FACULTAD DE QUMICA, INGENIERIA QUMICA E INGENIERA AGROINDUSTRIAL

E.A.P QUMICA

LABORATORIO DE FISICOQUMICAA II

PRCTICA DE LABORATORIO N 15

CINTICA QUMICA

Profesora:Qum. Vctor Ral Garca Villegas

Integrantes:Abanto Chani, Luis Gustavo 09070061 Horario: Sbados 8 am 2 pm

Fecha de prctica: 8 11 14

Fecha de entrega: 15 11 14

Ciudad Universitaria, 8 de Noviembre del 2014

RESUMEN

Esta prctica tiene como objetivo la obtencin de datos cinticos para la reaccin cataltica de primer orden y determinacin de la constante de velocidad.Las condiciones de laboratorio fueron las siguientes:

Tabla N 1Condiciones de laboratorioPresin (mmHg)756

Temperatura (C)21

Humedad Relativa (%)96

Con la ayuda de un termostato se llev a cabo la reaccin del acetato de etilo con el agua, usando como catalizador al HCl, se va cogiendo muestras cada cierto intervalo de tiempo, y estas muestras se llevan a valorar para conocer la concentracin del cido actico formado en el tiempo establecido, luego se hace un tratamiento de los datos para luego obtener una grfica de Ln[ ]ESTER NO RX vs t (min.), con esta grfica se halla la constante de velocidad y el tiempo de vida media.

Los resultados obtenidos son:

Tabla N2Porcentajes de error de k (constante de la velocidad de reaccin) y T 1/2 (min.)

TERICOEXPERIMENTAL%Error

K (constante de velocidad de rx.)0.01130.0091119.38 (por defec.)

t 1/2 (tiempo de vida media)61.3476.08624.04 (por exc.)

Se recomienda que luego de tomar la muestra de solucin y se vierta en el agua destilada helada, se valore inmediatamente para evitar la formacin de ms cido adicional fuera del tiempo medido.

INTRODUCCIN

La cintica qumica es el estudio de la velocidad con la que ocurre una reaccin qumica. Las reacciones qumicas ocurren en todo aquello que nos rodea a diario, como al dejar una manzana cortada, en un tiempo estimado puede verse la coloracin parda que toma debido a la oxidacin producida por el oxgeno en el aire, al cocer nuestros alimentos a diario, entre muchos ejemplos ms. Las velocidades de estas reacciones se ven afectadas de acuerdo a las condiciones de temperatura, presin, humedad, etc. A la que se encuentren. Por lo que las mltiples aplicaciones de la cintica qumica abarca desde la industria de los alimentos, cosmtica, farmacutica pasando por la industria textil, metalrgica, etc. La cintica qumica est en todo.

PRINCIPIOS TERICOS

CINETICA QUIMICA

La cintica qumica estudia las velocidades de las reacciones y los mecanismos por medio de las cuales se verifican. Se entiende por mecanismo la descripcin detallada de cada uno de los pasos intermedios de una reaccin. Para comprender el mecanismo de una reaccin se estudia los cambios de velocidad causados por las variaciones en las concentraciones de los reactantes, de los productos, de los catalizadores y de los inhibidores. Resultan asimismo muy tiles los estudios acerca del efecto sobre la velocidad de la reaccin , de los cambios de temperatura , del disolvente, de la concentracin de los electrlitos o de la composicin isotpica, puesto que un mecanismo de reaccin no es ms que una hiptesis para explicar los hechos experimentales , no es necesario que sea el nico posible, aunque justifique todas las observaciones, sin embargo, algunos mecanismos pueden ser desechados definitivamente mediante la evaluacin de la informacin cintica variando las concentraciones y la temperatura, y usando catalizadores especficos adecuados , es posible modificar las cantidades relativas de los distintos productos. Solo pude obtenerse un rendimiento muy alto de un producto, cuando una de las reacciones es mucho ms rpida que las otras.

Concentraciones y Velocidad de Reaccin.-

Las velocidades de reaccin dependen generalmente de las concentraciones de las sustancias reaccionantes. Para la mayora de las Colisiones de las velocidades de reaccin; que establece que sta es proporcional al nmero de choques por unidad de tiempo entre las molculas reaccionantes.

Altas concentraciones significan que un nmero relativamente grande de molculas estn juntas en un volumen dado. Bajo estas condiciones, las colisiones entre molculas reaccionantes que las convierten en molculas de producto, son relativamente frecuentes y por consiguiente, la reaccin es ms rpida.

Para cada reaccin qumica, existe una expresin matemtica, llamada ecuacin de la velocidad o Ley de la Velocidad que relaciona las concentraciones de los reactivos con la velocidad de reaccin.

