cinetica quimica

&ulian 'urgo$ !(d)% *++,+-.* *++,+-.* Ale/andra !0a1arro !(d)% !(d)% *++*+-52 *++*+-52 So3ia Sarmiento !(d)% *++ *++*+-**+-*-

La cinétca química esudia la velocidad y el mecanismo por el cual una especie se ransforma en ora, la velocidad de reacción esá conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición. Esa rapidez no es consane y depende de varios facores, como la concenración de los reactvos, la presencia de un caalizador, la emperaura de reacción y el esado sico de los reactvos. reactvos. En esa práctca durane ambas reducciones el color

I 4 ,-+.

!on la 8r@ctica de de$tilaci(n 3raccionada $e #uiere $e8arar de una mecla $u$tancia$ 1ol@tile$ como el benceno y 0e;ano: lle1@ndolo$ a $u 8unto de ebullici(n) La $u$tancia m@$ 1ol@til #ue $e encuentre dentro de la mecla 1a a $er a#uella #ue e$t@ e$t@ en mayo mayorr 8ro8o 8ro8orc rci( i(nn en la 8art 8artee 3ina 3inall del del 8roc 8roce$ e$oo B$e8araci(nC y 1a a $er la #ue mayor 8re$i(n de 1a8or tenga) La $e8araci(n de la mecla $e lle1( a cabo en la columna de de$tilaci(n 3raccionada 8or la cual 1a a$cender la $u$tancia 1ol@til 0a$ta llegar al tubo re3rigerante el cual lo conden$a 8ara 3inalmente recoger la $u$tancia obtenida como re$ultado de la $e8araci(n en un bea7er)

violea caracerístco del permananao desaparece para ornarse incoloro siendo las mismas condiciones condiciones ambiene e!cepo la nauraleza de los aenes reducores lo que basa para "acer cambiar oalmene la velocidad.

#inétca $uímica% &elocidad de 'eacción% #oncenración% (enes reducores%

La cin"tica #uímica e$ un @rea de la 3i$ico#uímica #ue $e encarga del e$tudio de la ra8ide de reacci(n: c(mo cambia ba/o condicione$ 1ariable$ y #u" e1ento$ moleculare$ $e e3ectan mediante la reacci(n general) La cin"tica #uímica e$ un e$tudio 8uramente em8írico y e;8erimental)

)auraleza de las *usancias

!0emical 7inetic$ $tudie$ t0e $8eed and mec0ani$m by 90ic0 one $8ecie$ i$ tran$3ormed into anot0er: t0e reaction rate i$ 3ormed by t0e ra8idity o3 3ormation and t0e ra8idity o3 decom8o$ition) 60i$ $8eed i$ not con$tant and de8end$ on $e1eral 3actor$: $uc0 a$ t0e concentration o3 t0e reactant$: t0e 8re$ence o3 a cataly$t: t0e reaction tem8erature and t0e 80y$ical $tate o3 t0e reactant$) In t0i$ 8ractice during bot0 reduction$ t0e c0aracteri$tic 1iolet color o3 t0e 8ermanganate di$a88ear$ to become colorle$$ being t0e $ame ambient condition$ e;ce8t t0e nature o3 t0e reducing agent$ 90ic0 i$ enoug0 to ma7e to com8letely c0ange t0e $8eed) % !0emical 7inetic$= Reaction $8eed= !oncentration= Reducing agent$= Nature o3 Sub$tance$

El ob/eti1o de la cin"tica #uímica e$ medir la$ 1elocidade$ de la$ la$ reac reacci cion one$ e$ #uím #uímic ica$ a$ y enco encont ntra rarr ecua ecuaci cion one$ e$ #ue #ue rela relaci cione onenn la 1elo 1eloci cida dadd de una una reac reacci ci(n (n con con 1ari 1ariab able le$$ e;8erimentale$) Se $abe de 3orma e;8erimental #ue la 1elocidad de una reac reacci ci(n (n de8en de8ende de mayo mayorm rmen ente te de la tem8 tem8er erat atur uraa y la$ la$ concentracione$ de la$ e$8ecie$ in1olucrada$ en la reacci(n) En la$ rea reacci ccione$ one$ $im8le $im8le$$ $(lo $(lo la con concen centra traci( ci(nn de lo$ reacti1o$ reacti1o$ a3ecta la 1elocidad 1elocidad de reacci(n reacci(n 8ero en cue$tione cue$tione$$ m@$ com8le/a$ la 1elocidad tambi"n 8uede de8ender de la concentraci(n de uno o m@$ 8roducto$) La 8re$encia de un cataliador tambi"n a3ecta la 1elocidad de reacci(n= en e$te ca$o 8uede aumentar $u 1elocidad) De lo$ e$tudio$ de la 1elocidad de una reacci(n y $u de8endencia con todo$ e$to$ 3actore$ $e 8uede $aber muc0o acerca de lo$ 8a$o$ en detalle 8ara con1ertir lo$ reacti1o$ a 8roducto$) E$to ltimo e$ el mecani$mo de reacci(n)

