn, V, U, Fe, y como activadores sales de Ba, Mg, K; actúan de iniciadores los peróxidos, perácidos, aldehídos, cetonas, olefinas y otras sustancias orgánicas que formen peróxidos. Un ejemplo de estos procesos es la oxidación con aire del isobutano, con catalizador de acetato de cobalto, dietilcetona como iniciador, y ácido acético como disolvente.
Conclusiones. Con la variación de la concentración en el tiempo, a mayor concentración la reacción se lleva a cabo 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 gráfica 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.
Anexos. →
Calculo de pH
El pH de la mezcla está definido por el HCl, debido a que es un ácido fuerte, por lo que expresamos los pH de los sistemas de la siguiente manera: Sistema I
Sistema II, III, IV
Sistema V
[HCl] = 0.125M [H+] = 0.125mol/L pH =-log[H+] pH = -log[0.125mol/L] pH = 0.9030
[HCl] = 0.25M [H+] = 0.25mol/L pH =-log[H+] pH = -log[0.25mol/L] pH = 0.6020
[HCl] = 0.3755M [H+] = 0.375mol/L pH =-log[H+] pH = -log[0.375mol/L] pH = 0.4259
Bibliografía. ● Fisicoquímica, Castellan G. W., Addison Wesley Longman, 2ª Edición, 1987. ● Fisicoquímica, Keith J. Laidler, John H. Meiser, CECSA, 1a. Edición, 1997. ● Fisicoquímica para Farmacia y Biología, Sanz Pedrero P, Masson S.A. España, 1992 ● Fisicoquímica, Ira N. Levine, Mc. Graw Hill, 4ª edición, 1996. Educación Química, Fernando Cortés, Vol. 5, No. 2, Abril 1994, 74-80.