Por ejemplo, para la reaccin:

2N2O5 (g)4NO2 (g) + O2 (g)

La ecuacin de velocidad es:Velocidad = k [N2O5]

La constante de proporcionalidad k se llama la constante de velocidad. El orden de una reaccin est dado por la suma de los exponentes de los trminos de concentracin en la ecuacin de la velocidad. Los rdenes de reaccin de los componentes individuales son n1, n2, n3, etc.; y el orden de la reaccin en conjunto, n, es:

n = n1q + n2 + n3 +........

La ecuacin de la velocidad de una reaccin y consecuentemente el orden de una reaccin debe determinarse experimentalmente. No se pueden obtener de la ecuacin qumica para la reaccin. El orden de una reaccin no necesita ser un nmero entero. Se conocen ecuaciones de orden fraccionario, como tambin de orden cero.

DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales:

Termostato 6 matraces erlenmeyer de 125 mL 2 matraces de 250mL 1 probeta de 50mL Pipetas de 5mL, 10mL 1 bureta de 50mL Cronmetro.

Reactivos:

Acetato de etilo, biftalato de potasio, solucin de cido clorhdrico, solucin de hidrxido de sodio 0.4N aprox., agua destilada, hielo.

Procedimiento experimental

Primero se prepara la solucin de cido clorhdrico 0.1N aprox. Luego se prende el termostato y se grada la temperatura a 35C, cuando este alcanz la temperatura se introduce un matraz con 100mL de HCl, tambin un matraz con 20mL de acetato de etilo, se deja pasar unos 10 minutos, al cabo de este tiempo se retira 5mL. HCl del matraz y se valora con la solucin de hidrxido de sodio 0.4N aprox. Previamente valorada con el biftalato de sodio, en su lugar se coloca 5mL de acetato y a la mitad de incorporado esta solucin se empieza a tomar el tiempo. Se mezcla adecuadamente la solucin en el matraz. Se deja pasar cinco minutos, y se toman del matraz 5mL de la mezcla, esta se vierte en 70 mL de agua destilada helada y luego se valora con el hidrxido de sodio en un bao frio utilizando fenolftalena. Se apuntan los volmenes gastados que cada vez se hacen mayores.El tiempo final de reaccin de cada muestra tomada se da al verter la primera mitad de la solucin sobre el agua destilada helada.Se toma dos muestras de intervalos de 10 minutos cada una, tres muestras de intervalos de 20 minutos y finalmente dos muestras de intervalos de 30 minutos. Se realiza el mismo procedimiento para cada muestra.

TABULACIN DE DATOS

TABLA N 1, Condiciones del laboratorio

PRESIN (mmHg)TEMPERAURA (C)%HR

7562196

TABLA N 2

Normalidad del NaOH, HCl, HCldilucin ESTANDARIZADOS.

NNaOHNHCl NHCl dilucin

0.712251.025640.97436

TABLA N 3

Volumen gastado de NaOH en cada titulacin del cido producido a un determinado tiempo.

tiempo (min)Volumen (ml)

07.2

4 min 28 seg7.25

15 min 37 seg7.3

25 min 09 seg7.35

35 min 05 seg7.45

45 min7.48

65 min 05 seg7.5

85 min 03 seg7.55

114 min 56 seg7.8

TABLA DE RESULTADOS

TABLA N 4

Concentraciones de las soluciones valoradas

TiempoConcentracin de la ac. Total (mol/L)Concentracin del ster que reacciona (mol/L)Concentracin del ster que no reacciona (mol/L)

01.025640.051280.44923

4 min 28 seg1.032760.058400.44210

15 min 37 seg1.037010.062650.43786

25 min 09 seg1.039890.065530.43498

35 min 05 seg1.047000.072640.42787

45 min1.054130.079770.42074

65 min 05 seg1.068370.094010.40650

85 min 03 seg1.074970.100610.39990

114 min 56 seg1.111110.136750.36376

TABLA N 5

Datos para la grfica de la reaccin de primer orden.

t(min)Ln[ester]no reacciona

0-0.8002

4.46-0.8162

15.61-0.8258

25.15-0.8324

35.08-0.8489

45-0.8657

65.08-0.9002

85.05-0.9165

114.93-1.0113

Tabla N 6Porcentajes de error de k y T 1/2 min.

TERICO(min-1)EXPERIMENTAL (min-1)%Error

K (constante de velocidad de rx.)0.01130.0091119.38 (por defec.)

t 1/2 (tiempo de vida media)61.3476.08624.04 (por exc.)

CLCULOS

g) Grafique el Ln de la concentracin del ster vs el tiempo de reaccin en minutos.