La$ reaccione$ $e 8ueden cla$i3icar cin"ticamente en 0omog"nea$ y 0eterog"nea$) La$ 8rimera$ ocurren en una 3a$e y la$ $egunda$ en m@$ de una 3a$e) La reacci(n 0eterog"nea de8ende del @rea de una $u8er3icie: 8or e/em8lo: la$ de un cataliador $(lido) La ra8ide Bo 1elocidadC de reacci(n e$t@ con3ormada 8or la ra8ide de 3ormaci(n y la ra8ide de de$com8o$ici(n) E$ta ra8ide no e$ con$tante y de8ende de 1ario$ 3actore$ como la concentraci(n de lo$ reacti1o$: la 8re$encia de un cataliador: la tem8eratura de reacci(n y el e$tado 3í$ico de lo$ reacti1o$) Uno de lo$ 3actore$ m@$ im8ortante$ e$ la concentraci(n de lo$ reacti1o$) !uanta$ m@$ 8artícula$ e;i$tan en un 1olumen: m@$ coli$ione$ 0ay entre la$ 8artícula$ 8or unidad de tiem8o) Al 8rinci8io la concentraci(n de reacti1o$ e$ mayor: tambi"n e$ mayor la 8robabilidad de #ue $e den coli$ione$ entre mol"cula$ y la ra8ide e$ mayor) A medida #ue la reacci(n a1ana: al ir di$minuyendo la concentraci(n de lo$ reacti1o$: di$minuye la 8robabilidad de coli$i(n y con ella la ra8ide de la reacci(n) La medida de la ra8ide de reacci(n im8lica la medida de la concentraci(n de uno de lo$ reacti1o$ o 8roducto$ a lo largo del tiem8o: e$to e$: 8ara medir la ra8ide de una reacci(n nece$itamo$ medir ya $ea la cantidad de reacti1o #ue de$a8arece 8or unidad de tiem8o: o bien la cantidad de 8roducto #ue a8arece 8or unidad de tiem8o)

Sin embargo: la 8robabilidad #ue cinco 8artícula$ coli$ionen y 3ormen un 8roducto intermedio e$ ba/a) Realmente: el 8roducto intermedio e$ 3ormado 8or un 8ar de 8artícula$ y "$te coli$iona con la$ dem@$ 8artícula$ y 3orma otro$ 8roducto$ intermedio$ 0a$ta 3ormar el 8roducto E) Por e/em8lo%

La de$com8o$ici(n de la reacci(n 8rinci8al en llamada$ reaccione$ elementale$ y el an@li$i$ de "$ta$ no$ mue$tran e;actamente c(mo ocurre e$ta reacci(n) Por medio del m"todo e;8erimental o 8or 8remi$a$ $e 8uede determinar la de8endencia de la ra8ide de la$ reaccione$ elementale$ con la$ concentracione$ de lo$ com8onente$  A: ' : !  y D ) El orden de reacci(n e$t@ de3inido como la $uma de lo$ e;8onente$ de la$ concentracione$ en la ley de la 1elocidad de la reacci(n) $te e$ llamado tambi"n orden total de reacci(n: 8ue$ el orden de8ende del reacti1o #ue $e analice) El orden de la$ reaccione$ $e determina e;8erimentalmente)

E;i$ten 1ario$ 3actore$ #ue a3ectan la ra8ide de una reacci(n #uímica% la concentraci(n de lo$ reacti1o$: la tem8eratura: la e;i$tencia de cataliadore$ y la $u8er3icie de contacto tanto de lo$ reacti1o$ como del cataliador) Lo$ cataliadore$ 8ueden aumentar o di$minuir la 1elocidad de reacci(n) Para cada reacci(n $e 8uede 3ormular una ecuaci(n: "$ta de$cribe cu@nta$ 8artícula$ del reacti1o reaccionan entre $í: 8ara 3ormar una cantidad de 8artícula$ del 8roducto) Para una reacci(n de la 3orma%

