Previo 8-Ley experimental de rapidez PDF

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DETERMINACIÓN DE LA LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ.ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE YODACIÓN DE LA ACETONA.Cuestionario previo 8. ¿Qué es un reactivo limitante? En una reacción química, el reactivo limitante es aquella especie química que determinacuanto producto se podrá formar en total, normalmente nos refe...

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DETERMINACIÓN DE LA LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ. ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE YODACIÓN DE LA ACETONA. Cuestionario previo 8. 1. ¿Qué es un reactivo limitante? En una reacción química, el reactivo limitante es aquella especie química que determina cuanto producto se podrá formar en total, normalmente nos referimos a reactivo limitante como aquel reactivo que se consumirá completamente y los otros reactivos decimos que están en exceso, ya que sobrará una cantidad de estos cuando se termine el reactivo limitante, como se muestra en la siguiente imagen que hace alusión al concepto del reactivo limitante.

2. Definir ecuación de rapidez La velocidad de una reacción es la velocidad con la que disminuye la concentración de un reactivo o con la velocidad a la que aumenta la concentración de un producto durante el tiempo en el que transcurre la reacción. También se puede definir como el número de moles por unidad de volumen de una sustancia que reacciona en una unidad de tiempo. 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 → 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠

𝑣=−

𝑑[𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠] 𝑑[𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠] =+ 𝑑𝑡 𝑑𝑡

La fórmula general para representar la velocidad o rapidez de una reacción es: 𝑣 = 𝑘[𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠]𝑥 Pero para una reacción general tenemos dos velocidades que se representan a continuación, tomando como ejemplo la reacción: 𝑣1 ⇆ 5𝐴(𝑔) + 3𝐵(𝑔) 𝐶(𝑔) + 3𝐷(𝑔) 𝑣2 Donde las velocidades son: 𝑣1 = 𝐾1 [𝐴]5 [𝐵]3 𝑣2 = 𝐾2 [𝐶 ][𝐷]3

3. Definir orden de reacción

El orden de una reacción con respecto a un reactivo es el exponente de su término de la concentración en la ley velocidad. El orden de reacción global es la suma de los exponentes de todos los términos de la ecuación química. Ejemplo: 5𝐴(𝑔) + 3𝐵(𝑔) ⇄ 𝐶(𝑔) + 3𝐷(𝑔) Ordenes de la reacción 𝐴=5

𝐵=3 𝑂𝑟𝑑𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙: 5 + 3 = 8 4. Definir constante de rapidez La constante de velocidad (K) es una constante de proporcionalidad la cual aparece en la ecuación de la Ley de la velocidad, si despejamos K de esa ecuación la constante está definida como la velocidad de reacción entre la concentración. Cabe recalcar que esta es independiente de la masa de la concentración, pero si es susceptible a los cambios de presión y temperatura. La ecuación queda de la siguiente manera: 𝑣 = 𝑘[𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠]𝑥 𝑘=

𝑣𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 [𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠]𝑥

5. Escribir las ecuaciones cinéticas para los órdenes 0, 1º y 2º para una reacción de tipo A→B Grado de ecuación 0° 1°

Ley de velocidad 𝐾[𝐴]0 = 𝐾 𝐾[𝐴]

2°

𝐾[𝐴]2

Forma integrada [𝐴] = [𝐴]0 − 𝑘𝑡 [𝐴] 𝐼𝑛 = −𝑘𝑡 [𝐴]0 1 1 + 𝑘𝑡 = [𝐴] [𝐴] 0

FI diferente 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 [𝐴] = [𝐴]0 𝑒 −𝑘𝑡 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙

6. ¿Qué proporcionalidad guarda la rapidez y la concentración en una reacción de 0, 1º y 2º orden? Segundo orden: La velocidad de la reacción tienen una dependencia cuadrática respecto a la concentración Primer orden: La velocidad tiene una relación lineal respecto a la concentración Orden cero: No posee ninguna dependencia la velocidad con respecto a la concentración

7. Explicar el fundamento del método de aislamiento de Ostwald y su utilidad en el diseño de un estudio cinético. Cuando tenemos una reacción de tipo:

𝐴 + 𝐵 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠

Podemos decir que la velocidad depende de la concentración de más de un reactivo: 𝑣 = [𝐴]𝑎 [𝐵]𝑏 ¿Para qué sirve? El método de aislamiento Ostwald nos es útil para determinar la velocidad de la reacción. Fundamentos: Este método consiste en planificar de tal manera que las concentraciones de un reactivo se mantengan constante mientras que la del otro reactivo de va cambiando. Normalmente esto se logra haciendo que las concentraciones del reactivo que se quiere mantener constante este en grandes cantidades (exceso) de tal forma que no varíe al transcurrir el tiempo. Tomando la siguiente ecuación como ejemplo: 𝐴 + 𝐵 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 𝑣 = 𝐾(𝐶∝𝐴 𝐶𝐵𝛽 ) Donde: 𝐶𝐴 ≫ 𝐶𝐵

(𝐶𝐴 )0 ≈ 𝑐𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝐶∝𝐴 ≈ 𝑐𝑡𝑒 𝐾 , = 𝐾𝐶𝐵𝛽 Donde k’ se denomina constante aparentemente es la velocidad esto hace que la ecuación se simplifique causando que ésta dependa sólo de la concentración de un reactivo. 𝛽

𝑣 = 𝐾 , 𝐶𝐵

8. ¿Cómo se expresan las ecuaciones integradas de rapidez de los diferentes órdenes, en función de absorbancias en lugar de concentraciones y cómo justificarías esta sustitución? Para poder cambiar la concentración por la absorbancia en una reacción 𝐴 → 𝐵 donde estas poseen una propiedad que podemos medir y es proporcional a la concentración de las especies químicas, y esta como vimos en la practica 7 es por la absorbancia, entonces encontramos esta ecuación que indica proporcionalidad: 𝜆𝑥 = 𝜉𝑥 [𝑥 ]

Pero para que esto sea así es necesario debemos considerar que 𝜀𝐴 ≠ 𝜀𝐵 , en otras palabras, que las proporcionalidades de la propiedad deben ser diferente para cada especie, así que si tomamos las siguientes condiciones iniciales 𝑡 = 0, 𝐶𝐴 = 𝐶𝐴0 𝑦 𝑞𝑢𝑒 𝐶𝐵 = 0. Al considerar que el tiempo tiende al infinito podemos decir que: 𝐶𝐴0 = 𝐶𝐴 + 𝐶𝐵 = 𝐶𝐵∞ Tenemos entonces las siguientes ecuaciones de proporcionalidad para cada reactivo: 𝜆0 = 𝜀𝐴 𝐶𝐴0

𝜆∞ = 𝜀𝐵 𝐶𝐵∞

Y juntando las ecuaciones para tener la absorbancia para cada t obtenemos: 𝜆𝑡 = 𝜀𝐴 𝐶𝐴0 + 𝜀𝐵 𝐶𝐵∞ Finalmente, si realizamos todos los pasos algebraicos entre estas expresiones obtendríamos: 𝐶𝐴 𝜆𝑡 − 𝜆∞ 𝜆∞ − 𝜆𝑡 = = 𝐶𝐴0 𝜆0 − 𝜆∞ 𝜆∞ − 𝜆0 Con esta igualdad podemos cambiar la concentración por valores de la absorbancia, así que recordamos las ecuaciones integradas de la velocidad de la reacción: Forma integrada [𝐴] = [𝐴]0 − 𝑘𝑡

Forma I. absorbancia 𝜆 𝑡 − 𝜆∞ 𝑘𝑡 =1− [𝐴0 ] 𝜆 0 − 𝜆∞ 𝜆 𝑡 − 𝜆∞ = −𝑘𝑡 𝐼𝑛 𝜆 0 − 𝜆∞ 𝜆𝑡 = 𝜆0 − 𝑘[𝐴0 ]𝑡(𝜆𝑡 − 𝜆∞ )

[𝐴] = −𝑘𝑡 [𝐴]0 1 1 + 𝑘𝑡 = [𝐴] [𝐴] 0 𝐼𝑛

Calculo: Orden 0:

[𝐴] = [𝐴]0 − 𝑘𝑡

[𝐴] [𝐴]0 𝑘𝑡 = − [𝐴]0 [𝐴]0 [𝐴]0

𝑘𝑡 𝜆 ∞ − 𝜆𝑡 =1− [𝐴]0 𝜆 ∞ − 𝜆0 Primer orden: 𝐼𝑛

[𝐴] = −𝑘𝑡 [𝐴]0 𝐼𝑛

[𝐴] 𝜆𝑡 − 𝜆∞ = [𝐴]0 𝜆0 − 𝜆∞

𝜆 𝑡 − 𝜆∞ = −𝑘𝑡 𝜆 0 − 𝜆∞

Segundo orden: 1

[𝐴]

=

1 + 𝑘𝑡 [𝐴]0

1 1 − 𝑘𝑡 = [𝐴] [𝐴]0

[𝐴]0 [𝐴]0 − 𝑘𝑡[𝐴]0 = [𝐴]0 [𝐴]

𝜆 0 − 𝜆∞ 𝜆 𝑡 − 𝜆∞

− 𝑘𝑡[𝐴]0 = 1

𝜆 0 − 𝜆∞ − 𝑘𝑡[𝐴]0 = 1) (𝜆𝑡 − 𝜆∞ ) ( 𝜆 𝑡 − 𝜆∞

𝜆𝑡 − 𝜆∞ = 𝜆0 − 𝜆∞ − 𝑘𝑡(𝜆𝑡 − 𝜆∞ )[𝐴]0 𝜆𝑡 = 𝜆0 − 𝑘𝑡(𝜆𝑡 − 𝜆∞ )[𝐴]0

9. ¿Cuál es la estructura química de la acetona?

10. ¿Qué es una constante de pseudo-orden kps? Si en una reacción contienen un exceso de uno de los reactivos, de manera que su concentración no cambia apreciablemente a media que transcurre el tiempo, la investigación cinética no demostrara dependencia alguna en la rapidez respecto a la concentración de esa sustancia. Este resultado es un orden diferente al real que llamamos pseudo orden.

Ley experimental de la rapidez

Curva patrón Prepara disoluciones de yodo-acetona de concentraciones distintas

Prende el espectrofotómetro y espera 15 minutos

Selecciona la longitud de onda adecuada

En una celda coloca el blanco (agua destilada) y colócala en el espectrofotómetro

Oprime el botón de calibración

Agrega la solución de yodo-acetona en una celda Retira el blando y coloca la disolución

Repite esto con cada concentración y registra el valor de absorbancia

Determinación de la rapidez de reacción Prepara en un vaso de precipitados una disolución de acetona 1.33 M y de HCl 0.323 M En otro vaso de precipitados agrega una solución de yodo-yodurada de una concentración 0.002 M Adiciona la mezcla del vaso 1 al vaso 2

Acciona el cronometro inmediatamente

Mezcla perfectamente

Adiciona un volumen de tal manera que ocupe el 80% de la celda Determina la absorbancia cada 60 segundos hasta completar 20 minutos

Anota los valores en la tabla 1

Rombos de seguridad: Sustancia Yodo (𝐼2 )

Significado Muy peligroso No arde Estable Sin riesgo especifico

Yoduro de potasio (KI)

Peligroso No se inflama Estable Sin riesgo especifico

Ácido clorhídrico (HCl)

Muy peligroso No se inflama Estable Corrocivo

Acetona

Poco peligroso No se inflama a menos de 37°C Estable Sin riesgo especifico

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Gómez, C., González, R., & Viruela, R. (2010). Cinética. OWC. http://ocw.uv.es/ciencias/11/teo_cinetica_nuevo.pdf Khan Academy. (s. f.). Reactivos limitantes y rendimiento porcentual (artículo). Recuperado 12 de diciembre de 2020, de https://es.khanacademy.org/science/apchemistry/stoichiometry-and-molecular-composition-ap/limiting-reagentstoichiometry-ap/a/limiting-reagents-and-percent-yield Moreno, A. (s. f.). Cinética química. fquim. Recuperado 13 de diciembre de 2020, de http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CINETICAQUIMICAACTUALIZAD O_19881.pdf Moreno, R. (2010, 14 agosto). Ecuaciones de velocidad simple. fquim. http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/02-Ecuacionessimples_12529.pdf Pozuelo, J. (2015). Tema 5. Cinética química, termodinámica y equilibrio (I) —. OCW. http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/quimica-de-los-materiales/Material-de-clase/tema5.-cinetica-quimica-termodinamica-y-equilibrio-i...