Práctica No.10 ,,Cinética de las reacciones químicas PDF

Preview

Summary

Instituto Politécnico NacionalEscuela Nacional de Ciencias BiológicasIntegrantes : Perfecto Alvarado Nahum y Tovar Pérez Eduardo de Jesús. Grupo: 3IMProfesor: Enrique SiuFecha de entrega: 14 2021Práctica No. 10, Cinética de las reacciones químicas”Introducción: Cinética química. ¿Has oído hablar de ...

Description

Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional de Ciencias Biológicas

Integrantes: Perfecto Alvarado Nahum y Tovar Pérez Eduardo de Jesús. Grupo: 3IM2 Profesor: Enrique Siu Fecha de entrega: 14.mayo 2021

Práctica No. 10, Cinética de las reacciones químicas”

Introducción: Cinética química. ¿Has oído hablar de ella? Es muy importante que la conozcamos ya que es una parte que estudia la fisicoquímica describiendo la evolución de una reacción a través del tiempo junto con los mecanismos involucrados en la manera en que se lleva a cabo la reacción química. Podremos hacer un énfasis sobre los factores que afectan la velocidad de la reacción ya que es necesario para entender cómo se lleva a cabo este proceso. Naturaleza de los reactivos: Se ha comprobado experimentalmente que las reacciones que se realizan en solución, generalmente son instantáneas por los iones presentes. Observándose que las rupturas de enlace suele ser un poco más lento en relación con la transferencia electrónica; por lo anterior la energía de activación requerida, la formación de iones y la presencia de moléculas neutras son algunas de las características de la naturaleza de los reactivos. Tamaño de las partículas en reacción heterogénea (superficie de contacto): Para las reacciones en más de una fase ocurren en la superficie de contacto entre las fases reaccionantes, por lo que la velocidad en ellas es proporcional a ésta. Concentración: Se ha encontrado experimentalmente que en la mayoría de las reacciones químicas, un aumento en la concentración en alguno de los reactivos aumenta la velocidad de reacción, dado que al aumentar el número de partículas reaccionantes la posibilidad del número de choques entre estas será mayor. Guldberg y Waage quienes encontraron que en reacciones químicas homogéneas a temperatura constante la velocidad de una reacción es proporcional al producto de las concentraciones en moles por litro de los reactivos, elevando cada una a un exponente que corresponde al coeficiente respectivo de la ecuación química balanceada, que comúnmente conocemos como Ley de acción de masas. Efecto de la temperatura: Cuando se aumenta la temperatura de un sistema de reacción, las partículas que integran los reactivos aumentan su energía cinética, lo que conlleva un aumento en la probabilidad de choques, a que un mayor número de partículas tenga la suficiente

energía de activación para moverse con mayor rapidez chocando entre sí con mayor frecuencia en forma violenta y adecuada para producir una reacción química aumentando su velocidad. En términos generales, se ha observado que por cada 10ºC de temperatura la velocidad se duplica. Presencia de Catalizadores: Existen ciertas sustancias que modifican la velocidad de las reacciones químicas y se llaman catalizadores, por lo general la adición de pequeñas cantidades de estas sustancias aumenta la velocidad, acción denominada catálisis; es específico de cada reacción, su empleo a escala industrial permite abatir costos y consumo de energía. Ejemplo la descomposición del peróxido de hidrógeno se puede representar por la siguiente reacción. 𝐻 2𝑂 2 → 𝐻 2𝑂 + 𝑂 2 Su realización se retrasa al envasar esta sustancia en recipientes que la protegen de la luz sin embargo bastará con agregar una pequeña cantidad de 𝑀𝑛𝑂 2 para acelerar considerablemente la descomposición, recuperándose esto íntegramente al finalizar la reacción 𝐻 2 𝑂 2 → 𝐻 2 𝑂 + 𝑂 2 Catalizador: 𝑀𝑛𝑂 2 Marco Teórico: Realizaremos un bosquejo sobre Para llevar a cabo el análisis de la velocidad de reacción en la cinética química partiremos de unos sencillos conceptos para comprenderla mejor: La reacción que se llevará a cabo será del tipo sencilla, se maneja de forma irreversible o unidireccional, donde sabemos que es difícil encontrar reactivos cuando la reacción ha avanzado Para el análisis de la velocidad consideraremos la razón de cambio que hay entre los moles de reactivo que van desapareciendo o los moles de producto que van desapareciendo teniendo así: 𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷 La velocidad de reacción será igual: 1 𝑑[𝐴]

𝑣 = −𝑎 Así: − − − −

𝑑𝑡 𝑑[𝐴] 𝑑𝑡

1 𝑑[𝐵]

=−𝑏

𝑑𝑡

=

1 𝑑[𝐶] 𝑐 𝑑𝑡

=

1 𝑑[𝐷] 𝑑 𝑑𝑡

Velocidad de desaparición de la sustancia A

𝑑[𝐵] 𝑑𝑡 𝑑[𝐶]

Velocidad de desaparición de la sustancia B

Velocidad de desaparición de la sustancia C

𝑑𝑡 𝑑[𝐷] 𝑑𝑡

Velocidad de desaparición de la sustancia D

La velocidad de reacción (para un sistema dado a temperatura constante), será función de la concentración y podremos asumir que tendrá alguna proporcionalidad Consideremos la siguiente reacción que nos dará la velocidad para nuestra reacción de ejemplo: 𝑣 = 𝑘[𝐴] 𝛼 [𝐵] 𝛽 [𝐶] 𝛾 [𝐴] 𝛿 a la que llamaremos Ecuación fundamental de la cinética química o Ley de velocidades