E$to $igni3ica: #ue do$ 8artícula$ A coli$ionan con una 8artícula ' : una 8artícula ! y una 8artícula D   8ara 3ormar el 8roducto E )

La cin"tica #uímica $e ocu8a del e$tudio de la$ 1elocidade$ de reacci(n B#ue de8enden: entre otro$ 3actore$: de la naturalea y de la concentraci(n de lo$ reacti1o$: la tem8eratura y la 8re$encia de cataliadore$C a$í como de la trayectoria $eguida en la reacci(n 8ara 8a$ar de lo$ reacti1o$ a lo$ 8roducto$) En e$ta 8r@ctica 1amo$ a incidir 8rimordialmente en el 8rimer  a8artado y 8or ello no$ detendremo$ en re8a$ar lo$ conce8to$ relati1o$ a la 1elocidad de reacci(n) E$ muy im8ortante 0acer  notar #ue dic0a 1elocidad $e de3ine como el índice de cambio con el tiem8o de algn reacti1o o 8roducto #ue inter1iene en la reacci(n e$tudiada= la e;8re$i(n #ue da la 1elocidad de la reacci(n como 3unci(n de la concentraci(n de cada una de la$ $u$tancia$ #ue in3luyen en ella: $e llama Ley de 1elocidad de reacci(n) E$ta ley debe determinar$e e;8erimentalmente ya #ue no e$ 8o$ible deducirla a 8artir de la ecuaci(n e$te#uiom"trica) La 3orma 0abitual de e;8re$arla e$ 8or medio

de una ecuaci(n en la #ue a8arece una con$tante: llamada con$tante de 1elocidad: multi8licada 8or la concentraci(n de 1aria$ e$8ecie$ ele1ada$ a un e;8onente: llamado orden) !ual#uier e$tudio cin"tico incluye la determinaci(n de la concentraci(n de una o m@$ de la$ e$8ecie$ in1olucrada$ en la reacci(n en un momento dado y a una tem8eratura determinada) En e$ta 8r@ctica $e 1a a e$tudiar la reacci(n del i(n 8er$ul3ato con el yoduro en medio acuo$o) Dic0o 8roce$o 8uede e$cribir$e de acuerdo a la $iguiente relaci(n e$te#uiom"trica% S > BacC ,I BacC I BacC ,S> BacC , , * , ,  B+C En realidad $e 8roducen ione$ triyoduro al di$ol1er$e el yodo en la di$oluci(n de yoduro alcalino: con lo #ue la reacci(n $ería% S > BacC GI BacC I BacC ,S> BacC , G * , ,  B+HC No 0ay m"todo $encillo 8ara determinar el a1ance de la reacci(n directamente) Para re$ol1er e$ta di3icultad utiliaremo$ la$ reaccione$ $ecundaria$ aco8lada$: muc0o m@$ r@8ida$ #ue la mue$tra de e$tudio: #ue $e conoce con el nombre reaccione$ relo/: #ue tran$curren $imult@neamente a la reacci(n 8rinci8al ob/eto de e$tudio y #ue $ir1en 8ara 8oder detectar la a8arici(n de un 8unto 3inal ob$er1able: con la 1i$ta: mediante un cambio bru$co de color) I BacC ,S > BacC ,I BacC S > BacC , *  , , , G B,C I, almid(n !om8le/oaulde yodo BGC El yodo #ue a8arece como 8roducto de la reacci(n 8rinci8al B+C: $e con$ume /unto al tio$ul3ato en la muy r@8ida reacci(n de o;idaci(n de i(n a tetrationato ) !uando $e 0a con$umido todo el tio$ul3ato: el I, en e;ce$o colorea la di$oluci(n 3ormando un com8le/o aul con el almid(n)

