3er Laboratorio PQ312 FQII

1. INTRODUCCIÓN

FACULTAD DE INGENERÍA DE PETROLEO, GAS NATURAL Y PETROQUÍMICA

LABORATORIO Nº 3:

”Cinética del sistema Perdisulfato yoduro”

PROFESOR: Ing. Lujan Barquero Jesús Jorge

INTEGRANTES:

Chávez Silva Cristian Alexánder 20100167I Hinostroza Velásquez Nathaly 20090359H

FISICOQUÍMICA II

Lima-2012

Cinética del sistema Perdisulfato Yoduro

Mientras más profundizamos nuestros conocimientos acerca de Cinética de las Reacciones Químicas, nos encontramos cada vez con sistemas de reacciones más complejos, en esta oportunidad le toca el análisis al sistema Perdisulfato (S2O8

2-) yoduro (I-) según:

I−¿+S2O8

2−¿→ 2SO4

2−¿+I2¿¿¿ Ecuación 1

Para lo cual nos fijamos los objetivos mostrados a continuación:

2. OBJETIVOS

- Determinación del Pseudoorden de reacción.- Determinar la constante de pseudovelocidad (k’).- Determinar los parámetros: Energía de activación y Factor preexponencial, usando le

teoría de Arrhenius.- Observar y analizar el efecto de un catalizador en la reacción.

3. INFORMACIÓN TEÓRICA

Cinética Química: La Cinética Química nos proporciona las herramientas que se pueden utilizar para estudiar las velocidades de las reacciones químicas en los niveles tanto macroscópico como atómico. En este último nivel, la información de la cinética química nos permite formular modelos de sistemas complejos, como el ser humano y la atmósfera1.

Velocidad de Reacción: Es la variación que experimenta la concentración de uno de los reactivos o de los productos de la reacción en la unidad de tiempo. La forma habitual de expresar la concentración es la molaridad2.La velocidad de reacción se expresa mediante la ley de velocidades:

r=−k CAa CB

b Ecuación 2

Orden de Reacción: La suma de los exponentes de las concentraciones de la Ecuación 1 dan pie al concepto de Orden de Reacción.

- Reacción de Orden 1 : Para la Reacción A→P obedece la ecuación: r=−k [ A] que da lugar a:

kt=ln[A ]0[A ]

Ecuación 3

- Reacción de Orden 2 : Para la Reacción A+B→P obedece la ecuación:r=−k [ A]2 que da lugar a:

kt= 1[A]

− 1[A ]0

Ecuación 4

1 Peter William Atkins,Loretta Jones, Principios de Química: Los Caminos Del Descubrimiento, p483.2 Química: Teoría y Problemas Escrito por José Antonio García Pérez p108.


Ecuación de Arrhenius: Describe el comportamiento de la constante de velocidad de reacción en función de la temperatura tiene la siguiente expresión:

k=Ae(−Ea

RT) Ecuación 5

Donde: k: constante cinéticaA: Factor preexponencialEa: Energía de ActivaciónR: Constante de gases idealesT: Temperatura

4. MATERIALES

Instrumental:

- 1 bureta de 10ml- 15 tubos de ensayo (limpios y secos), con sus respectivos tapones- Gradilla- Cronómetro- Termómetro- Vaso de precipitados-

Reactivos:

- Perdisulfao de Potasio (K2S2O8) 0.02M- Solución KI-Almidón-Tiosulfato 8.06x10-4M en tiosulfato y 0.3M en KI- Agua destilada- Hielo- Catalizador( Sulfato Cuproso-Sulfato Ferroso)


5. DIAGRAMA DE FLUJO


6. PROCEDIMIENTO

a) Efecto de la Concentración de perdisulfato sobre la velocidad de reacción:

- Preparar soluciones de Perdisulfao de Potasio (K2S2O8) 0.02M y Solución KI Almidón-Tiosulfato 8.06x10-4M en tiosulfato y 0.3M en KI

- Colocar 10 tubos de ensayo en la gradilla y sobre ellos agregar 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 2, 1 ml de solución de perdisulfato respectivamente y completar cada uno a 10ml con agua destilada, excepto el que contiene 10ml de perdisulfato.