Dónde: α, β, γ, δ los llamaremos órdenes de reacción, así a la reacción de nuestro ejemplo será: De orden de reacción α con respecto a la sustancia A De orden de reacción β con respecto a la sustancia B y así sucesivamente γ y δ con respecto a C y D Es importante considerar el orden de reacción ya que este nos dará la funcionalidad entre la concentración y la velocidad y la única manera de obtenerlo es experimentalmente. Para facilitar nuestro análisis, consideraremos sólo una de las especies químicas asociadas y las demás las dejaremos constantes, así: 𝑣=−

𝑑[𝐴] 𝑑𝑡

= 𝑘′[𝐴]

𝛼

Orden de reacción 1

Por lo que el reactivo va a desaparecer a medida que transcurra el tiempo Después de realizar un análisis dimensional podremos llegar las siguientes ecuaciones: [𝐴] = [𝐴]

0𝑒

tendremos 𝑡

−𝑘𝑡 1/2

=

Y si la cantidad inicial se consume hasta llegar a la mitad 𝑙𝑛2 𝑘

que es lo que consideraremos como tiempo de vida media.

Para α=1 tendremos 𝑋 = 𝑋

0 𝐾𝑡.

Objetivos: Realizar y analizar la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por el ion yoduro comprobando si es de primer orden respecto a su concentración. Comprender algunos factores que intervienen o afectan a la velocidad de reacción. Materiales y Métodos: Materiales

Reactivos

1 equipo de cinética

H2O2 al 5%

1 Vaso de Precipitados de 500ml

KI 0.2 M

1 Termómetro 1 pinza Mohr 1 pipeta volumétrica de 1 ml 1 vaso de precipitados de 50ml 1 vaso de precipitado de 100ml

1 parrilla 1 agitador magnético ,,Mosca” 1 cronómetro Método

RESULTADOS Temperatura Ambiente

T(seg) 0.0 124 183 211 261 269 303 342 379 426 482 541 604 686 720 780 840 900 960 𝑽𝒕

Tiempo 0.0 121 183 211 261 269 303 342 379 426 482 541 604 686 720 780 840 900 960

5.7 7.9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.1 15.4 15.7 16 16.1

Vol.(ml) 53.7 7.9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.1 15.4 15.7 16 16.1 𝑽𝒇 − 𝑽𝟎 𝑽𝒇 − 𝑽𝒕

0 1.268 1.575 1.704 1.8571 2.0392 2.2608 2.5365 2.8888 3.3548 4 4.9523 6.5 9.4545 10.4 14.8571 26 104 0

𝒍𝒏

𝑽𝒇 − 𝑽𝟎 𝑽𝒇 − 𝑽𝒕

1 0.2374 0.4542 0.5329 0.6190 0.7125 0.8157 0.9307 1.0608 1.2103 1.3862 1.5998 1.8718 2.2464 2.3418 2.6984 3.2580 4.6443 1

5 4.5 4 3.5

ln vf-v0/vf-vt

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

200

400

600

800

1000

1200

Tiempo

Concentración

Velocidad inicial

0.1

0.015

0.2

0.035

0.3

0.045

0.4

0.060

0.5

0.100

0.6 0.1

0.5

0.2 0.3

0.4

0.4 0.5

0.3

Lineal (0.1) 0.2

Lineal (0.2) Lineal (0.3)

0.1

Lineal (0.4) Lineal (0.5)

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Discusión de resultados

Con los reportados y obtenidos a lo largo del experimento obtenemos que la concentración está ligada a la velocidad de la reacción por lo que aumentar la concentración llevara a un mayor número de colisiones incrementando la velocidad de reacción. Conclusiones: Durante el desarrollo de esta práctica logramos observar claramente los factores que pueden alterar la velocidad de una reacción, llegando a la conclusión de que a mayor concentración y superficie de contacto, la velocidad de la reacción aumenta. Así mismo concluimos que es de suma importancia para nosotros como futuros ingenieros conocer los factores afectan la velocidad de una reacción ya que al conocerlos, podremos aprovechar más eficientemente algunas reacciones que se dan en la industria y por ende reducir el coste energético en la producción, al igual que podremos determinar o mejor aún lograr el tiempo necesario o requerido para que un proceso se lleve a cabo en la industria. Bibliografía ●Gracía, M. [JULIO CESAR GARCIA MARTINEZ].(2020, abril, 21) Cinética química a [Archivo de video] Disponible en: https://www.youtube.com/watch? v=zQH3Y0qpErQ ●Castellan, G.W., (1987) Fisicoquímica. Segunda Edición. Maryland. Editorial Pearson Education. ● Brown, T.L, Le May Jr, H.E, Bursten, B.E, Burdge, J.R. 12a edición, Química la Ciencia Central, Pearson Educación, México, 2014 ● Chang, R. (2008) Fisicoquímica para las ciencias quimicas y biológicas. Tercera edición. Massachusetts, Estados Unidos. Editorial Mc Graw Hill...