El e#uilibrio #uímico e$ el e$tado en el #ue la$ acti1idade$ #uímica$ de la$ concentracione$ de lo$ reacti1o$ y 8roducto$ no tienen ningn cambio neto en el tiem8o) Normalmente "$te $ería el e$tado #ue $e 8roduce cuando el 8roce$o #uímico e1oluciona 0acia adelante en la mi$ma 8ro8orci(n #ue $u reacci(n in1er$a) La 1elocidad de reacci(n de la$ reaccione$ directa e in1er$a 8or lo general no $on cero: $in embargo: $on iguale$: no 0ay cambio$ neto$ en cual#uiera de la$ concentracione$ de lo$ reacti1o$ o 8roducto$) E$te 8roce$o $e denomina e#uilibrio din@mico) El conce8to de e#uilibrio #uímico 3ue de$arrollado de$8u"$ de #ue 'ert0olle B+-GC encontra$e #ue alguna$ reaccione$ #uímica$ $on re1er$ible$) Para #ue una reacci(n: tal como%

6 $on lo$ 8roducto$ y K: : M y  $on lo$ coe3iciente$ e$te#uiom"trico$ de lo$ reacti1o$ y lo$ 8roducto$)

La metodología em8leada $e re8re$enta a continuaci(n% El monta/e em8leado 8ara la de$tilaci(n 3raccionada $e re8re$enta a continuaci(n%

+reparar al - el almidón, que se usará poseriormene como indicador.

(rear / mL de 0#r12 al /./34 5 y 2 ml de 06 al 3- en un Erlenmeyer, esa mezcla da una coloración marrón

En el mismo maraz, adicionar  ml de almidón aneriormene preparado, la coloración se orna neruzca.

7iular la solución anerior con tosulfao de sodio, para deerminar la concenración del tosulfao que es desconocida

El proceso ermina cuando a solución sea de color azul claro sin rasros de sólidos en suspensión neruzcos. 8&er 7abla 9

Para entender el 8rocedimiento #ue $e lle1a a claro: 8rimero $e analian la$ reaccione$ #ue $e lle1an a cabo) En 8rimer lugar: $e debe conocer la concentraci(n de  H  Cr O : la cual 8or e$te#uiometria $e $abe #ue e$ do$ 1ece$ la concentraci(n de  K  Cr O . 2

4

2

8ueda e$tar en e#uilibrio: la$ 1elocidade$ de reacci(n directa e in1er$a tiene #ue $er iguale$) E$ta ecuaci(n #uímica con 3lec0a$ a8untando en amba$ direccione e$ 8ara indicar el e#uilibrio: A y ' $on la$ e$8ecie$ #uímica$ #ue reaccionan: S y

2

7

 K 2 Cr 2 O7 + H 2 O + 2 HCl → 2 H 2 Cr O4 + 2 KCl ( 1 )

Entonce$ la concentraci(n de  K  Cr O 2

4

 e$ de -:--.* 

 K Cr O 4 + HCl + KI → KCl + CrCl 3+ I 2 + H 2 O ( 2)

−¿+ S O¿ ( 3) ¿ ¿ S O + I  → I  4

2

3

6

2

La reacci(n #ue $e lle1a a cabo e$ la $iguiente% 3

+¿+ H  O (4 ) 2

!oncentraci(n del @cido en 3unci(n del tiem8o Btri$ul3ato de $onido: dicromato de 8otacio +,G*5-

+G)+ *)5 * G +)2

+¿+ C   H  O H → C O + Cr ¿ −¿+ H ¿ 2

5

-)---G+2, -)---,5, -)---+ -)---+5+, -)----*

2

¿

 K 2 Cr O4

 de acuerdo a la reacci(n anterior: $e encuentra el 1alor de < y m: donde m e$ el orden de la reacci(n) B

¿ ¿

C 3 (

mg )=  L

C 1

(  )

mg  xV  1 ( ml ) l V  3 ( ml )

!GQ concentraci(n de NaS,>G VGQ Volumen de NaS,>G !+Q concentraci(n de . V+Q 1olumen de .