- Agregar cada uno de los 10 tubos de ensayo 10ml de solución KI-Almidón-Tiosulfato, y en cada vez que se agregue controlar el tiempo hasta que se observe una coloración azulada, anotar los datos en una tabla.

b) Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción:

- Colocar en un tubo de ensayo 4ml de solución 0.02M de Perdisulfato de potasio y 6ml de agua destilada, en otro tubo colocar 10ml de solución KI-Almidón-Tiosulfato. Luego colocar ambos tubos en un vaso de precipitados con agua y hielo, medir temperatura con termómetro cuando la temperatura sea constante agregar el contenido del tubo con la solución KI-Almidón-Tiosulfato, al tubo que contiene la solución de perdisulfato, registrando el tiempo en que la solución se torne azulada, tapar el tubo de ensayo y agitar suavemente, tratando de mantener la temperatura constante; repetir este procedimiento para otros 3 valores distintos de temperatura.

c) Efecto de un catalizador sobre la velocidad de reacción:

- Colocar en un tubo de ensayo 4ml de solución 0.02M de Perdisulfato de potasio y 6ml de agua destilada, en otro tubo colocar 10ml de solución KI-Almidón-Tiosulfato y agregar al primero 5 gotas de catalizador; mezclar ambas soluciones y medir el tiempo en que aparece el color azul.


7. RESULTADOS Y DISCUSIONES

a) Efecto de la Concentración de perdisulfato sobre la velocidad de reacción:Se obtuvo la siguiente tabla de datos para los 10 tubos de ensayo y sus tiempos de reacción correspondientes, así como los volúmenes de reactivo usados en cada medición.

Nº de tubo

Volumen de Perdisulfato (ml)

Volumen de agua destilada (ml)

Volumen de KI añadido (ml)

Tiempo (s)

1 10 0 10 262 9 1 10 303 8 2 10 354 7 3 10 375 6 4 10 446 5 5 10 627 4 6 10 738 3 7 10 1009 2 8 10 137

10 1 9 10 270Tabla 1. Resultados del experimento a)

Hallamos el orden de reacción y la constante de velocidad a partir de la ecuación de velocidad para la reacción:

r=d¿¿ Ecuación 6

Como [I-] permanece constante se define la constante de pseudovelocidad:

k '=k ¿¿ Ecuación 7

Entonces remplazando Ecuación 7 en Ecuación 6:

r=d¿¿ Ecuación 8

Entonces tabulamos ¿ vs velocidad de consumo del ¿, donde obtenemos la concentración de perdisulfato según: ¿ y r=¿

¿ 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010

r(mol/L.s) 7.4x10-6 2.91x10-5 6.00x10-5 1.10x10-4 1.61x10-4

¿ 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020r(mol/L.s) 2.72x10-4 3.78x10-4 4.57x10-4 6.00x10-4 7.69x10-4

Tabla 2. ¿ Vs velocidad de consumo de ¿

Aplicando logaritmo a la Ecuación 8 obtenemos:


log (r )=log (k ' )+b log ¿¿ Ecuación 9

Construimos la tabla log (r) vs log ¿

log¿ -2.70 -2.40 -2.22 -2.09 -2.00

log (r) -5.13 -4.54 -4.22 -3.96 -3.80log ¿¿ -1.92 -1.85 -1.79 -1.74 -1.70log (r) -3.56 -3.42 -3.34 -3.22 -3.11

Tabla 3. log¿ Vs log (r)

-2.8 -2.6 -2.4 -2.2 -2 -1.8 -1.6

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

f(x) = 2.01251779330428 x + 0.277548816134043R² = 0.997800675923243

log (r) vs log[perdisulfato]

Series2Linear (Series2)

log (perdisulfato)

log

(r)

Gráfico 1

- A partir del Gráfico 1 y en relación a la Ecuación 9 podemos rescribirla como:

log (r )=0.2775+2.0125 log ¿¿ Ecuación 10

- Comparando las Ecuaciones 7 y 6 obtenemos que b=2 aprox., consideramos 2 debido a que la parte decimal es 0.0125 despreciable; es decir, el pseudoorden de reacción es 2.Además obtenemos log (k’)=0.2775 lo que indica k’=1.89 L/mol.s

b) Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción: Para 10ml de una concentración de Perdisulfato de 0.008M al ser mezclado con 10ml de solución KI-Almidón-Tiosulfato, se obtuvieron los siguientes datos de tiempo de reacción a diferentes temperaturas:


Temperatura (K) Tiempo (s)276 160283 152293 102313 40

Tabla 4Obtenemos valores de r para cada temperatura a partir de r=¿, tabulando:

