Practica de Laboratorio Final

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Prácticas de Fisicoquímica de los PAI 2015 Practica N° 8: Orden de Reacción UNT

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Practica N° 8:Orden de Reacción

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Practica N° 8:

Orden de Reacción

UNT

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INTRODUCCIÓN

La cinética de las reacciones químicas es la parte de la química que se encarga del estudio de la rapidez con la que tienen lugar las reacciones , uno de los temas más importantes en cualquier proceso químico.

El conocimiento de las velocidades de reacción es importante no sólo por sí mismo, sino también para la industria química, para comprender procesos bioquímicos importantes para la vida y en otros campos de aplicación.

Por lo tanto, debemos definir qué es eso de la rapidez con que transcurre una reacción y aprender a medirla, así como descubrir qué relaciones existen entre la rapidez de las reacciones y el equilibrio químico.

Pero sobre todo, debemos saber cómo tienen lugar las reacciones y cuáles son los procesos microscópicos que corresponden a los cambios en las especies químicas.

Dado que la mayoría de las reacciones se producen a través de colisiones moleculares de algún tipo, es importante también estudiar la naturaleza de estas colisiones y la cinética química participa en dicho estudio.

UNT

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OBJETIVOS

Determinar el orden de reacción del proceso estudiadoDeterminar la energía de activación del proceso estudiado.

FUNDAMENTO TEORICO

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n = es el orden de reacción. Este número (entero o fraccionario) se obtiene experimentalmente y describe la forma en que la velocidad depende de la concentración del reactante. Con base en los valores más comunes de n, se clasifican las reacciones químicas, de la manera siguiente:

 

REACCIONES DE ORDEN CEROLas deducciones de todas las ecuaciones, parten de los siguientes planteamientos:

o Al tiempo cero (inicial), t°, la cantidad inicial del reactante A, es: CAº = a (mol/l).

o Después de transcurrir un intervalo de tiempo, al tiempo t, la concentración de A que queda sin reaccionar, es: CA = a – x (mol/l),siendo:

o x = moles de producto formado (CP).

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REACCIONES DE PRIMER ORDEN

Reacciones de primer orden (n = 1), del tipo: A   P

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REACCIONES DE SEGUNDO ORDEN

Reacciones de segundo orden (n = 2), del tipo: A + B   P

VIDA MEDIA DE LAS REACCIONESLa vida media de una reacción, es el tiempo en el que ha reaccionado la mitad del reactante A.

ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

Todas las reacciones se llevan a cabo en dos etapas, como se muestra en las siguientes gráficas.

A + B ↔ [AB] * → C + D

1. Etapa endotérmica ∆Hr (+), que representa la energía que necesitan absorber los reactantes y, que debe ser igual o mayor a la energía de

UNT

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activación.

Al colisionar los reactantes, se forma un compuesto intermedio, denominad complejo activado, que representa un estado de transición de gran energía (muy inestable), en el que se rompen y forman nuevos enlaces.

1. Etapa exotérmica ∆Hp (-), que es la energía que libera el complejo activado, para dar lugar a los productos.

La entalpía total de la reacción es la suma de las dos etapas. De acuerdo al valor de cada etapa, será la reacción globalmente endo o exotérmica.

∆H = ∆Hr (+) + ∆Hp (-)

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MATERIALES

Fruta: manzana y membrilloBalanza semianalítica RefrigeradoraIncubadora

METODOLOGIA

Orden de reacción para la pérdida de peso.

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Verificar el cambio de peso en frutas y hortalizas frescas durante 6 días a diferentes temperaturas (refrigeración, ambiente y con calentamiento)

RESULTADOS

MANZANA

Tiempo ΔE Prom Ln(ΔE) Ln(ΔE)0 0 #¡NUM! #¡DIV/0!5 12.7313119 2.54406446 0.0785465

10 15.1086346 2.71526641 0.0661873215 16.3869388 2.7964846 0.0610242120 20.3326087 3.01222594 0.0491820825 13.5706325 2.60790808 0.07368853

R2L a b 1/ΔE LN(ΔE) ΔE

66.3 0.9 22.9 #¡DIV/0! #¡NUM! 067.3 1 18.6 0.22645541 1.48520723 4.4158804365.8 1 20.3 0.37742568 0.97438161 2.6495282666.6 1.4 20 0.3380617 1.08452685 2.9580398966.1 1.2 28.6 0.17508866 1.7424628 5.7113921266.8 1.6 20.8 0.44065265 0.81949836 2.26936114