C 

¿ ¿ m r = K ( A ) ¿ m

r = K ' ( A )

 gra3ica de la concentraci(n en 3unci(n del tiem8o del dicromato de 8ota$io

concenacion vs t empo

(6 ) /

/

/

La 8r@ctica e;8erimental de cin"tica $e lle1( a acabo de acuerdo a lo$ 8a$o$ 8re$entado$ en el diagrama

Determinaci(n de la concentraci(n de tio$ul3ato de $odio BNa,S,>GC C 1 (

    )    N     (    n    o    i    c    a    r    t    n    c    n    o    c

f8!9 < /= /! > / '? < /.@A

/ /

/

/

/

/

/ /

/

/

/

C 2 ( mg /l ) xV  2 ( ml ) mg )=  L v 1 ( ml )

!+Q concentraci(n de NaS,>G Q -)--+ N V+Q Volumen de NaS,>G Q ,), l !,Q concentraci(n de . Q -)--G. N V,Q 1olumen de . Q +- ml

/

/

3/

2/

:/

;/

4/

tempo (min)

Y = BX + A −6

B =−5.568 x 1 0  A = 0.00036288

Se determin( la concentraci(n del dicromato de 8ota$io B7,!r>*C en di3erente$ tiem8o$ 8or medici(n de titulaci(n con tio$ul3ato de $odio BNaS,>GC Se e1idenci( #ue la concentraci(n del dicromato de 8ota$io di$minuy( con el tiem8o: e$to $e debe a #ue 8aulatinamente

0a reaccionado con el etanol: y 8or ende $e ira con$umiendo) En la Figura + en la cual $e $intetian e$to$ lo$ re$ultado$ not@ndo$e #ue: a 8e$ar del decrecimiento de la línea de concentraci(n: la di$minuci(n de la concentraci(n 3ue de manera lineal adem@$ $e 0all( #ue la con$tante de degradaci(n del @cido cr(mico e$ igual a la 8endiente de la de la 3unci(n de la línea teniendo en cuenta #ue en la titulaci(n a medida en #ue caían la$ gota$ de tio$ul3ato 1a a 1irar y 1a a de$a8arece$ lo$ grumo$ de la $oluci(n la cual de8endía del tiem8o y la concentraci(n de lo$ re$8ecti1o reacti1o$) La 1elocidad de reacci(n como 8udimo$ com8robar de8ende de la concentraci(n de lo$ reacti1o$ y de la naturalea de e$to$) Se 8uede indicar e$ta ya #ue la 1elocidad crece cuando lo 0acen la$ concentracione$ de la$ e$8ecie$ reaccionante$) E$to $e debe a #ue 0ay mayor nmero de c0o#ue$ y 8or ello mayor 1elocidad de reacci(n) De igual manera otro 3actor #ue in3luye en la 1elocidad de reacci(n e$ la tem8eratura: 8ero en e$te ca$o no 3ue tomada

acerca del c@lculo de la con$tante de e#uilibrio y $u e3ecto en el de$arrollo de la$ reaccione$ #uímica$)

A lo largo de la 8r@ctica $e traba/( con el conce8to de e#uilibrio #uímico y con todo$ a#uello$ 3actore$ acerca de la 1elocidad de reacci(n #ue $e deben medir y analiar 8ara com8render me/or el 8roce$o #ue $e e$t@ lle1ando a cabo durante la mi$ma) A $u 1e: el traba/o e;8erimental realiado durante el laboratorio tambi"n ayud( a entender y di$cernir 

!AS6ELLAN Oilbert X) Fi$ico#uímica) Editorial Pear$on) Segunda edici(n: ";ico: +22) P@gina$ G,*: G,5: G,)

A tra1"$ de la 8r@ctica: $e 8udo ob$er1ar y analiar lo$ cambio$ de color ocurrido$ en la$ reaccione$ #ue $e e$tu1ieron traba/ando y el tiem8o en #ue ocurrían lo$ mi$mo$) A$imi$mo: $e logr( com8robar el e3ecto #ue la concentraci(n 8ueden tener en la 1elocidad de la reacci(n con re$8ecto a un tiem8o teniendo en cuenta el titulante: y ob$er1ando lo$ cambio$ ocurrente$ en un $i$tema en e#uilibrio ante 1ariacione$ de concentraci(n: 1olumen y y el tiem8o re$8ecti1amente)

VILA ERNNDEW: ARIA VI!6>RIA RUIW) Ouía te(rica y e;8erimental de 3i$ico#uímica 8ara 8rograma$ de ingeniería) LEA  'R>XN  'URS6EN) Juímica la ciencia central) Editorial Pear$on) No1ena edici(n: ";ico: ,--*) P@gina$ GG:5-,: 5-G

AR>N Y PRU66>N) Fundamento$ de 3i$ico#uímica) Editorial Limu$a) Primera edici(n: ";ico: ,--+) P@gina$ ,. Z ,2-)