ANLISIS DE RESULTADOS

La constante de velocidad hallada experimentalmente se aleja bastante de la constante de velocidad terica, lo mismo sucede con el tiempo de vida media. Estos errores posiblemente se deben a una mala toma de tiempo, a la valoracin en el bao de frio, o quiz an mal tratamiento de datos. Tambin se puede mencionar por los datos obtenidos de las valoraciones que conforme pasa el tiempo de reaccin la formacin del cido actico va hacindose cada vez ms lenta, y al empezar se produjo de manera ms rpida.

CONCLUSIONES

El mtodo utilizado para esta prctica depende de muchas variables para lograr acercarse a los datos tericos, como son el tiempo, la valoracin de las soluciones obtenidas en los intervalos de tiempo sugeridos, como tambin las valoraciones del HCl, y el NaOH, y el tratamiento de datos. Pese a todos estos factores se obtuvo la constante de velocidad que a grandes rasgos obedece el comportamiento de esta reaccin.

Un factor que afecta la velocidad de reaccin es la concentracin de los reactantes que generalmente cuanto ms concentrado es ms rpido es la reaccin.

La velocidad de reaccin aumenta con el aumento de temperatura.

Se comprueba que la hidrlisis del ster sigue una cintica de orden igual a 1, a pesar que el proceso es bimolecular.

Experimentalmente se comprueba que ha medida se produce la reaccin, la concentracin de ster que reacciona es igual a la concentracin del cido actico producido.

BIBLIOGRAFA

CRC, Handbook of Chemistry and Physics, 84th edition, Ed. CRC Press, 1989, pginas: 3-260.

Pons Muzzo, Gastn, Fisicoqumica, 1era. Edicin, Ed. Universo, 1969, pginas: 515-518.

Maron S,, Land J,, Fundamentos de Fisicoqumica, Ed Limusa, Mxico, 1980, Pg. 521-528.

Gua de Prcticas de Fisicoqumica AII 2014, Facultad de Qumica e Ingeniera Qumica. Ciudad Universitario 2014.

CUESTIONARIO

1.- Cules son algunas tcnicas usadas en el estudio de la cintica de reaccin? Explique por lo menos dos de ellos.

En el curso de la reaccin qumica, las concentraciones de todas las especies presentes varan con el tiempo, cambiando las propiedades del sistema. La velocidad de reaccin se calcula midiendo el valor de cualquier propiedad que se relacione con la composicin del sistema con una funcin del tiempo.

La propiedad escogida debe ser de fcil medicin, debe variar lo suficiente en el curso de la reaccin para que permita una obtencin precisa entre las diversas concentraciones del sistema a medida que transcurre el tiempo. La propiedad elegida depende de cada reaccin. El nmero de mtodos para seguir una reaccin con el tiempo es considerable. Tenemos: variaciones de presin, de pH, del ndice de refraccin, de la densidad ptica o una o varias longitudes de onda, cambios de la conductividad tcnica, del volumen y del Resistencia elctrica. Mtodos fsicos como los enunciados son ms convenientes que los qumicos.

Tcnicas isotpicas, constituye uno de los ms eficientes dispositivos para las investigaciones cinticas. Los istopos pueden utilizarse de diversas manera, la ms directa de los cuales el mtodo de los trazadores, en el cual el istopo se utiliza sencillamente como marca para poner de manifiesto la trayectoria de un tomo o grupo especfico con oxgeno 18 como disolvente en el estudio de la hidrlisis del Acetato de Etilo.

Mtodo de Flujo.El gas que se estudia se hace pasar a una velocidad conocida a una cmara de descomposicin (tubo ancho de volumen conocido a temperatura definida). Se pasa el gas inmediatamente despus de salir de la Cmara, sobre un absorbente el cual puede o bien retener la sustancia reaccionante que no ha cambiado o bien el producto resultante, o ambos, de manera que mediante un procedimiento analtico adecuado se podr determinar la proporcin de la descomposicin. Ejemplo. Descomposicin del pentxido de nitrgeno.

Mtodo de Relajamiento.Desde 1953, Manfred Eigen y sus colegas intentaron y desarrollaron varias tcnicas eficientes para la medicin de la velocidad de reacciones rapidsimas, Rx, que los realizan efectivamente en memos de 10 segundos. Estas tcnicas se denominan adecuadamente de relajamiento. Los mtodos de relajamiento evitan continuamente los problemas de mezclado.

2.- Describa alguno de los factores que afectan la velocidad de reaccin.

