RESUMEN

RESUMEN

El objetivo de la prctica realizada es la determinacin de la constante de velocidad de la reaccin de descomposicin cataltica del H2O2.

Las condiciones de laboratorio a las que se trabaj fueron: una presin de 756mmHg, una temperatura de 180C y un porcentaje de humedad del 92%.

Para el estudio de la velocidad de descomposicin del H2O2, se utiliza el mtodo gasomtrico, que consiste en colocar en un reactor, un volumen de catalizador, en este caso, cloruro frrico, con agua, e introducirlo en un bao a determinada temperatura, durante 10 minutos; luego, se coloca en el reactor, un volumen de H2O2, se observar un desprendimiento de gas (oxgeno), este es medido a travs de desplazamiento del agua que se encuentra dentro de la bureta que esta conectada as misma a un vaso nivelador. El volumen se toma para varios intervalos de tiempo. Luego se deja el reactor en un bao de agua en ebullicin, para que se realice la descomposicin total, para que en un tiempo t( se realice nuevamente la medicin del volumen desplazado(V().

Con los datos obtenidos se realizan diferentes grficas de las cuales se obtendrn el orden de la reaccin, as como las constantes, K1 y K2, 2.507x10-3 y 3.427x10-3 respectivamente a las dos temperaturas de trabajo y con estas poder hallar la energa de activacin del sistema que resulta ser de 11.580Kcal/mol.

INTRODUCCIN

El estudio de la cintica qumica, est constituido por el estudio de la velocidad de las reacciones qumicas. Experimentalmente se ha encontrado que la velocidad de una reaccin depende de la temperatura, la presin y las concentraciones de las especies implicadas. La presencia de un catalizador puede aumentar la velocidad considerablemente.

Mediante el anlisis de la velocidad de una reaccin y de su dependencia respecto de los factores enunciados, se puede aprender mucho sobre las etapas por las que los reaccionantes se transforman en productos.

A continuacin se har un estudio de la velocidad de descomposicin cataltica del perxido de hidrgeno.

PRINCIPIOS TERICOS

Con frecuencia pequeas cantidades de sustancias extraas agregadas a un sistema reaccionante son suficientes para detener considerablemente la actividad cataltica superficial. Tales sustancias se denominan venenos de los catalizadores y son de dos clases: temporales y permanentes. En los temporales, el envenenamiento tiene lugar en el periodo en que el veneno esta en contacto con el catalizador. En cuanto aquel se remueve se restaura la actividad. La disminucin de esta se debe, en la mayora de las ocasiones, a la fuerte adsorcin preferencial del veneno sobre la superficie del catalizador.

En el curso de una reaccin qumica, las concentraciones de todas las especies presentes varan con el tiempo, cambiando as las propiedades del sistema. La velocidad de la reaccin se calcula midiendo el valor de cualquier propiedad adecuada que pueda relacionarse con la composiciion del sistema comoo una funcin del tiempo. La propiedad escogida debe ser de fcil medicin, debe variar lo suficiente en el curso de la reaccin para que permita una distincin precisa entre las diversas composiciones del sistema a medida que transcurre el tiempo. Esta propiedad, depende de cada reaccin. El nmero de mtodos para seguir una reaccin con el tiempo es considerable, varios de ellos son: las variaciones de presin, de pH, el ndice de refraccin, de la densidad ptica a una o varias longitudes de onda, cambios de la conductividad trmica, del volumen y de la resistencia elctrica. Mtodos fsicos como estos son ms convenientes que los qumicos.

No importa la propiedad que se escoja, para medir, los datos deben, en ltima instancia, traducirse en trminos de variaciones de concentracin de los reactantes o productos en funcin del tiempo.

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

* Determinacin de la Constante de velocidad del H2O2:

Para una temperatura de 30C:

Tabla N0 1

Tiempo (s)Volumen(ml)(V( - Vt)

302.930.8

604.928.8

906.627.1

1208.325.4

15010.523.2

18012.021.7

21013.520.2

24015.118.6

27016.417.3

30017.915.8

33018.814.9

36019.913.8

Volumen ( 33.70

Para una temperatura de 350C:

Tabla N0 2

Tiempo (s)Volumen(ml)(V( - Vt)

305.424.0

607.721.7

909.719.7

12011.717.7

15013.416.0

18014.914.5

21016.413.0

24017.711.7

27019.310.1

30021.38.1

33022.37.1

36022.96.5

Volumen ( 29.40

Resultados Experimentales:

Tabla N0 3

A 30C

CA1CA2t1T2CAVrxLog VrxLog CA

2926.66694280.0857-1.06701.4472

25.122.911615224.10.0611-1.21401.3820

20.118.720423619.40.0438-1.35851.2878

17.215.027032616.10.0393-1.40561.2068

Tabla N 4

A 35C

CA1CA2t1T2CAVrxLog VrxLog CA

23.421.1406622.70.0885-1.05311.3560

17.815.511615816.80.0548-1.26121.2253

13.210.920425612.20.0442-1.35431.0864

9.17.63043568.40.0288-1.53990.9243

Tabla N5

*A T=30C

Log (V(-Vt)t

1.48930

1.45960

1.43390

1.405120

1.365150

1.336180

1.305210

1.270240

1.238270

1.198300

1.173330

1.140360

Tabla N6

*A T=35C

Log (V(-Vt)t

1.38030

1.33660

1.29490

1.248120

1.204150

1.161180

1.114210

1.068240

1.004270

1.908300

1.851330

1.813360

Orden de la Reaccin1

Cte. de velocidad(300C)2.507x10-3

Cte. de velocidad(350)3.427x10-3

Energa de Activacin11.580Kcal/mol

EJEMPLO DE CLCULOS

a) Grafique (V( - Vt) vs. t para cada temperatura.

Para T=30C

V(=33.7ml

Cuando t = 30 segundos:

V( - Vt = (33.7 2.9)ml = 30.8ml

Para T=35C

V(=29.4ml

Cuando t = 30segundos:

V( - Vt = (29.4 5.4)ml = 24.0ml.

De la misma manera se calculan los valores que se encuentran en las tablas 1 y 2 y se realizan los grficos 1 y 4, que resultan ser curvas, en las cuales toma 4 puntos, en los que se trazan tangentes a la curva, obteniendo as, velocidades de reaccin a diferentes concentraciones.

b) Grafique el logaritmo de la velocidad de la reaccin para diferentes intervalos de tiempo en funcin del log(V( - Vt) y halle el orden de la reaccin.

Tomando tangentes en los puntos A, B, C y D en las grficas 1 y 4

Para el caso T=30C:

CA = 28ml

CA1 = 29.0ml

t = 66 s

CA2 = 26.6ml

t = 94 s

Entonces el valor de Vrx ser m de cada tangente.

Para este caso

-m = Vrx = -(26.6-29)/(94-66) = 0.0857

Esto indica que la reaccin de descomposicin cataltica del H2O2 es de primer orden.

Tomando log(V( - Vt)

Para cada velocidad de reaccin y para cada punto de tangencia:

logVrx = log0.0857 = -1.0670

logCA = log28.00 = 1.4472

Los dems valores de las tablas 3 y 4 se hallan de la misma manera y con estos se realizan las grficas 2 y 5.

c) Grafique el log(V( - Vt) vs. t

Esta grfica resulta ser una recta de cuya pendiente se obtiene la constante de velocidad:

Para el caso T=30C

m = -1.09 = -k/2.3

K1 = 2.507x10-3

Para el caso T=35C

m = -1.49 = -k/2.3

K2 = 3.427x10-3

d)Halle la energa de activacin de la reaccin:

Para este clculo se necesita conocer las constantes de velocidad a dos diferentes temperaturas, lo que se obtiene a partir de las grficas 3 y 6.

Entonces la energa de activacin es igual:

Log K1 = - Ea 1 - 1 . K2 (2.3xR) 308 303

Log 3.427x10-3 = - Ea 1 - 1 . K-1 2.507x10-3 (2.3x1.987 Kcal/mol. K) 308 303

Ea = 11.580 Kcal/mol.

ANLISIS DE RESULTADOS

De los resultados obtenidos en la presente prctica se puede observar que la concentracin del perxido de hidrgeno es inversamente proporcional al tiempo que transcurre, mientras que la concentracin del oxigeno se va incrementando al pasar este, esto se nota al observar el desplazamiento del agua en la bureta. Con este procedimiento, mediante grficas y clculos, se determina el grado de la reaccin que para este caso resulta ser de primer grado, se determinan tambin, las constantes de velocidad de la reaccin, las cuales varan directamente con la temperatura ya que (a mayor temperatura mayor valor de la constante).

Durante la prctica se tuvo algunos problemas como por ejemplo la fuga de gas por una de las mangueras lo que origin un desplazamiento errado del agua en la bureta, debido a la perdida de oxigeno.

