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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Equilibrio y Cinética
“DETERMINACIÓN DE LA LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ: REACCIÓN DE YODACIÓN DE LA ACETONA” Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
OBJETIVO GENERAL Conocer que la composición de un sistema reaccionante cambia a través del tiempo.
OBJETIVOS PARTICULARES: a) Seleccionar las variables que permitan determinar el cambio de la composición con el tiempo. b) Elegir la técnica analítica adecuada para determinar los cambios en la composición del sistema reaccionante. c) Encontrar un modelo matemático (ley experimental de rapidez) aplicando el método integral. d) Explicar el fundamento del método de aislamiento de Ostwald y su utilidad en el diseño de un estudio cinético.
PROBLEMA: Determinar la ley experimental de rapidez de la reacción de yodación de la acetona.
Reacción de formación del ion I3‒:
I2 (ac) I- (ac)
I3- (ac)
Reacción de yodación de la acetona:
CINÉTICA QUÍMICA: Es una rama de la fisicoquímica experimental que estudia la evolución de las reacciones químicas a través del tiempo y los factores que la afectan.
A B C D k
Algunos factores que afectan la rapidez de una reacción: Concentración de los reactivos. Temperatura. Catalizador / inhibidor. pH. Presión.
LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ: k
A B C D
r A B
Rapidez de una reacción:
r k A B x
1 d A 1 d B 1 d C 1 d D dt dt dt dt Descomposición de reactivos
r
d A dt
d B dt
Formación de productos
d C dt
x
d D dt
y
y
La experimental de rley : rapidez de reacción. rapidez es una expresión k: constante de rapidez. matemática a de x: ordenobtenida parcial partir de la información reacción con respecto experimental al reactivoque A. relaciona la de la reacción rapidez y: orden parcial de con respecto conreacción los diversos factores queallareactivo afectan.B.
LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ:
A B C D k
La rapidez de reacción r es la razón de cambio de la concentración de una especie química participante en la reacción con respecto al tiempo.
Orden total de reacción:
r k A B x
y
Orden parcial de reacción (x,y) es el exponente al que se encuentran elevadas cada una de las concentraciones de los reactivos.
n x y
x
x
y
y
La constante de rapidez k es la constante de proporcionalidad en la ley experimental de rapidez, la cual depende de diversos factores como la temperatura, pH, presencia o ausencia de un catalizador o inhibidor, etc. Es independiente del tiempo y de la concentración de las especies química participantes.
MÉTODO DE AISLAMIENTO DE OSTWALD:
A B C D k
r k B 0 A
r k obs A
x
y
B B 0 cte
A B y
r k A B x
x
Haciendo:
Esta ecuación se integra, suponiendo órdenes parciales de reacción x con respecto al reactivo A. Este tratamiento se conoce como método integral.
kobs k B 0
y
APLICACIÓN DEL MÉTODO INTEGRAL:
r k obs A
d A dt
x
Pero:
kobs A
x
d A dt
kobs A
x
A B C D
Cero (x = 0) Dos (x = 2)
dt
k
Orden supuesto:
Uno (x = 1)
O bien:
r
d A
t=0 t=t
A 0 B 0 A B
0
0
C D
ORDEN CERO:
dt
A kobs t A0 y m x b
kobs A
d A dt
0
kobs
A
t
A0
obs 0
d A k dt A A0 kobs t
[A] / (mol/L)
d A
■
Unidades: kobs (mol/L min) ■
m kobs
■ ■ ■
t / (min)
ORDEN UNO:
dt A
kobs A
d A
A A0
ln A kobs t ln A0
y m x b t
kobs dt 0
A ln kobs t A0
ln A ln A0 kobs t
ln [A]
d A
Unidades: kobs (min-1)
■ ■
m kobs
■ ■ ■
t / (min)
ORDEN DOS:
dt A
kobs A
d A
A A0
1 1 kobs t A A0
2
2
t
kobs dt 0
1 1 kobs t A A0
1/[A] / (L/mol)
d A
y m x b Unidades: kobs (L/mol min) ■
■ ■ ■
■
m kobs t / (min)
CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN A PARTIR DE LA ABSORBANCIA:
A bc B
Se mide experimentalmente la absorbancia como función del tiempo.
y m x B Cálculo de la B 0 concentración de I : c A B / b C / (mol/L)
Absorbancia
2
■ ■ ■ ■
■
■ ■
■ ■
■
Usar los datos de pendiente y ordenada de curva patrón.
■
■ ■
■
■ ■
■ ■
■
t / (min)
■
t / (min)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Encender el espectrofotómetro y esperar 15 min.
Seleccionar la longitud de onda (460 nm).
Calibrar el espectrofotómetro introduciendo la celda con el blanco en el porta-celda, esperar a que se ponga en ceros la absorbancia.
Llenar la otra celda con la mezcla de las las soluciones anteriores y leer la absorbancia cada minuto, hasta que la reacción se termine. Calibrar con el blanco en cada determinación. En un vaso de precipitados agregar 2 mL de HCl 0.323 M junto con el volumen indicado en la próxima tabla de acetona 1.33 M, y adicionar 4 mL de la solución de (I2-KI) 2 x 10-3 M, mezclando las soluciones.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Realizar 4 corridas de acuerdo con los datos de la siguiente tabla: Evento:
Volumen de acetona 1.33 M (mL):
Volumen de HCl 0.323 M (mL):
Volumen de I2 2 X 10-3 M (mL):
1
4.0
2.0
4.0
2
3.5
2.0
4.0
3
3.0
2.0
4.0
4
2.5
2.0
4.0
Realizar la siguiente tabla para cada una de las 4 corridas: Volumen de acetona 1.33 M (mL): ____
Tiempo (min) 1 2 etc…
Absorbancia:
[I2] (mol/L)
Concentración inicial de acetona (M): ____
ln [I2]
1/[I2] (L/mol)
C1V1 C2 V2
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES Trazar las gráficas de C vs t (orden cero), lnC vs t (orden uno) y 1/C vs t (orden dos), realizando la regresión lineal correspondiente.
Determinar el valor de la pendiente y el coeficiente de correlación r. De acuerdo con el método integral, el mejor ajuste será aquel que tenga el valor de r más cercano a 1 (r ≈ 1).
Realizar la siguiente tabla: [CH3COCH3]0 (mol/L)
kobs (unidades de acuerdo al orden)
ln [CH3COCH3]0
ln kobs
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES Trazar la gráfica ln kobs vs ln [B]0. Realizar la regresión lineal correspondiente.
Haciendo [CH3COCH3]0 = [B]0:
kobs k B 0
ln kobs
y
Linealizando:
ln kobs ln k y ln B 0
■ ■ ■
ln kobs y ln B 0 ln k
b ln k
concentración tiempo 1n
m y b k e ln [B]0
y m x b Unidades de k:
■
1
La pendiente corresponde el orden parcial de reacción con respecto a la acetona (y), mientras que k es la constante de rapidez de la reacción.
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES LEY EXPERIMENTAL DE RAPIDEZ:
r k A B x
y
r k I 2 CH 3 COCH 3 x
Determinar experimentalmente los parámetros cinéticos: El orden parcial de reacción con respecto al yodo (x). El orden parcial de reacción con respecto a la acetona (y). El orden global de reacción (n = x + y). La constante de rapidez k, en (mol/L)1-n(min)-1
y
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
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