Naturaleza de la reaccin: Algunas reacciones son, por su propia naturaleza, ms rpidas que otras. El nmero de especies reaccionantes, su estado fsico las partculas que forman slidos se mueven ms lentamente que las de gases o de las que estn en solucin, la complejidad de la reaccin, y otros factores pueden influir enormemente en la velocidad de una reaccin. Concentracin: La velocidad de reaccin aumenta con la concentracin, como est descrito por la ley de velocidad y explicada por la teora de colisiones. Al incrementarse la concentracin de los reactantes, la frecuencia de colisin tambin se incrementa. Presin: La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con la presin, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentracin del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presin es dbil, y slo se hace importante cuando la presin es muy alta. Orden: El orden de la reaccin controla cmo afecta la concentracin (o presin) a la velocidad de reaccin.

Corrosin de Hierro, una reaccin Qumica con una velocidad de reaccin lenta.

Temperatura: Generalmente, al llevar a cabo una reaccin a una temperatura ms alta provee ms energa al sistema, por lo que se incrementa la velocidad de reaccin al ocasionar que haya ms colisiones entre partculas, como lo explica la teora de colisiones. Sin embargo, la principal razn porque un aumento de temperatura aumenta la velocidad de reaccin es que hay un mayor nmero de partculas en colisin que tienen la energa de activacin necesaria para que suceda la reaccin, resultando en ms colisiones exitosas. La influencia de la temperatura est descrita por la ecuacin de Arrhenius. Como una regla de cajn, las velocidades de reaccin para muchas reacciones se duplican por cada aumento de 10 C en la temperatura, aunque el efecto de la temperatura puede ser mucho mayor o mucho menor que esto. Por ejemplo, el carbn arde en un lugar en presencia de oxgeno, pero no lo hace cuando es almacenado a temperatura ambiente. La reaccin es espontnea a temperaturas altas y bajas, pero a temperatura ambiente la velocidad de reaccin es tan baja que es despreciable. El aumento de temperatura, que puede ser creado por una cerilla, permite que la reaccin inicie y se caliente a s misma, debido a que es exotrmica. Esto es vlido para muchos otros combustibles, como el metano, butano, hidrgeno, etc. Solvente: Muchas reacciones tienen lugar en solucin, y las propiedades del solvente afectan la velocidad de reaccin. La fuerza inica tambin tiene efecto en la velocidad de reaccin. Radiacin electromagntica e intensidad de luz: La radiacin electromagntica es una forma de energa. Como tal, puede aumentar la velocidad o incluso hacer que la reaccin sea espontnea, al proveer de ms energa a las partculas de los reactantes. Esta energa es almacenada, en una forma u otra, en las partculas reactantes (puede romper enlaces, promover molculas a estados excitados electrnicos o vibracionales, etc.), creando especies intermediarias que reaccionan fcilmente. Al aumentar la intensidad de la luz, las partculas absorben ms energa, por lo que la velocidad de reaccin aumenta. Por ejemplo, cuando el metano reacciona con cloro gaseoso en la oscuridad, la velocidad de reaccin es muy lenta. Puede ser acelerada cuando la mezcla es irradiada bajo luz difusa. En luz solar brillante, la reaccin es explosiva. Un catalizador: La presencia de un catalizador incrementa la velocidad de reaccin (tanto de las reacciones directa e inversa) al proveer de una trayectoria alternativa con una menor energa de activacin. Por ejemplo, el platino cataliza la combustin del hidrgeno con el oxgeno a temperatura ambiente. Istopos: El efecto isotpico cintico consiste en una velocidad de reaccin diferente para la misma molcula si tiene istopos diferentes, generalmente istopos de hidrgeno, debido a la diferencia de masa entre el hidrgeno y el deuterio. Superficie de contacto: En reacciones en superficies, que se dan por ejemplo durante catlisis heterognea, la velocidad de reaccin aumenta cuando el rea de la superficie de contacto aumenta. Esto es debido al hecho de que ms partculas del slido estn expuestas y pueden ser alcanzadas por molculas reactantes. Mezclado: El mezclado puede tener un efecto fuerte en la velocidad de reaccin para las reacciones en fase homognea y heterognea.3.- Explique el concepto de energa de activacin en una reaccin qumica.

Es la energa necesaria para inicial una reaccin qumica.

Generalmente, es el pico ms alto de la grfica de "Energa vs Avance de la Reaccin".La energa de activacin (Ea), es la mnima cantidad de energa que se requiere para iniciar una reaccin qumica Cuando las molculas chocan forman un complejo activado, una especie formada temporalmente por las molculas de los reactivos, como resultado de la colisin, antes de formar el producto.Por ejemplo: A + B C + DSi los productos son ms estables que los reactivos, entonces la reaccin ser acompaada por una liberacin de calor, es decir, la reaccin es exotrmica. Por otra parte, si los productos son menos estables que los reactivos, entonces la mezcla de reaccin absorber calor de los alrededores y se tendr una reaccin endotrmica. En los dos casos se hace una grfica de energa de potencial del sistema de los reactivos y el avance de la reaccin.