R3L a b ΔE Ln(ΔE) 1/ΔE

66.6 0.3 24.7 0 #¡NUM! #¡DIV/0!64.6 1.1 24.2 2.2113344

40.7935961

50.4522156

363.5 2 25.4 3.6041642

61.2820899

20.2774568

363.5 2.1 25.4 3.6523964

71.2953835

20.2737928

462.6 2.5 26.4 4.8713447

81.5833700

40.2052821

2

UNT

R1L a b ΔE

68.8 1 18.8 063.7 1.6 22.1 6.1040969862.2 2.1 24.6 8.8549421260.7 1.9 24.2 9.7765024459.9 1.8 22.7 9.7498717964.3 2 21.3 5.24404424

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61.9 3.1 27.3 6.05722709

1.80125212

0.16509204

MEMBRILLO

Tiempo ΔE Prom Ln(ΔE) 1/ΔE0 0 #¡NUM! #¡NUM!5 13.727300

12.6193865

60.9629401

510 30.442040

83.4158245

81.2284189

215 34.499358 3.5409407

21.2643924

320 38.691685

83.6556247

41.2962670

125 36.090973

63.5860428 1.2770493

1

UNT

R1 R2L a b ΔE L a b ΔE

67.6 -0.2 22.5 0 71.1 0 17.6 066.9 2.4 25.2 3.81313519 66.4 2.8 23.6 8.1197290664.3 3.7 25.1 5.73236426 53.2 7.9 23.4 20.407351662.4 5.3 26.8 8.70517088 51.7 8 23.7 21.85337561.3 6.3 27 10.108907 50.5 8.6 23.3 23.039314260.2 6.8 27.4 11.3035393 53.6 6.2 20 18.7203098

R3L a b ΔE Ln(ΔE) 1/ΔE

67.4 -0.1 24.7 0 #¡NUM! #¡DIV/0!66.5 1.4 25.1 1.79443584 0.58469068 0.5572782164.5 2.8 26 4.30232495 1.45915556 0.2324324764.8 2.8 25.3 3.9408121 1.37138682 0.253754863.5 3.5 26.3 5.54346462 1.71261969 0.180392663.3 3.9 26.7 6.06712452 1.80288477 0.16482273

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0 5 10 15 20 25 302.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3

3.1

n=1

n=1

UNT

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0 5 10 15 20 25 300

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

n=2

n=2

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4

5

6

7

f(x) = − 0.0129284377045691 x + 0.468694459686128R² = 0.864189869327512

f(x) = 0.0463318410952602 x + 0.656160731918262R² = 0.932893929836795

f(x) = 0.218939421094349 x + 0.662668410050326R² = 0.940248832389836

n=0Linear (n=0)n=1Linear (n=1)n=2Linear (n=2)

UNT

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CONCLUSIONES

No podríamos llegar a conclusiones acertadas.Ni podríamos decir que llegamos a orden 0, tiene un componente totalmente distinto. Depende de concentración de enzimas.En R3 el 94% el pardeamiento enzimático fue de orden 0 en la manzana

RECOMENDACIONESUNT

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Otra vez que realicemos este tipo de prácticas el colorímetro debe estar completamente limpio

El tipo de corte debe estar muy parejo para que no haya oscurecimientos

BIBLIOGRAFIA

R.S.Berry, S.A.Rice y J.Ross - “Physical Chemistry - Part 3 – Physical and Chemical Kinetics”, 1ª ed, 1980 – J.Wiley & Sons – (pág. 1117).

Practica N° 9:UNT

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Isotermas de Adsorción

INTRODUCCIÓN

El concepto de adsorción, se refiere a la unión de los átomos, iones o moléculas de un gas  o de un líquido (adsorbato) a la superficie de un sólido o líquido (adsorbente). En los sólidos porosos o finamente divididos la adsorción es mayor

UNT

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debido al aumento de la superficie expuesta. De forma similar, la superficie adsorbente de una cantidad de líquido se incrementa si el líquido está dividido en gotas finas. En algunos casos, los átomos del adsorbato comparten electrones con los átomos de la superficie adsorbente, formando una capa fina de compuesto químico. La adsorción es también una parte importante de la catálisis y otros procesos químicos. En la absorción, las moléculas de la sustancia adsorbida penetran en todo el volumen del sólido o líquido adsorbente.

OBJETIVOS

Construir la curva de isoterma de adsorción de un producto secoDeterminar el valor de monocapa, de un producto seco según modelos matemáticos.

UNT

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FUNDAMENTO TEORICO

La adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados

o retenidos en la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es

un fenómeno de volumen. Es decir, es un proceso en el cual por ejemplo un

contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua mediante el contacto con

una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce

como desorción

En química, la adsorción de una sustancia es la acumulación de una sustancia en

una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación

de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido.

