Pre-reporte Práctica No. 8 Cinética de la reacción de azul de metileno ácido ascórbico

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Fisicoquímica Laboratorio de Fisicoquímica2 Sección “A” Ing. William Fagiani

“Pre-reporte Práctica No. 8” Laboratorio de Fisicoquímica 2

Grupo No. 4 Nombre Clara Sofía Motta Rodríguez Gilberto Antonio Mazariegos Mejía Carlos Guillermo López Barillas Silvia Noemí Hernández Tecún Cristian Obeldo Méndez Dardón

Carné 2011-14509 2009-15350 2009-15211 2010-10600 2010-20826

Guatemala Primer Semestre 2014

2

Justificación Para el análisis de la cinética de la reacción del ácido ascórbico con el azul de metileno, el método de espectrofotometría permite obtener los datos necesarios para la deducción, análisis y cálculo de las variables para ilustrar las reacciones. Se preparará una solución de azul de metileno con la que se trabajaran las disoluciones de ácido ascórbico a diferentes concentraciones y medir su transmitancia en el espectrofotómetro. Las soluciones con sus respectivas concentraciones iniciales de ácido ascórbico se trabajarán en una gráfica que luego de linealizar encontraran las concentraciones finales para determinar su velocidad media inicial de reacción.     

Las velocidades iniciales de reacción se determinarán con el cambio de las concentraciones con respecto al tiempo.   

(C   C )  

El orden de la reacción se define como el cambio del logaritmo natural con respecto el logaritmo natural de la concentración de las soluciones de ácido ascórbico.  ()  (C)  

Por definición de la linealización ecuación de Arhenius del logaritmo natural de la constante K en función de la temperatura inversa en Kelvin nos resulta en la Energía de activación de la reacción de ácido ascórbico en la solución de Azul de Metilo.

3

4

Objetivos General Por medio del análisis espectrofotométricos observar y analizar las velocidades iniciales de reacción en función de las concentraciones iniciales de ácido ascórbico en las soluciones para determinar el orden global de la reacción de ácido ascórbico; observar y analizar el comportamiento del orden parcial del ácido ascórbico con respecto a la temperatura; seguidamente con la ayuda de las concentraciones de la muestra determinar la ley de velocidad de la reacción de azul de metileno para determinar y analizar el comportamiento de la constante de la reacción con respecto a la temperatura y por ultimo determinar e interpretar la energía de activación de la reacción de ácido ascórbico, trabajando a condiciones de 1 atmósfera de presión y 298.15 grados kelvin. Por último analizar e identificar las posibles fuentes de error en la práctica con la finalizar de interpretarlos y reducirlos.

Específicos 1. Observar y analizar las velocidades iniciales de reacción en función de las concentraciones iniciales de ácido ascórbico.

2. Determinar el orden global de la reacción de ácido ascórbico. 3. Observar el comportamiento del orden parcial del ácido ascórbico con respecto a la temperatura.

4. Determinar la ley de velocidad de la reacción de azul de metileno por medio de las concentraciones de la muestra.

5. Determinar y analizar el comportamiento de la constante de la reacción con respecto a la temperatura.

6. Determinar e interpretar la energía de activación del ácido ascórbico. 7. Analizar e identificar las fuentes de error en la práctica para reducir su efecto en la misma.

5

6

Hipotesis Hipótesis Conceptual El método de análisis óptico (espectrofotometría) se puede utilizar para obtener distintos datos de concentración de la sustancia que se desea analizar, para una cinética de reacción las concentraciones son proporcionales a la absorbancia medida, el orden de la reacción está caracterizada por el comportamiento de la reacción durante los primeros instantes así como la variación de la concentración al transcurrir periodos de tiempo, esta es llevado a cabo desde el inicio por la energía de activación la cual es la energía necesaria para iniciar dicha reacción entre los componentes sé que estén llevando a cabo.

1. Se debe por observar las velocidades de reacción iniciales de los compuestos en los primeros instantes de la reacción en un t=0.

2. El orden global obtenido del ácido ascórbico desde ser aproximado a un valor teórico de 3.1

3. Los órdenes parciales del ácido ascórbico deben presentar una variación a media que la reacción se lleve a cabo en intervalos de temperatura definidos con un aumento aproximado entre el 6 y 8 %.

4. La ley de velocidad de los compuestos en una reacción está en función de sus concentración en un intervalo de tiempo así como el tipo de orden de la reacción, se debe poder determinar dicha ley con un serie de datos de concentración en función del tiempo para poder aplicar el método diferencial o el método de integral para el cálculo.

5. De acuerdo a la ecuación de energía de activación, la constante de reacción depende considerablemente de la temperatura en la que la reacción se lleve a cabo, por lo que se espera un cambio en la constante de reacción proporcional a la temperatura.

