INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ

Ing. Bioquímica

Materia: Cinética Química y Biológica

Catedrático (a): Lucia María Cristina Ventura Canseco

Fecha de realización: 15 de febrero de 2013

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas a 15 de marzo de 2013

Clímaco Cal y Mayor Francisco

Brindis Vidal Harvey AntonniReyes Ramos Norma OliviaRivera Moreno Elvis AlejandraRuiz Nanga Martin de Jesús

INTRODUCCION

La cinética es la rama de la fisicoquímica que estudia la velocidad con que ocurren las reacciones. Los resultados experimentales de la dependencia de la velocidad de reacción con las concentraciones de los componentes del sistema reaccionante, se resumen en la ecuación cinética. Para determinar la velocidad de una reacción es necesario saber cómo varía la concentración de uno de los reactivos con respecto al tiempo. La reacción a estudiar se puede representar mediante la siguiente ecuación química:

2KI + K2S2O8 I2 + 2K2SO4

El avance de la reacción se sigue por un método discontinuo; es decir, una vez mezclados los reactivos en las condiciones deseadas (concentración, temperatura...) se toman muestras cada cierto tiempo y se valora el yodo formado con tiosulfato sódico.

El Yodo que aparece como producto de la reacción principal, se consume junto al Tiosulfato en la muy rápida reacción de oxidación del ion tetrationato.

I2(ac) + 2S2O32-

(ac) → 2I-(ac) + S4O6

2-(ac)

En esta práctica se utiliza el sulfato ferroso (FeSO4)   como catalizador, se hacen   varias corridas experimentales, con diferentes concentraciones de sulfato ferroso, donde se sigue el estudio de la reacción por un método discontinuo, en donde, se toman muestras cada cierto tiempo y se valora el yodo formado en la reacción con tiosulfato sódico. A partir de este estudio se determina la constante cinética K´ y por consiguiente, el orden de reacción de ese catalizador en la reacción.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar los efectos que causan la variación de concentración de los reactivos sobre la constante, velocidad y orden de reacción, con o sin la presencia de un catalizador.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar la ecuación de velocidad de la reacción de oxidación de yoduro (I-) por persulfato (S2O8

=). Determinar el orden de la reacción y calcular la constante de velocidad.

Determinar el efecto del catalizador FeSO4 en la constante, velocidad y orden de reacción en la oxidación de yoduro (I-) por persulfato (S2O8

=)

MARCO TEORICO

VELOCIDAD DE REACCION

La velocidad de reacción es la variación que experimenta la concentración de uno de los reactivos o de los productos de la reacción en la unidad de tiempo. La forma habitual de expresar la concentración es la molaridad.

La velocidad de reacción se expresa siempre con referencia a una de las sustancias que intervienen en la reacción. Consideremos una reacción general del tipo

Aa+ Bb= Cc + DdLa velocidad con respecto a A es:

VA=- d [A ]dt

Y respecto a B es:

VB= - d [B]dt

El signo menos se pone para obtener velocidades positivas pues las concentraciones de A y de B disminuyen con el tiempo. Los corchetes indican concentraciones molares. Tomando como referencia uno de los productos de la reacción no se pone el signo menos pues la concentraciones de C y D van aumentando con el tiempo

VC=d [C ]dt

; VD= d [D ]dt

Si los coeficientes de reacción no son iguales tampoco las respectivas velocidades (J.A. García Pérez; Química teoría y problemas; pág. 108).

ORDEN DE REACCION

El orden de reacción respecto a un reactivo, es el exponente que afecta a su concentración en la ecuación de velocidad. El orden de reacción global es la suma de los exponentes de las concentraciones de los reactivos (Química teoría y problemas, J.A. García Pérez; pág. 112)

Ordenes de reacción pueden ser determinados solamente por experimentos. Su conocimiento conduce a conclusiones sobre el mecanismo de reacción. El orden de reacción no está necesariamente relacionado a la estequiometria de la reacción. Ecuaciones para orden 0, 1 y 2:

Orden 0

Orden 1

Orden 2

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/orden-de-reaccion

CATALIZADORESUn catalizador es una sustancia que afecta la velocidad de reacción, pero sale del proceso sin sufrir cambios. Un catalizador por regular altera la velocidad de una reacción promoviendo un diferente camino molecular (“mecanismo”) para la reacción. (H. Scott Fogler, Elementos de Ingeniería De las Reacciones Químicas, pág. 582).

