Factores Q Afectan La Velocidad de Reaccion - UCE

 

 

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS I FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

Ayudante:

Baquero erick

NOMBRE: VANESSA POSSO GRUPO: 2

2018 / 10 /08 QUITO  –  ECUADOR  ECUADOR

 

 UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1

RESUMEN Determinación de los factores que afectan a la velocidad de reacción a partir de datos experimentales obtenidos de los principios de la cinética química Para el primer experimento se procedió a realizar un baño María de tres reactivos, luego de llegar a una temperatura establecida se mezcló los tres reactivos y se observó el cambio de coloración se repitió el procedimiento para otras dos temperaturas menores. En el segundo experimento se introdujo en un recipiente con el solvente universal diferentes tamaños de la muestra a observar, se observó el tiempo de reacción r eacción para cada caso. En el tercer y cuarto experimento se utilizó una enzima y diferentes sistemas de temperaturas  para observar cómo es afectada la velocidad de reacción. Finalmente, en el quinto  procedimiento se realizó una solución a diferentes concentraciones de tres reactivos específicos, se observó cómo cambia la transparencia de la solución preparada. Se obtuvo datos de tiempo de reacción para los diferentes factores que influyen en la velocidad de reacción, ya que estos parámetros se relacionan de manera indirecta en la velocidad de reacción. Se concluye que la velocidad de reacción depende de diversos factores, pero entre los  principales se tiene a la temperatura, concentración de reactivos, área superficial, catalizadores y estos factores hacen que la reacción sea rápida o lenta.

DESCRIPTORES: VELOCIDAD_DE_REACCIÓN/ CINÉTICA_QUÍMICA/ TEMPERATURA/ CONCENTRACIÓN_DE_REACTIVOS/ ÁREA_SUPERFICIAL/ CATALIZADORES.

 

 UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 1.  OBJETIVOS 1.1. Observar y analizar los factores que afectan la velocidad de las reacciones rea cciones químicas 1.2. Llevar a cabo discusiones y resultados que expliquen los datos experimentales en base a los  principios de la cinética química. 2.  TEORÍA 2.1. Reacciones Químicas En el estudio y caracterización de reacciones químicas con uno o entre varios compuestos, denominado sistema químico, o en el diseño de reactores químicos, es necesario conocer en primer lugar el tipo de reacciones implicadas. (Izquierdo J. Año 2004) 2.1.1.  Clasificación general de las reacciones r eacciones químicas Hay diferentes maneras de clasificar las reacciones químicas pero el esquema más útil es dividirlas en dos grandes grupos, de acuerdo con el número de fases implicadas: reacciones homogéneas y heterogéneas. Una reacción es homogénea si se realiza en una sola fase y es heterogénea cuando se requiere, la presencia de dos fases. En esta e sta clasificación se entiende por fase un sistema en el cual existe homogeneidad de temperatura, presión y composición. (Izquierdo J. Año 2004) En la tabla No. 2.1.1-1 se muestra un esquema de la clasificación realizada, así como algunos ejemplos de los diferentes tipos de reacciones: Tabla 2.1.1-1 Tipos de reacciones químicas Reacciones No Catalizadas Catalizadas Homogéneas La mayor parte de reacciones La mayor parte de reacciones en fase en fase gaseosa líquida Heterogéneas Tostación de minerales Síntesis de amoniaco (Fe, Cr) Combustión de sólidos Craqueo de naftas Reacciones de neutralización gas  –  sólido  sólido Fuente: Izquierdo J.; Cinética de las reacciones reacci ones químicas; 1era Edición, 2004

2.2. Velocidad de reacción Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo)  por unidad de tiempo.    -r =       Ec. 2.2-1 ∗   Si el volumen es constante, se tiene:

   -r =     

Ec. 2.2-2

Cuando la reacción es mono-direccional, homogénea y constituye un sistema cerrado, y todas las variables se mantienen constantes excepto la concentración del reactivo, la ley de la velocidad frecuentemente es de la forma: (Levenspiel, Año 2005) R= k     ….. Ec. 2.2-3