UNT

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Considérese una superficie limpia expuesta a una atmósfera gaseosa. En el

interior del material, todos los enlaces químicos (ya

sean iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos constituyentes están

satisfechos. En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad

de esos enlaces. Para esos enlaces incompletos, es energéticamente favorable el

reaccionar con lo que se encuentre disponible, y por ello se produce de forma

espontánea.

La naturaleza exacta del enlace depende de las particularidades de los

especímenes implicados, pero el material adsorbido es generalmente clasificado

como fisisorbido o quimisorbido

La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se

alcanza entre la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la

cual se evapora, y que normalmente dependen de forma importante de la

temperatura. Cuanto mayor sea la tasa de adsorción y menor la de desorción,

mayor será la fracción de la superficie disponible que será cubierta por material

adsorbido en el equilibrio.

Para estos procesos, resultan interesantes materiales con una gran superficie

interna, (y por lo tanto poco volumen) ya sea en polvo o granular, como el carbón

activo, y llevan asociados otros fenómenos de transporte de material, como

el macro transporte y micro transporte de los reactivos.

La adsorción por carbón activado es una tecnología bien desarrollada capaz de

eliminar eficazmente un amplio rango de compuestos tóxicos. Produciendo un

efluente de muy alta calidad

Tipos de adsorción según la atracción entre soluto y adsorbente

Adsorción por intercambio: Ocurre cuando los iones de la sustancia se

concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en

los lugares cargados de la superficie (p. ej. en las cercanías de un electrodo

cargado).

Adsorción física: Se debe a las fuerzas de Van der Waals y la molécula

adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie, y por ello está

libre de trasladarse en la interfase.

Adsorción química: Ocurre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes en los

centros activos del adsorbente.

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Termodinámica de la adsorción

La adsorción es el proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel

microscópico) es capaz de retener partículas de un fluido en su superficie tras

entrar en contacto con éste.

El adsorbente dispone de nanoporos, lo que se conoce como centros activos, en

los que las fuerzas de enlace entre los átomos no están saturadas. Estos centros

activos admiten que se instalen moléculas de naturaleza distinta a la suya,

procedentes de un gas en contacto con su superficie. La adsorción es un proceso

exotérmico y se produce por tanto de manera espontánea si el adsorbente no se

encuentra saturado.

La aplicación más importante de la termodinámica de la adsorción es la de

calcular los equilibrios de fase entre un sólido adsorbente y una mezcla gaseosa.

En este desarrollo, por simplicidad, solo tomaremos en consideración gases puros

(monocomponentes).

La base de todo este cálculo son las isotermas de adsorción, las cuales dan la

cantidad de gas adsorbido en los nanoporos como una función de

la presión externa (del gas). Latermodinámica solo puede aplicarse a las isotermas

de adsorción en el equilibrio. Esto significa que se debe poder llegar a cualquier

punto de la curva elevando o disminuyendo la presión; en otras palabras, las

curvas de adsorción y desorción tienen que coincidir. Esto ocurre solo si no

existe histéresis. La histéresis no se da en poros menores de 2 nm, sin embargo,

se observa en poros lo suficientemente grandes como para que en su interior se

condense gas para formar líquido.

La isoterma de adsorción para un gas puro es la relación entre la cantidad

adsorbida específica n (moles de gas por kilogramo de sólido) y P, la presión

exterior de la fase gaseosa. La mayor parte de isotermas se pueden ajustar

mediante una ecuación del virial modificada:

donde K es la constante de Henry (el valor de la isoterma de adsorción

dn/dP cuando la presión tiende a cero), m la capacidad de saturación del medio

sólido (mol kg-1) y Ci son los coeficientes del virial. Normalmente tres coeficientes

bastan para ajustar la curva a los datos experimentales.

UNT

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Isotermas de adsorción del C2H4 en NaX. Ecuación (1) frente a datos

experimentales.

Nótese que las isotermas han de obtenerse a partir de la interpolación de datos

experimentales, aunque existen también modelos moleculares, al margen de la

termodinámica, de los que se pueden obtener teóricamente las propiedades del

sistema. La interpolación de las isotermas de adsorción respecto de la

temperatura se basa en la ecuación

donde   es la entalpía de adsorción diferencial, negativa porque la adsorción es

un proceso exotérmico, como ya hemos comentado. El valor absoluto de   se

denomina "calor isostérico".