T(K) 276 283 293 313r(mol/L.s) 5.00x10-5 5.26x10-5 7.84x10-5 2.00x10-4

Tabla 5

De la tabla 5 observamos que a mayor temperatura, aumenta la velocidad de reacción. Hallamos los valores de k’ para cada temperatura a partir de la Ecuación 8, que toma la forma:

k '= r¿¿¿ Ecuación 11

Tabulamos para valores de k’ y T, a partir de la ecuación 11 y la Tabla 5

T(K) 276 283 293 313K’(L/mol.s) 0.6371 0.8218 1.225 3.125

Tabla 6

A partir de la Ecuación de Arrhenius (Ecuación 5) obtenemos:

ln (k ' )=ln ( A )−Ea

R( 1T

) Ecuación 12

Tabulamos ln(k’) vs 1/T, a partir de la Tabla 6

Ln(k’) -0.4508 -0.1962 0.2029 1.13941/T 0.003623 0.003533 0.003413 0.003194

Tabla 7

Graficamos ln(k’) vs 1/T:


0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 0.0037

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

f(x) = − 3743.7837798623 x + 13.0552490405612R² = 0.992275791167191

Ln(k') vs 1/T

Series2Linear (Series2)

1/T

ln (k

')

Gráfico 2

A partir del gráfico 2 podemos rescribir la ecuación 12 como:

ln (k ' )=13.055−3743.8( 1T

) Ecuación 13

A partir de las ecuaciones 12 y 13 obtenemos:

A=e13.055=0.7668x 106( Lmol . s

)

Ea=3743.8 x 8.314=31.126 KJ /mol

c) Efecto de un catalizador sobre la velocidad de reacción: Al agregar KI a la mezcla de perdisulfato con agua mas catalizador, el cambio de color a azul se dio prácticamente de inmediato, 73 si consideramos 1 s el tiempo en el que se dio el cambio de color y lo comparamos con el tiempo que tardo en cambiar de color la mezcla sin catalizador obtendríamos:

t sin catalizadort concatalizador

=731

Ecuación 14

Según la ecuación 14 podríamos decir que la reacción con catalizador se dio 72 veces mas rápido que sin catalizador, y si ahora consideramos el tiempo en que se dio la reacción con catalizador igual a t=0.5 s, obtendríamos:


t sin catalizadort concatalizador

=146

1 Ecuación 15

Ahora según la ecuación 15 podríamos decir que la reacción con catalizador se dio 145 veces más rápido y si seguimos disminuyendo el tiempo en la que se dio la reacción con catalizador; pues en realidad fue prácticamente t=0; obtendríamos una expresión mucho mayor a 146 s, con lo que podemos decir que la reacción con catalizador fue mucho más rápida que la reacción sin catalizador con lo que se corrobora el efecto de los catalizadores y su gran importancia al momento de las reacciones químicas.

8. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

En ambas gráficas se puede observar que la forma de la curva es prácticamente una recta, lo que nos hace saber que las mediciones fueron tomadas correctamente

- Se recomienda realizar mediciones precisas, por lo que se debe estar atento al cambio de color que es apreciable sobre una superficie blanca.

Según la ecuación 10, el pseudoorden de reacción, es decir “b”, adopta un valor de 2.0125, despreciamos el 0.125 debido al error experimental que generan los datos, por eso se asume que es una reacción de pseudoorden 2.

De los resultados del apartado b), notamos que el factor preexponencial “A”, es del orden de 106 lo que es aceptable, en consecuencia podemos decir que se realizaron buenas mediciones.

El uso de catalizador en la reacción aumenta miles de veces la velocidad de reacción.

9. CONCLUSIONES


Se grafico la relación de log (r ) vs ¿, según la ecuación 10; con ella se determino elpseudoorden de reacción en (n= 2) y además obtuvimos el valor de k’=1.89 L/mol.s.Según la Ecuación 10, se comprobó que a mayor concentración de ¿ la velocidad de reacción es mayor, lo que comprobamos experimentalmente.

Se logró determinar la relación ln (k ' )vs ( 1T ), según la ecuación 13; y con este se

hallaron los siguientes valores del factor preexponencial y la energía de activación

respectivamente: A=e13.055=0.7668x 106( Lmol . s

) , Ea

¿3743.8 x8.314=31.126 KJ /mol. Con la ecuación 13 se obtuvo al igual que con la ecuación 10 la tendencia de menor velocidad a mayor temperatura.

Al realizar la experiencia adicionando un catalizador se obtuvo una reacción instantánea, Es decir, Una reacción con catalizador es mucho mas rápida que una sin catalizador en iguales proporciones.

10. REFERENCIAS

-Peter William Atkins,Loretta Jones, Principios de Química: Los Caminos Del Descubrimiento, p483.

-Química: Teoría y Problemas Escrito por José Antonio García Pérez p108.

-Ira N. Levine Fisicoquímica Quinta Edición vol 2.

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