6. En cuanto al análisis de la energía de activación del ácido ascórbico su valor puede variar en función de la temperatura o el medio en que se lleve a cabo la reacción como lo sería un cambio de presión. 7

Hipótesis Estadística Los parámetros establecidos para la hipótesis nula en base al procedimiento experimental para mostrar el efecto de las variables manipulables con las variables de medición o las variables a determinar, suponiendo una significancia del 5%: el valor sebe ser aproximado a las medidas más pequeñas en base a los instrumentos de medición a utilizar dentro de la práctica.

Incertidumbre de confianza y varianzas esperadas por Hipótesisnula: H0 (Hipótesis Nula):     H1 (Hipótesis Alterna):             

8

Parámetros para establecer la incertidumbre de confianza.

Tabla I.

Variable manipulable

Valor promedio esperado

Error (Incerteza del instrumento)

Número de repeticiones

Masa (Kg)

3.99g

±0.05g

3

Volumen (mL)

500mL

±0.08mL

3

Volumen (mL)

250mL

±0.12mL

3

Volumen (mL)

100mL

±0.16mL

3

Balón (50mL)

Volumen (mL)

50mL

±0.01mL

3

Pipeta serológica (5mL)

Volumen (mL)

5mL

±0.1mL

3

Cronometro

Tiempo (s)

120s

±0.01s

3

Termómetro (200C°)

Temperatura (C°)

24.8C°

±0.2C°

3

Instrumento de medición Balanza analítica Balón (500mL) Balón (250mL) Balón (100mL)

Fuente: Elaboración propia

Tabla II.

Instrume nto Balón (100mL) Termómet  ro (200C°) Balón (250mL) Pipeta serológica (5mL) Balón (500mL) Balanza analítica Balón (50mL) Cronometr o

Intervalos de confianza de los distintos instrumentos.

Valor promedi o

Varianza esperada

Intervalo de incertidumbre

Intervalo de Varianza

100mL



99.84  100.16  

0.016 2.35

24.8C°



24.6  25 

0.02 3.15

250mL



249.88  250.12  ↔

0.013 1.89

5mL



4.9  5.1 

0.01 1.57

500mL



499.92  500.08 

3.99g



3.94  4.09  ↔

0.005 0.78

50mL



49.99  50.01   ↔

0.001 0.157

120s

  

119.99  120.01  

0.001  0.15 

↔

↔

↔

↔

↔

↔

↔

↔

↔

0.0087 1.2629 ↔

 ↔

↔

↔

Fuente: Muestra de cálculo de hipótesis nula.

9

10

 Algoritmo Experimental

11

12

Diagrama de Metodología de Cálculo. Inicio

A, Ca

Determinación de

Determinación de

Velocidad Inicial (Vo)

Concentración Final (Caf ).

  

Cao

(C   C )  

    Cα

Figura No. 2

Ln(v) Vs Ln(Ca)

1.2

Ln (V) Ln (Ca)

    ) 1    V     ( 0.8    n    L0.6

0.4 0.2 0 0

0.5

1

1.5

Ln(Ca)

A

B

13

B

A

Linealización de la Figura No. 2 Ln (V)=αLn(Ca)+LnK

Efecto de la Temperatura 1    (

E

) RT

Ec. 3 Ref. 3 Determinación de Orden y Constante Cinética de la Reacción α k= 

Linealización de la Figura No. 3 Ln (k1)=-(Ea/R)*(1/T) -(Ea/R)=m Ea=-m*R

Fin

14

Tabla III.

Variables y Unidades

Símbolo

Significado

Unidad

t Cao Caf A V Vo α K

Tiempo Concentración Inicial Concentración Final Absorbencia Velocidad de Reacción Velocidad Inicial de Reacción Orden de la Reacción Constante Cinética Constante Cinética Efecto de la Temperatura Energía de Activación Constante de los gases. Temperatura Constante pre-exponencial.

s mol/L mol/L ---------mol/L*s mol/L*s -------------------

K1 Ea R T Q

---------J/mol KJ/Kmol*k  K ---------Fuente: Elaboración propia.

15

16

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA:

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE FISICOQUÍMICA SECCIÓN:

2

 A

PRE-REPORTE 3 DATOS DE LA PRÁCTICA CÓDIGO:

TEMA DE LA PRÁCTICA:

N MERO:

FECHA:

3

7

14

“Cinética de reacción azul de metileno ascórbico “

ácido

ENTREGA (LFQ) FECHA DE ENTREGA:

7

3

14

SELLO:

OBSERVACIONES:

HORA DE ENTREGA:

REVISIÓN (LFQ) CATEDRÁTICO FECHA DE REVISIÓN:

FIRMA:

CALIFICACIÓN:

INSTRUCTOR

GRUPO

4

#

CARN

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

2011-14509 2009-15350 2009-15211 2010-10660 2010-20826

NOMBRE

Clara Sofia Motta Rodriguez Gilberto Antonio Mazariegos Mejía Carlos Guillermo López Silvia Noemí Hernández Cristian ObeldoMendezDardón

17

18

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE FISICOQUÍMICA

Laboratorio de Fisicoquímica 2 Sección:

B

 A

Fecha 6

03

14

Semana

Nombre de la práctica

2

X

N

X

Práctica No.