A parte de esto, tambin se pudo haber nivelado mal el desplazamiento del agua con la pera, y esto lgicamente origina errores, ya que si la pera no est bien nivelada con el nivel de agua en la bureta, esta ejerce una presin que evita que el agua se desplace con facilidad y por lo tanto el volumen de agua medido no ser el correcto.

Un error mnimo podra ser al no haber mantenido la temperatura del sistema constante, mnimo porque se tuvo mucho cuidado con este requisito.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se concluye que muchas reacciones que son lentas a temperaturas ordinarias, se producen con gran rapidez cuando se aumenta la temperatura, o se le hace uso de un catalizador.

Como la velocidad de la mayora de reacciones es muy sensible a la temperatura, la vasija de la reaccin debe mantenerse en un termostato para que la temperatura permanezca constante

El catalizador altera la velocidad de una reaccin. En la mayora de casos el papel del catalizador es el aumento de la velocidad de reaccin, aunque en algunos casos los catalizadores (inhibidores), se emplean para frenar una reaccin.

Se debe observar con cuidado el desplazamiento del agua en la bureta, tambin se debe cuidar que no haya fugas de oxigeno.

Se recomienda mantener la temperatura constante en el transcurso de la reaccin, ya que esta afecta notablemente en el desarrollo de la reaccin.

BIBLIOGRAFA

1.Maron H Samuel, Carl F. Prutton, Fundamentos de Fisicoqumica, 1era Ed., Ed. Limusa, S.A. de C.V. (Pg. 559, 564)

2.Laidler Meiser, Fisicoqumica, 1ra edicin en espaol, Ed. Continental, S. A. de C. V, Mxico, 1997

4.Castellan G., Fisicoqumica, 1ra ed, fondo educativo Interamericano, Mexico, 1978.( Pgs. 717-724, 750-751)CUESTIONARIO

1) En qu difieren las dimensiones de las constantes de velocidad de reacciones de primer orden y segundo orden?

Segn la ley de accin de las masas la velocidad de cualquier reaccin monomolecular: A Productos, debe ser en cualquier instante t proporcional a la concentracin de A, CA, presente en ese momento, es de:

-dCA/dt = K1CA

El factor de proporcionalidad K se denomina velocidad de reaccin de primer orden. Al hacer CA=1 en la ecuacin anterior, se deduce que su significado es la velocidad de la reaccin cuando la concentracin es igual a la unidad.

Las dimensiones de K1, se deducen de la ecuacin K1=(-1/ CA)(dCA/dt) que son el recproco del tiempo, esto es la frecuencia. Para cualquier reaccin de primer orden, K, debe ser una constante caracterstica de la reaccin, independiente de la concentracin y funcin nicamente de la temperatura.

Una reaccin bimolecular cualquiera, se representa en general as: A + B Productos.

Si se designa por a y b a las concentraciones iniciales de A y B respectivamente y por x el decremento en concentracin de cada una en el tiempo t, entonces las de A y B sern (a-x) y (b-x) y la velocidad de la ecuacin para la reaccin de segundo orden es:

dx/dt= K2(a-x)(b-x)

Aqu K2 es la constante de velocidad especfica de tal reaccin y es igual a la velocidad cuando A y B son igual a la unidad.

Sus dimensiones son C1t-1 y su magnitud depende de la naturaleza de la reaccin, la temperatura y las unidades en que se expresa t y C.

2) Diferenciar la catlisis homognea de la heterognea

Estos dos tipos de catlisis se pueden diferenciar segn el catalizador forme una sola fase con los reactivos o constituya una fase separada, por ejemplo en la catlisis heterognea, el catalizador se encuentra en un estado diferente al de los reactantes.

3) Indagar sobre los mecanismos de reaccin en la catlisis cido-base.

Hay muchas reacciones qumicas que son catalizadas por cidos o bases o por ambos. El catalizador cido ms comn en solucin acuosa es el ion hidronio y el bsico ms comn es el ion hidroxilo. No obstante, ciertas reacciones son catalizadas por cualquier cido o base. Is cualquier cido cataliza la reaccin, se dice que esta es objeto de una catlisis cida general. Anlogamente, una catlisis bsica general hace relacin a la originada por una base. Is solo son efectivos ciertos cidos o bases se llama catlisis especfica cida o bsica. Un ejemplo de catlisis cido-base es la hidrlisis de los steres. La hidrlisis es catalizada por hidronio e hidroxilo pero no por otros cidos o bases. La velocidad de la hidrlisis es demasiado baja en ausencia del cido o de la base.

El mecanismo de la hidrlisis cida y bsica de un ster puede ilustrarse en los grficos a y b respectivamente.

PGINA 15