 

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1 2.3. Factores de los que depende la velocidad de reacción 2.3.1.  Temperatura Al aumentar la tempera del sistema aumenta el número de colisiones entre las moléculas. Además, al aumentar 10 °C la temperatura del sistema, la velocidad de reacción se duplica. 2.3.2.  Naturaleza del reactivo Hace referencia al tipo de reactivo o sustancia es decir si son ácidos, bases, sustancias orgánicas e inorgánicas. 2.3.3.  Catalizadores Se utilizan catalizadores para aumentar la velocidad de reacción, estos son los catalizadores  positivos. Los catalizadores negativos negativos son los inhibidor inhibidores. es. 2.3.4.  Concentración de los reactivos Mientras mayor sea la concentración de un reactivo determinado, la velocidad de reacción será más rápida, esto se explica mediante el modelo de colisiones ya que al haber más reactivos mayor número de choques moleculares se presentarán. 2.3.5.  Estado Dependedesiagregación los reactivos están en estado sólido, líquido o gas para que la velocidad de reacción sea rápida o lenta. Generalmente las reacciones gaseosas son más rápidas que las reacciones en estado líquido. 2.3.6.  Tamaño de partícula La velocidad de reacción suele incrementarse al partir en varios pedazos un sólido ya que aumenta el contacto entre la superficie de los sólidos y los otros reactivos. (Parry R.; Año 2001) 3.  PARTE EXPERIMENTAL 3.1. Materiales y Equipos 3.1.1.  Vasos de precipitación 3.1.2.  Tubos de ensayo 3.1.3.  Cuchillo 3.1.4.  Regla 3.1.5.  Cronómetro 3.1.6.  Termómetro 3.1.7.  Reverbero 3.2. Sustancias y Reactivos 3.2.1.  Agua Destilada 3.2.2.  Pastillas efervescentes 3.2.3.  Papa 3.2.4.  Hielo 3.2.5.  Peróxido de hidrógeno 3.2.6.  Tiosulfato de sodio 1,5 M 3.2.7.  Ácido clorhídrico 0,3 M 3.2.8.  Ácido oxálico 0,0015 M 3.2.9.  Ácido sulfúrico 0,25 M

Rango: 100mL

Ap. ± 20 mL

Rango: 50mL

Ap. ± 10 mL

Rango: 10cm

Ap. ± 1 cm Ap. ± 0,01 s Ap. ± 1°C

Rango: 100 °C H2O(L) H2O(s) H2O2 (L)  Na2S2O3 (s) HCl (ac) C2H2O4 (s) H2SO4 (ac)

2

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1 4.  DATOS 4.1. Datos experimentales

Tabla 4.1-1 Experimento 1: Influencia de la temperatura en la velocidad de reacción (V Reacción= 150mL)

Ensayo Temperatura Tiempo Observación (°C) (s) 1 55 15 Al mezclar el ácido sulfúrico, el permanganato de potasio y el ácido oxálico se observa que el cambio de coloración del permanganato cambia de color morado a un color naranja en un tiempo muy pequeño. 2 45 22 En esta segunda mezcla el cambio de coloración del  permanganato de color morado a naranja se demoró 7 segundos más, esto se debe a que la temperatura del sistema disminuyo 10°C. 3 35 42 Para este último sistema el cambio de coloración se tardó casi el doble de tiempo en comparación al segundo sistema, esto se debe a que la temperatura del sistema disminuyo. Tabla 4.1-2 Experimento 2: Influencia del área de superficie (T=18°C V agua= 100mL) Área de superficie Pastilla entera

½ Pastilla

Trozos de  pastilla

Observación Al colocar las pastillas en el vaso se pudo observar que se formaron una mayor cantidad de burbujas en el agua y se demoró más tiempo en disolverse por completo la pastilla efervescente. Las cuatro partes iguales de las patillas colocadas en el vaso de precipitación se comenzaron a disolver, pero no hubo una gran formación de burbujas en el agua, además, el tiempo en disolverse por completo las partes de las pastillas fue menor al de la pastilla entera. Se observó que los trozos de pastillas efervescentes se disolvieron muy rápido, y no hubo gran formación de burbujas en el agua. Casi de inmediato se disolvió el polvo de las  pastillas efervescentes

