6. Velocidad de Reacción

Laboratorio Nº 6 Factores que Modifican la Velocidad de Reacción Introducción

El término

cinética química, se aplica a la rama de la química que se dedica al estudio de la

velocidad de una reacción química y a los mecanismos responsables de esas reacciones. La

velocidad de reacción, indica la rapidez con que cambia la concentración de los reactivos o

 productos con el tiempo. El

mecanismo de reacción, proporciona la secuencia de pasos mediante los cuales se llevan a cabo

el cambio o los cambios en una reacción, para dar origen a los productos. En una reacción química se rompen y se forman enlaces. La rapidez de este proceso depende de la naturaleza de los enlaces que intervengan. Las velocidades de las reacciones químicas se miden, por la determinación de la disminución de la concentración de los reactantes, o del aumento de la concentración de los productos, en un intervalo de tiempo específico. Velocidad de Reacción =

Cambio de Concentración Cambio en el Tiempo

Teoría de las Colisiones:

Las velocidades de las reacciones químicas pueden expresarse a través de la teoría de las colisiones. La premisa básica de esta teoría es que para que dos sustancias reaccionen, las partículas reaccionantes deben chocar entre sí. Existen dos posibilidades después del choque. i)

Se rompen los enlaces de las moléculas de reaccionantes y se forman nuevos enlaces en los  productos.

ii) Simplemente las partículas se encuentran, pero si forman nuevos enlaces, no se rompen. Si ocurre una colisión que genera productos, la colisión se llama

efectiva, de lo contrario se

denomina inefectiva o no efectiva.

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Los científicos noruegos, Guldberg y Waage (1867) enunciaron un principio general que se conoce como la Ley de Acción de Masas. Esta Ley establece que: "La

velocidad de una reacción química

es, directamente proporcional a la concentración de las sustancias reaccionantes o reactantes” , según: aA

+

bB

cC

+

dD

Donde: v = k [A]n [B]m

La ecuación (1)  se conoce como  Ley “m”, son el

(1)

de velocidad   para una reacción dada, los exponentes “m” y

orden de reacción para [A] y [B] respectivamente, y la constante de proporcionalidad

"k"  se denomina constante

específica de velocidad   y es característica de una reacción dada, aún

cuando varía con la temperatura. Los exponentes "n" y "m" son generalmente números enteros, pero pueden ser fraccionarios, tal vez cero, e incluso negativos. Los valores de "n" y "m" indican, lo que se llama el orden de la reacción. El objeto de la cinética química es medir las velocidades de las reacciones químicas y encontrar ecuaciones que relacionen la velocidad de una reacción con variables experimentales. Se encuentra experimentalmente que la velocidad de una reacción depende de la

temperatura,

 presión y las concentraciones de las especies involucradas en la reacción. En reacciones simples sólo la concentración de los reactantes afecta la velocidad de reacción, pero en reacciones más complejas la velocidad también puede depender de la concentración de uno o más productos. La  presencia de un catalizador también afecta la velocidad de reacción; en este caso puede aumentar la velocidad en 10 o más veces. Del estudio de la velocidad de una reacción y su dependencia con todos estos factores se puede saber mucho acerca de los pasos en detalle para ir de reactantes a  productos. Esto último es el mecanismo de reacción.

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Pre-Laboratorio

Previamente al trabajo práctico, y con el objeto de ampliar sus conocimientos sobre el tema, realice el siguiente pre-laboratorio. 1. Define los siguientes términos: a) Velocidad de reacción.  b) Cinética química c) Constante de equilibrio d) Orden de reacción. 2. Enumere todos los factores experimentales que pueden hacer variar la velocidad de una reacción química. De ejemplos. 3. En el experimento Nº 1, usted hará reaccionar sulfito de sodio con yodato de potasio. Escriba la ecuación balanceada para esta reacción.

4. En el experimento Nº 1, usted realizará diferentes diluciones con la disolución de yodato de  potasio, calcule todas las nuevas concentraciones como producto de la dilución:

Nueva concentración de KIO3 A1

mol/L

A2

mol/L

A3

mol/L

A4

mol/L

5. En el experimento Nº 1, ¿por qué y para qué utiliza la disolución de almidón? 6. En el experimento Nº 2, ¿Por qué el agua del Baño de Maria no debe llegar al punto de ebullición?

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Parte Experimental Materiales:

8 Tubos de ensayo 4 matraces erlenmeyer de 50 mL 3 Pipetas Pasteur 2 Pipetas graduadas de 1,0 mL 1 pipeta graduada de 1 mL Pizeta Cápsula de porcelana Placa agitadora magnética Barra imantada para agitador magnético Cronómetro 1 Vaso de precipitados de 400 mL Placa calefactora Soporte universal Pinza para soporte universal  Nuez Termómetro Balanza granataria Disolución de Sulfito de sodio 0,01 mol/L Disolución de Yodato de potasio 0,01 mol/L Disolución de ácido sulfúrico al 10 % Disolución de ácido clorhídrico 3,0 mol/L Carbonato de calcio en polvo, p.a. Carbonato de calcio en trozos. Disolución de almidón como indicador Papel Milimetrado CUADERNO DE LABORATORIO Procedimiento: 1. Efecto de la concentración:

1. Lave perfectamente los tubos de ensayo y los matraces erlenmeyer de 50 mL con agua destilada y séquelos muy bien. 2. Marque los cuatro (04) matraces erlenmeyer de 50 mL con la letra A, los otros cuatro (04) tubos de ensayo, con la letra B. 3. Tome los cuatro (04) tubos B y márquelos desde B1 hasta B4. Adicione 2,6 mL de disolución de sulfito de sodio de concentración 0,01 mol/L a cada uno de ellos. 4. Tome los cuatro (04) matraces erlenmeyer de 50 mL A y márquelos desde A1 hasta A4. Llene cada matraz con los siguientes reactivos en las cantidades que se indican a continuación:

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Volumen

Volumen

Volumen KIO3 0,01 mol/L

Disolución Almidón

 Agua destilada

 H 2 SO4 al 10%

A1

2,0 mL

0,5 mL

0,0 mL

0,1 mL

A2

1,4 mL

0,5 mL

0,6 mL

0,1 mL

A3

1,0 mL

0,5 mL

1,0 mL

0,1 mL

A4

0,6 mL

0,5 mL

1,4mL

0,1 mL

Volumen

5. Utilice una pequeña barra imantada dentro de cada matraz de reacción y agite cuidadosamente con la ayuda de la placa agitadora magnética. 6. Vacíe el contenido del tubo B1 dentro del matraz A1,  EN

ESTE MOMENTO COMIENCE A TOMAR EL TIEMPO DE REACCIÓN CON EL CRONÓMETRO, y agite hasta que aparezca una coloración azul violácea, EN ESE MOMENTO TERMINA EL TIEMPO DE REACCIÓN .

7. Repita el mismo procedimiento con los tubos y matraces A2 y B2, A3 y B3, etc. 8.

 No revuelva ni lave los tubos de ensayo. Consérvelos rotulados para los experimentos siguientes.

9. Con los datos obtenidos, complete el siguiente cuadro:

Concentración (mol/L) Tiempo Disolución KIO3

Disolución Na2SO3 seg.

10. ANOTE TODOS SUS DATOS EN SU CUADERNO DE LABORATORIO. 11. Realice una  gráfica en el papel milimetrado  (concentración en mol/L segundos) que ejemplifique la velocidad de reacción.

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versus

  tiempo en

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2. Efecto de la temperatura:

1.  Nuevamente coloque 2,5 mL de disolución de sulfito de sodio de concentración 0,01 mol/L a cada uno de los tubos B y 2,5 mL de disolución de yodato de potasio 0,01 mol/L más 0,5 mL de disoluciónn de almidón y 0,1 mL de disolución de ácido sulfúrico al 10 %, en cada matraz A. 2.

Luego, coloque todos los tubos y matraces de reacción en un baso de precipitados de 400 mL que contenga el agua suficiente para un “Baño de Maria” , que servirá como medio de calentamiento.

3.

Tome la temperatura en cada uno de los tubos y matraces. Luego caliéntelos hasta incrementar la temperatura en 5 ºC , retire los tubos y matraces del baño de María y mezcle los tubos B1 con el matraz B1, agite y observe. Inmediatamente empiece a tomar el tiempo de reacción. La reacción termina cuando hay un cambio de coloración.

4.

Repita este mismo procedimiento con el resto de los tubos y matraces incrementando la temperatura en 5 ºC. Procure el agua del baño no llegue al punto de ebullición.

5.

Complete la siguiente tabla: Exp Nº

Temperatura

1

Tiempo

ºC

seg

2 3 4

6.

 ANOTE TODOS SUS DATOS EN SU CUADERNO DE LABORATORIO.

7. Realice una gráfica en el papel milimetrado (temperatura en ºC versus tiempo en segundos) que ejemplifique la velocidad de reacción. 3. Efecto de la superficie de contacto:

1.

En dos (2) tubos de ensayo  perfectamente limpios,  coloque en un de ellos aproximadamente 0,5 g de carbonato de calcio en polvo, y el otro tubo de ensayo limpio, aproximadamente 0,5 g de carbonato do calcio en trozos.

2.

Con mucho cuidado, adicione aproximadamente 5,0 mL de disolución de ácido clorhídrico 3 mol/L a cada tubo y observe.

3.

 ANOTE TODOS SUS DATOS Y OBSERVACIONES EN SU CUADERNO DE  LABORATORIO.

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INFORME Nº 6 Factores que Modifican la Velocidad de Reacción Integrantes:

1. Efecto de la concentración: A) Resultados experimentales: Concentración (mol/L) Tiempo Disolución KIO3

Disolución Na2SO3 seg.

Grafico C (mol/L)/ t (seg)

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B) Observaciones y Discusión

C) Conclusión

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2. Efecto de la temperatura: A) Resultados experimentales: Exp Nº 1

Temperatura

Tiempo

ºC

seg

2 3 4 Grafico T (ºC)/ t (seg)

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B) Observaciones y Discusión

C) Conclusión

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3. Efecto de la superficie de contacto: A) Observaciones y Discusión

B) Conclusión

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