“Cinética de reacción: azul de metileno -ácido ascórbico” HOJA DE CÁLCULO DE REACTIVOS

GRUPO

4

#

CARNÉ

NOMBRE

COORDINADOR

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

2011-14509 2009-15350 2009-15211 2010-10660 2010-20826

Clara Sofia Motta Rodriguez Gilberto Antonio Mazariegos Mejía Carlos Guillermo López Silvia Noemí Hernández Cristian ObeldoMendezDardón

X

No.1 Cálcu lo del v olu men de ácid o s ulf úric o a u tili zar: 

      



 



 



 

   

No.2 Cálcul o de los g ramo s de azul de metileno a utilizar: 1 1  

 1 1     1 1  



 

   1 1  

No.3 Cálcul o d e los g ramo s d e azul d e metileno a utilizar: 1 1  

Firma

 1 1     1 1  

página

de



 

    1 1  

Sello

19

20

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE FISICOQUÍMICA

2

Laboratorio de Fisicoquímica 1 Sección: Fecha

B

 A 6

03

14

N

X

Semana

Nombre de la práctica

X

Práctica No.

8

“Cinética de reacción: azul de metileno -ácido ascórbico” HOJA DE CÁLCULO DE REACTIVOS

GRUPO

#

CARNÉ

NOMBRE

4

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

2011-14509 2009-15350 2009-15211 2010-10660 2010-20826

Clara Sofia Motta Rodriguez Gilberto Antonio Mazariegos Mejía Carlos Guillermo López Silvia Noemí Hernández Cristian ObeldoMendezDardón

Tabla IV.

COORDINADOR

X

Transmitancia inicial de la solución de azul de metileno a diferentes temperaturas Solución

Transmitancia inicial

Temperatura (°C) 25

Azul de metileno -4 (5x10 M)

37 52 Fuente: Elaboración propia

Firma

página

de

Sello

21

Tabla V.

Transmitancia de la mezcla de azul de metileno con ácido ascórbico a 25°C

No. de mezcla 1 2 3 4 5

T1

T2

T3

T (promedio)

Fuente: Elaboración propia

Tabla VI.

Transmitancia de la mezcla de azul de metileno con ácido ascórbico a 37°C

No. de mezcla 1 2 3 4 5

T1

T2

T3

T (promedio)

Fuente: Elaboración propia

Tabla VII.

Transmitancia de la mezcla de azul de metileno con ácido ascórbico a 52°C

No. de mezcla 1 2 3 4 5

T1

T2

T3

T (promedio)

Fuente: Elaboración propia

Firma

22

página

de

Sello

Incerteza de los instrumentos utilizados

Tabla VIII. Instrumento

Incerteza

Fuente: Elaboración propia

Tabla IX. No.

Observaciones Cualitativas Observaciones Cualitativas

1

2

3 Fuente: Elaboración propia

Firma

página

de

Sello

23

24

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE FISICOQUÍMICA

2 X

Laboratorio de Fisicoquímica 1 Sección Fecha

 A 7

14

3

B

X

Semana

Nombre de la práctica

N Práctica

N

“Cinética de reacción: azul de metileno -ácido ascórbico”

GRUPO

#

CARNÉ

NOMBRE

COORDINADOR

4

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

2011-14509 2009-15350 2009-15211 2010-10660 2010-20826

Clara Sofia Motta Rodriguez Gilberto Antonio Mazariegos Mejía Carlos Guillermo López Silvia Noemí Hernández Cristian ObeldoMendezDardón

X

Cristalería y Equipo Cantidad Propuesta Real 2 1 1 1 1 1 8 5 3 1 1 1 4 1

Firma

Descripción

Revisión 1

Revisión 2

Balón aforado (500mL) Balón aforado (250mL) Balón aforado (100mL) Beacker (600mL) Beacker (200mL) Beacker (100mL) Beacker (50mL) Balón aforado (50mL) Pipeta Serológica (5mL) Cronometro Termómetro (200C°) Plancha Vidrios de Reloj Celda espectrofotométrica

página

de

Sello

25

26

Bibliografía

1. BROWN, Theodore L. “Química: La Ciencia Central”. Escalona y García, Héctor (Traductor), Escalona y García, Roberto (Traductor). Novena Edición. México: Pearson Education, 2004. Págs. 485-500.

2. LEVINE, Ira N. “Fisicoquímica” Gonzáles Ureña, Ángel (Traductor). Quinta Edición. España: McGraw-Hill, 2004. En Cap. 13 y 14

3. PERRY, Robert H. “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook” Green, Don W. (Editor). Seventh Edition. United States Of America: McGraw-Hill, 1997. Chapter 4 Thermodynamics.

4. SMITH, J.M., VAN NESS H.C. “Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química”. Urbina Medal Edmundo G. (Traductor). Quinta Edición. México: McGraw-Hill, 1996.

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