TITULACIONEn las reacciones redox se transfieren electrones. Del mismo modo en que un acido se puede titular con una base, un agente oxidante se puede titular con un agente reductor, utilizando un procedimiento semejante. Así, por ejemplo, se puede añadir con cuidado una disolución que contenga un agente oxidante a una disolución que contenga un agente reductor. El punto de equivalencia se alcanza cuando el agente reductor es completamente oxidado por el oxidante.Un ejemplo de una titulación redox es el tratamiento de una solución de yodo con un agente reductor y el uso de almidón como indicador. El yodo constituye un azul intenso complejo con el almidón. Yodo (I 2) se puede reducir a yoduro (I -) por ejemplo con tiosulfato (Na2 S2O3) y cuando todo el yodo se gasta desaparece el color azul. Esto se llama una iodométrico titulación, el punto de equivalencia es donde el azul se vuelve incoloro. (Raymond Chang, Química, Mc Graw Hill, 6a Edición, México, 1999, pp. 140, 539 y 543.)

COMPUESTOSYoduro de potasio

Es una sal cristalina de fórmula KI, usada en fotografía y tratamiento por radiación. Al ser menos higroscópica que el yoduro de sodio, es más utilizada como fuente de ion yoduro.

Persulfato de potasioEs un oxidante fuerte, reacciona con bases y combustibles, reacciona violentamente con metales y con cloratos y percloratos en presencia de agua.

Tiosulfato de sodioLos tiosulfatos son las sales del hipotético ácido tiosulfúrico H2S2O3. La fórmula química del anión tiosulfato es S2O32-.  Los tiosulfatos son fácilmente oxidables.

Pueden formarse con oxidantes suaves como el yodo elemental tetrationatos (O3S-S-S-SO32-). El tiosulfato de sodio se obtiene calentando a reflujo una disolución de sulfito de sodio (Na2SO3) con azufre elemental.

Sulfato FerrosoEstas sales se agregan en cantidades catalíticas algo bajas a fin de aumentar el grado de descomposición del sistema Redox. Debido a que el ion de hierro (II) primero se oxida y luego en una segunda etapa se reduce nuevamente, su actividad se regenerará a través de la reacción y en consecuencia no se agotará.

AlmidónEs un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido por amilosa y amilopectina.

METODOLOGIA

1. Prepare las siguientes soluciones:a) Yoduro de potasio 0.2 Mb) Persulfato de potasio 0.1 Mc) Tiosulfato de sodio 0.01 M d) Almidón al 1% (ver observaciones)

2. Mida con una pipeta volumétrica 50 ml de yoduro de potasio 0.2 M y coloque la muestra en un Erlenmeyer de 125 ml.

3. Se pone el mismo volumen de persulfato de potasio 0.1 M en otro matraz Erlenmeyer de 125 ml.

4. Agregue el yoduro en el persulfato y mezcle muy bien el sistema formado, empiece a medir tiempo.(para el estudio de la accion del catalizador feso4

agregar en este matraz 2 ml antes de mezclar el yoduro con el persulfato)5. Se toma una muestra de 10 ml y se vierte a un Erlenmeyer.6. Adicione al Erlenmeyer aproximadamente 1 ml de almidón.7. Se titula rápidamente el yodo liberado con tiosulfato 0.01 M8. Tome otras cinco muestras más, a intervalos de 5 min. cada una.9. Mida la temperatura de reacción y anote su valor.10.Complete la siguiente tabla:

Tiempo Volumen gastado

[ I2 ] [nI2] [nk2S2O8] [K2S2O8] 1/[K2S2O8]

11. Haga uso de los datos generados, determine el orden de reacción y el valor de la constante de velocidad.

OBSERVACIONES:

1. Para preparar una solución de almidón al 1% se pesa 1 g de almidón soluble y se agrega 100 ml de agua caliente y se continúa agitando hasta que la solución sea clara, se deja enfriar a la temperatura ambiente.