Normalmente la entalpía diferencial se calcula a partir de la ecuación (2) haciendo

uso de dos o más isotermas de adsorción. El gran potencial desempeña un papel

fundamental en la termodinámica de la adsorción. Se define como

donde F es la energía libre de Helmholtz. Las variables independientes son

temperatura, volumen y potencial químico. Para adsorción en un gas puro, el gran

potencial se obtiene a partir de la integración de una isoterma:

UNT

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Ω se expresa en J kg-1 de adsorbente sólido. El significado físico del gran potencial

es la variación de energía libre asociada a la inmersión isotérmica del adsorbente

'virgen' en el volumen del gas.

La entalpía de inmersión H es la integral de la entalpía diferencial:

Al igual que Ω, tiene unidades de J kg-1.

Una vez obtenidas la energía de inmersión (Ω) y la entalpía de inmersión (H), la

entropía de inmersión es:

A partir de estas ecuaciones se puede hacer todo el análisis termodinámico en un

sistema formado por un adsorbente y un gas. No debemos dejar de tener en

cuenta que la determinación de la ecuación (1), de donde hemos derivado todas

las demás, se hace a partir de mediciones experimentales.

MATERIALES

Productos secos: leche en polvoAgua puraSoluciones saturadas de sales giroscópicas Agente deshidratante: acido sulfúrico en grado reativoNaClVasos descartablesMaterial de vidrioTermómetroBalanza analítica

UNT

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Estufa

METODOLOGIA

Construcción de la curva isoterma de adsorción

Escoger una muestra seca y homogénea :100 gr. De leche en polvo.Determinar el % de humedad (%H) y % de materia seca(%m.s) en la muestr, para lo cual trabajar con 3-5g. de muestra. La muestra debe ser representativa.

%m.s =100-%HPreparar las soluciones saturadas y colocarlas en las campanas de vidrio o en su defecto preparar la solución deshidratante con acido sulfúrico y NaCl.Pesar exactamente 2g.de muestra (m) y colocarlos en los vasos descartables, pesar los recipientes que contienen la muestra (Wi)y tapar inmediatamente para evitar la ganancia de humedad

UNT

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Colocar adecuadamente los recipientes con su contenido en las campanas evitando que haga contacto con las soluciones.

Muestra

solución

higroscópica

RESULTADOS

%H=P1−P25

∗100

%H=47.7−47.45

∗100

UNT

H %H

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%H=6%

m .s .=(%m.s.)(m) /100

m .s .=(94 ) (2 )100

m .s .=1.88

Ad=p . vaso+ p .muestrad(7 dias)

Ai=2(%h)(aw)/100

At=Ad+Ai

UNT

PESO DE MUESTRA SECA

m=2 g …… %H= 6 %

Agua adsorbida

Agua inicial

Agua total

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Vaso (n°)

Wi Wf Ad Ai At X % HR

1 3.2 3.2 0 0 0 0 0

2 3.1 3.1 0 0.012 0.012 0.00638 10

3 3.2 3.2 0 0.03 0.03 0.016 25

4 3.1 3.1 0 0.048 0.048 0.025 40

5 3.2 3.2 0 0.06 0.06 0.032 50

6 3.2 3.3 0.1 0.078 0.178 0.095 65

7 3.1 3.5 0.4 0.12 0.52 0.277 100

UNT

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.550

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = 34.7191715418319 x + 13.191642557406R² = 0.979640112334539

METODO B.E.T.

METODO B.E.T.Linear (METODO B.E.T.)

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UNT

MICROAMBIENTES

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Vaso (n°)

% HR aw Peso vaso

P.vaso+ muestra

Peso muestra

P.vaso+muestra d(7dias)

1 0 0 1.2 3.2 2 3.2

2 10 0.1 1.1 3.1 2 3.1

3 25 0.25 1.2 3.2 2 3.2

4 40 0.40 1.1 3.1 2 3.1

5 50 0.50 1.2 3.2 2 3.2

6 65 0.65 1.2 3.2 2 3.3

7 100 1.00 1.1 3.1 2 3.5

CONCLUSIONES

Hemos logrado construir la curva de la isoterma de adsorción de un producto seco

Cuya ecuación es la sgte.:

Método B.E.T.

y = 34.719x + 13.192R² = 0.9796

UNT

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BIBLIOGRAFIA

] M. Alonso, E. J. Finn, Física Vol. I: Mecánica, Fondo Educativo Interamericano, México, 1986.

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ERNABEI, D. (1994). Seguridad. Manual para el laboratorio. Darmstadt RFA: E. Merck, GIT Verlag.

UNT