Tiempo (seg) 70

60

40

3

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1 Tabla 4.1-3 Experimento 3: Influencia del Catalizador Tiempo Altura de la espuma (cm)  (s)  8 15 30 45 60 75

0,8 2,0 2,8 3,2 3,3 3,7

Tabla 4.1-4 Experimento 4: Influencia del Catalizador + Temperatura Tiempo Altura (cm) (s) (Baño de agua + hielo) 8

0,6

Altura (cm) (Baño de agua a temp. ambiente) 0,6

16 24 32 40

1,0 1,4 2,1 2,2

0,8 1,0 2,2 2,9

Altura (cm) (Baño de agua caliente)

1,2 2,5 2,9 3,0

0,7

Tabla 3.1-4 Experimento 4: Influencia de la concentración de los reactivos Ensayo 1 2 3 4

Na2S2O3 (1,5M) (mL)   (mL) 5 5 5 5

HCL (0,3 M) (mL) 20 15 10 5

Agua (mL) 0 5 10 15

Tiempo (seg) 1,05 1,25 1,35 1,50

5.  REACCIONES 5.1. Experimento 1: Influencia de la temperatura en la velocidad de reacción

) → ) + 3 4 () )) + 5 4 () 24 ( → 2  4() ) +10() + 4()+8  (l)

Ec. 4.1-1

5.2. Experimento 2: Influencia del área de superficie

47   () + () +  () → 47 ()+ ()+() Ec. 4.2-1

5.3. Experimento 3: Influencia del Catalizador 2   → 2 +  

Ec. 4.3-1 4

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1 5.4. Experimento 4: Influencia del Catalizador + Temperatura

2   =°  2 +  

Ec. 4.4-1

2    =°  2  +   

Ec. 4.4-2

 

=6°

2   





2 +  

Ec. 4.4-3 

5.5. Experimento 5: Influencia de la concentración de los reactivos

  ( )) +2 +2(() ) + (. .)) → 2()+ 2 (. )   +  () +S(s) Ec. 4.3-4

6.  DISCUSIÓN Para la determinación de los factores que influyen en la velocidad de reacción, se utilizaron los métodos cualitativos y cuantitativos ya que se observó las diferentes reacciones que se produjeron y se midió el tiempo en que se demoró la reacción en formar los productos deseados. Estos métodos fueron los correctos ya que al final del experimento se pudo obtener datos para realizar las respectivas observaciones de cada experimento. En el experimento influencia catalizador másya temperatura, el problema que de se presentó al registrar el tiempo de de la reacción y ladel altura de reacción que, al agregar el peróxido hidrógenofue a la  papa, la reacción fue muy rápida ocasionando que se desborde la solución de peróxido ocasionando que se den errores aleatorios como una mala medición de la altura de la espuma de la reacción entre la catalasa y el peróxido de hidrógeno. Se recomienda en el experimento 4 utilizar la relación 1:2 al momento de agregar el peróxido de hidrógeno para evitar que exista un desbordamiento de la reacción.

7.  CONCLUSIONES 7.1. En el experimento del efecto de la temperatura se pudo observar que la velocidad de reacción es directamente proporcional con la temperatura del sistema, ya que la reacción más rápida fue a la temperatura de 55°C, esto se debe a que cada reactivo tiene un gran movimiento molecular y al mezclarse las tres soluciones de permanganato de sodio, ácido sulfúrico y ácido oxálico las moléculas tuvieron mayores colisiones ocasionando que se dé el cambio de color de rosa a naranja. 7.2. Para el experimento del área de superficie se comprueba que la velocidad de reacción es directamente proporcional al tamaño de la partícula, puesto que la pastilla efervescente que se introdujo de forma entera tuvo mayor tiempo de reacción a comparación de los otros dos vasos de  precipitación que contenían la media pastilla y la pastilla en polvo esto se debe a que el área de contacto entre los componentes de la pastilla y el agua es mayor por ende la reacción va a hacer más prolongada. 7.3.  En el experimento de la influencia del catalizador se evidenció como la velocidad de reacción es afectada por la presencia de un catalizador, ya que al poner en contacto el peróxido de hidrógeno con la enzima de la catalasa presente en la papa se formó una gran cantidad de espuma en el tubo de ensayo, esto se debe a que la catalasa actúa como catalizador en este sistema haciendo que el  peróxido de hidrógeno se descomponga descomponga para formar agua y oxígeno. 7.4. Para el experimento de la influencia del catalizador más temperatura, la velocidad de reacción cambia al someter al sistema a diferentes temperaturas, para la temperatura de 65°C la formación 5