2. Colocar un papel blanco abajo del matraz que contiene la mezcla reaccionante que se está titulando, para facilitar la observación del cambio de color de azul oscuro a incoloro.

DIAGRAMA DE FLUJO

RESULTADOS Y DISCUSIONES

TABLA 1. DETERMINACION DE LAS CONCENTRACIONES Y VELOCIDAD DE REACCION, TITULADO CON TIOSULFATO DE SODIO AL .01M

TIEMPO (minutos)

VOLUMEN PROMEDIO

GRUPAL GASTADO EN TITULACION

[KI] mol/L (residual)

[K2S2O8] mol/L

(residual)

[I2] mol/L (producto)

VELOCIDAD INICIAL CON

RESPECTO A LA [KI] RESIDUAL

FORMULAS

0 0 0,2000 0,0100 0

,01 mol/L*min

Vi=−d [KI ]dt

M= nL

n= gPM

5 36,84 0,1631 0,0816 0,018410 55,62 0,1436 0,0718 0,028115 72,9 0,1271 0,0635 0,0364

20 79,07 0,1200 0,0600 0,0398

TABLA 2. SEGUNDA PRACTICA PARA DETERMINACION DE ORDEN DE REACCION Y CONSTANTE DE VELOCIDAD

Nº DE EXPERIMENTO

[KI] mol/

L

[K2S2O8] mol/L

TEMPERATURA ºC

VELOCIDAD INICIAL

Mol/L*Min

ORDEN GLOBAL DE REACCION

CONSTANTE DE

VELOCIDAD (K)

FORMULAS

1 0,20 0,05 26 0,006

β= 1α= 1

ORDEN GLOBAL= 2

.75 L/mol*min

Vi=−d [KI ]dt

V=K [KI ]∝ [K 2S 2O 8]β

2 0,20 0,10 26 0,0153 0,20 0,20 26 0,0304 0,05 0,10 26 0,0035 0,10 0,10 26 0,006

6 0,20 0,10 26 0,010

TABLA 3. TERCERA PRACTICA VELOCIDAD DE REACCION CON Y SIN CATALIZADOR FESO4 EN CONDICIONES [KI]=.2 M Y [K2S2O8]=.1M

CON CATALIZADOR FeSO4 2mL al .005 M SIN CATALIZADOR

TIEMPO (minutos)

VOLUMEN GASTADO

EN TITULACION

[KI] mol/L (residual)

VELOCIDAD INICIAL

(mol/L*min)

TIEMPO (minutos)

VOLUMEN GASTADO

EN TITULACION

[KI] mol/L (residual)

VELOCIDAD INICIAL

(mol/L*min)

0 0 0,2

0,03

0 0 0,2

0,01

3 6,16 0,138 5 5,24 0,1476 7,30 0,127 10 8,10 0,1199 8,66 0,113 15 9,92 0,100

12 9,62 0,103 20 10,74 0,09215 10,87 0,0914

Una vez obtenido los datos experimentales, al ser comparadas con los datos de las referencias bibliográficas (H.E. Avery, Editorial REVERTE; Martin S. Silberberg, Quimica General, MacGraw Hill), se comprueba que el experimento se comportó de la manera deseada, es decir se determinó que la cantidad de reactantes influye en la velocidad de consumo de estas, sin embargo al variar las concentraciones de los reactivos individualmente se observó que el comportamiento de éstas siempre fue de primer orden. Aunque para determinar ésta y el orden global se realizó un tratamiento de regresión lineal para los

diversos órdenes de reacción, de tal forma que el tratamiento que tenga mayor aproximación a 1 en el factor de correlación es el orden de reacción

correspondiente. De acuerdo a los datos obtenidos experimentalmente el comportamiento de la reacción al adicionar el catalizador FESO4 tendió a consumir más rápidamente los reactantes.

Al analizar los resultados del experimento se observa que tienen un grado de error mínimo en la elaboración de cada curva de velocidad comparado con los datos teóricos de las referencias bibliográficas, estos errores son ocasionados en el desarrollo de la práctica debido a la variación en el registro de datos obtenidos por el equipo.