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1 de espuma dentro del tubo de ensayo fue más lenta esto es porque la catalasa se cocina al estar en contacto en agua caliente evitando que esta enzima actúe como catalizador, para el sistema de temperatura ambiente la formación de espuma fue rápida ya que la catalasa pudo interactuar como catalizador sin ser afectada por la temperatura del baño a la que estaba sometida finalmente para el sistema de 0°C casi no existió formación de espuma y la velocidad de reacción fue lenta esto se debe a que la enzima actúe como inhibidor.

7.5. Para el factor de la concentración de reactivos se pudo probar que a mayor concentración del ácido sulfúrico y menor volumen de agua la velocidad de reacción es mayor ya que se evidencia que la solución se vuelve turbia esto se debe a que la concentración del tiosulfato va disminuyendo con el tiempo ocasionando que la solución se vuelva de color blanquecina  8.  APLICACIONES ✓  Medio ambiente Una de las tantas aplicaciones que se encuentra en el medio ambiente es el modo en que las aguas naturales adquieren su composición. La disolución de los minerales es fundamental en la calidad de las aguas dependiendo del tiempo de reacción, de la l a temperatura y del contenido de CO2. (College w.)  ✓ 

Producción de miel La temperatura de los insectos sigue las oscilaciones del ambiente. Por ello, la l a actividad de una abeja es inferior en invierno, porque las reacciones bioquímicas de su organismo son más lentas  por ende su producción de miel es menor. (Guemes R R)) ✓  Farmacología Permite saber en cuanto tiempo un medicamento empieza a funcionar dentro de un organismo y también poder calcular su fecha de vencimiento. (Alvarado J) 9.  BIBLIOGRAFÍA 9.1. Izquierdo J.; Cinética de las reacciones r eacciones químicas; 1era Edición, 2004 edici ón, 2005 9.2. Levenspiel, Ingeniería de las Reacciones Químicas; 3era edición, 9.3. Parry R.; Química: Fundamentos experimentales; 3era Edición; 2001)  

Alvarado,Williams. Juan. 2008 "farmacología"3ª edición. Perú. pág. 9.4. College, 9.5. "fisicoquímica" 1ª edición. México. edición.  México. pág.  pág.22-84 445-510 9.6. Guemes, R. F. J., Echazarreta, G. C., & Villanueva, G. R. (2004). Condiciones de la apicultura en Yucatan y del mercado de sus productos. Merida, Yuc: UADY.

10.  ANEXOS 10.1.  Experimento 1: Influencia de la temperatura en la velocidad de reacción Ver anexo 1 10.2.  Experimento 2: Influencia del área de superficie Ver anexo 2 10.3.  Experimento 3: Influencia del Catalizador + Temperatura Ver anexo 3 10.4.  Experimento 4: Influencia del Catalizador Ver anexo 4 10.5.  Experimento 5: Influencia de la concentración de los reactivos Ver anexo 5 6