CONCLUSIONES

Se lograron cumplir los objetivos planteados en estas prácticas realizadas de Cinética Química y Biológica.

La velocidad de reacción varia en relación a la cantidad de reactantes suministrados.

La reacción de yoduro de potasio con persulfato es interpretada por un orden de reacción global igual a 2 y cada reactivo se comporta de primer orden con respecto a velocidad.

La presencia del catalizador FESO4 no modifica el orden de reacción, sin embargo aumenta la velocidad de reacción modificando la constante de velocidad.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué tipo de función se obtiene cuando se hace la gráfica del inverso de la concentración de persulfato de potasio contra tiempo de reacción?

La forma que adquiere la gráfica es de una función racional es decir es una hipérbola f(x)= k/ x; dentro de este tipo están las funciones de proporcionalidad inversa de ecuación.

2. ¿Qué indica la ordenada al origen de la gráfica?

Es el punto de corte con el eje de ordenadas indicando la pendiente lo que significa la velocidad de reacción.

3. ¿Defina con sus propias palabras velocidad y mecanismo de reacción?

Se entiende por velocidad la variación de la concentración de reactivos y/o productos con relación al tiempo en un sistema controlado, cabe destacar que la velocidad inicial es mayor que al término de esta.

El mecanismo de reacción es una serie de pasos que explica a detalle cómo se desarrolla la reacción, es decir la formación de productos intermediarios, ruptura de enlaces, etc. Indica que especies están interaccionando entre sí para la formación de un último componente.

4. ¿Explica en que consiste la ley de acción de masa?

La velocidad de una reacción química es proporcional es producto de las concentraciones molares de las sustancias reaccionantes, cada una elevada a una potencia igual al número de moléculas que aparecen en la ecuación equilibrada.

5. ¿Cuál es la importancia de la cinética química en el análisis de un sistema de reaccionante y la aplicación en la ingeniería química?

Es importante en un sistema de reaccionante porque participa en el control de procesos lo cual permite acelerar reacciones útiles o retardar reacciones peligrosas o indeseables así también predice la velocidad que tendrá una reacción en condiciones de determinadas

Una de las principales aplicación de cinética en la ingeniería química es el diseño de reactores para la producción de sustancias químicas industriales como también en el diseño de procesos

6. ¿Coma se comprueba que la reacción es de segundo orden y que significa esto?

Se puede comprobar por el método grafico en el que se hace un reordenamiento de datos experimentales, en donde la concentración de [A] se le aplica los siguientes tratamientos: para orden 0: [A]; para 1er orden, ln[A];para 2º orden,1/[A]; posteriormente se grafica la concentración vs tiempo para cada orden de reacción. Subsiguientemente se realiza un regresión lineal, esta es basada en las leyes de una línea recta cuando se grafica contra el tiempo viendo que quien tenga la R2 más aproximado a 1sera el orden de reacción a la que pertenece la reacción.

El segundo orden de reacción significa que la concentración varía elevado al cuadrado. Y la variación de la concentración con respecto al tiempo es inversamente proporcional, dicho de otra manera, el inverso de la concentración de uno de los reactivos o productos es directamente proporcional al tiempo de reacción.

BIBLIOGRAFIA

Castellan W. Castellan.Fisicoquimica, 2ª Edición, Mexico 1998, pp. 855

Clyde M. Fisicoquímica. 2ª Edición, Editorial Mc Graw Hill, México, 1984, pp. 198-205.

H.E. Avery. Cinettica Quimica Basica y Mecanismos de reaccion, Editorial Reverte, España 1982, pp.13

H. Scott Fogler, Elementos de Ingeniería De las Reacciones Químicas, pág. 582

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/orden-de-reaccion

J.A. García Pérez; Química teoría y problemas; pág. 108

Raymond Chang, Química, Mc Graw Hill, 6a Edición, México, 1999, pp. 140, 539 y 543.

ANEXOS

Se prepara almidón al 1%

Matraces con 1 ml de almidón

Reacción de I2 con Na2SO3