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1

11.  CUESTIONARIO 11.1.  Para el experimento 1: efecto de la temperatura. ¿Cuál o cuáles de los reactivos utilizados se deben encontrar en exceso? ¿por qué? El reactivo que se encuentra en exceso es el ácido oxálico, ya que este ácido no cumple mayor relevancia en el proceso de oxidación del permanganato de potasio, ya que este ácido es comúnmente usado como limpiador de manchas. 11.2.  Tenemos dos trozos de carne iguales, uno en la mesa de su comedor y otro trozo en el congelador. ¿Cuál de los trozos se descompone primero? Qué factor de los observados en la práctica afecta a la carne, explique su respuesta. El trozo de carne que se encuentra en la mesa del comedor se descompone primero ya que el factor que le afecta es el de la temperatura ya que esta acelera el proceso de descomposición de la carne  produciendo una putrefacción al pedazo de carne; en cambio el pedazo que está congelado va a demorarse más tiempo en descomponerse ya que la temperatura de congelación inhibe el proceso de  putrefacción. 11.3.  ¿Cuál de los factores que afectan la velocidad de reacción se relaciona con las siguientes acciones? a)  Usar un ácido concentrado en lugar de un diluido Factor de concentración de los reactivos b)  Guardar los alimentos en el refrigerador   Factor de la temperatura c)  Agregarle ablandador a la carne Factor de un catalizador d)  Corta en cubos las papas para que se cocinen más rápido Factor del área de superficie  

11.4. es el realizarde determinadas en un laboratorio? En esta¿Cuál práctica al objetivo realizar lademedición la altura de lamedidas espuma que se produjo al colocar el peróxido de hidrógeno a la papa fue ver cómo afecta un catalizador a la velocidad de reacción. 11.5.  No todas las reacciones químicas alcanzan el equilibrio con rapidez. En el campo ambiental son muchos los casos de este tipo, cite 5 ejemplos a)  El crecimiento de masas biológicas  b)  La eliminación de materia orgánica del agua c)  La desintegración radiactiva d)  La desinfección química e)  Las reacciones de los residuos industriales 11.6.  Investigar y anexar la hoja de seguridad de los siguientes compuestos: a)  Ácido sulfúrico concentrado acido_sulfurico.pdf   b)  Ácido clorhídrico concentrado Acido Clorhidrico.pdf   7

 

  UNIVERSISDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE REACCIONES QUÍMICAS 1

c)  Acetato de etilo concentrado Acetato de etilo.pdf   d)  Permanganato de potasio .PDF   Permanganato de potasio .PDF e)  Peróxido de hidrógeno > 60% MSDS-HydrogenPeroxide60a70-ES-CH-202820.pdf   f)  Hidróxido de sodio Hidroxido de sodio.pdf  

8

 

  10.1. Experimento 1: Influencia de la temperatura en la velocidad de reacción Diagrama del Equipo Anexo No. 1 Vaso de  precipitación

Reverbero

La boratorio de Reacciones Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio Químicas I.

10.2. Experimento 2: Influencia del área de superficie  Diagrama del Equipo Anexo No. 2 

Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio de Reacciones Químicas I.  Nombre Dibuja Posso Vanessa Revisa Baquero E.

Fecha 07/10/2018 08/10/2018

Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ingeniería Química. Laboratorio de Reacciones Químicas 1 Lamina

Factores que afectan a la velocidad de reacción

1

 

  10.3. Experimento 3: Influencia del Catalizador  Diagrama del Equipo Anexo No. 3 

Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio de Reacciones Químicas I. 10.4. Experimento 4: Influencia del Catalizador + Temperatura  Diagrama del Equipo Anexo No. 4

Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio de Reacciones Químicas I.  Nombre Dibuja Posso Vanessa Revisa Baquero E.

Fecha 07/10/2018 08/10/2018

Universidad Central del Ecuador. Facultad de Química. Laboratorio deIngeniería Reacciones Químicas 1 Lamina

Factores que afectan a la velocidad de d e reacción

2

2

 

  10.5. Experimento 5: Influencia de la concentración de los reactivos Diagrama del Equipo Anexo No. 5

Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio de Reacciones Químicas I.

 Nombre Dibuja Posso Vanessa Revisa Baquero E.

Fecha 07/10/2018 08/10/2018

Universidad Central del Ecuador. Facultad de Ingeniería Química. Laboratorio de Reacciones Químicas 1 Lamina

Factores que afectan a la velocidad de d e reacción

3

3