7/23/2019 Cintica de Reaccin Por Simulaciones Virtuales

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Prcticas de Laboratorio de Fisicoqumica (Cintica)Departamento de Qumica - Universidad del Valle

CINTICA DE REACCIN POR SIMULACIONES VIRTUALES

OBJETIVO

Determinar el tiempo de vida media para identificar el istopo involucrado en una simulacin virtual dedesintegracin alfa.

Encontrar los rdenes de reaccin y la constante de velocidad para una reaccin qumica de la forma

.

INTRODUCCIN

Una partcula se considera un agregado muy estable de dos protones y dos neutrones (ncleos de 4He)

unidos por una fuerza muy intensa conocida como interaccin fuerte. As, en tomos muy pesados, es

posible imaginarse una partcula atrapada en un pozo de potencial cuntico generado por el resto denucleones del tomo, donde el potencial coulombiano ms all del radio del tomo es dominante.

Clsicamente, si la energa, E, de la partcula fuese superior a la energa potencial, V(r), de la barrera

de potencial, siendo r el radio nuclear, aqulla escapara. Si se produce sta desintegracin radiactiva, el

ncleo atmico emite una partcula y se convierte en un ncleo con cuatro unidades menos

de nmero msico y dos unidades menos de nmero atmico, producindose as el fenmeno conocido

como decaimiento alfa que sigue una cintica de reaccin de primer orden.

Cambiando del tema de la reacciones nucleares a las reacciones qumicas, recordemos que en las

reacciones en fase homognea es usual definir la velocidad de una reaccin como el cambio de la

concentracin de los reactivos y productos en el tiempo ( ( )

), y en reacciones

qumicas en fase heterognea lo tpico es usar el cambio en el tiempo del nmero de moles por unidad

de rea cataltica ( ( )

( )

). No obstante, en esta prctica usaremos la velocidad de

reaccin definida de la siguiente manera:

(1)

As, la ley de velocidad para una reaccin de la forma queda expresada como:

[][] (2)

Usando el mtodo de las concentraciones iniciales, en que se mide la velocidad al comienzo de una serie

de reacciones que difieren en las composiciones de partida, es posible determinar la constante de

velocidad y los rdenes parciales de reaccin a travs de un ajuste lineal multivariado.

Alternativamente, si se realizan pares de experimentos (a la misma temperatura), en los que cada uno

solo diera del otro en el nmero de moles iniciales de un reactivo, se pueden determinar los rdenes de

reaccin dividiendo las velocidades.

MTODO

Parte 1. Descargue el archivo titulado alpha-decay_es.jar disponible en el enlace

https://drive.google.com/a/correounivalle.edu.co/file/d/0BxqxvU9FlxPXUnB0ZTM4TXp5NWs/edit?usp=sharing o directamente de la pgina de la Universidad de Colorado:

http://phet.colorado.edu/en/simulation/alpha-decay.Ejecute el programa (su computador debe tener

http://phet.colorado.edu/en/simulation/alpha-decayhttp://phet.colorado.edu/en/simulation/alpha-decayhttp://phet.colorado.edu/en/simulation/alpha-decay

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instalado el software Java: http://www.java.com/es/download/) y haga click sobre la pestaa Single

Atom y seleccione la Opcin Custom en el recuadro Choose Nucleus en la parte derecha de la

aplicacin.

Modifique la posicin de la lnea horizontal roja (Energa total) de tal manera que el tiempo de vida

media tambin se modifique (No cambie la posicin de la lnea azul que corresponde a la energa

potencial), a fin de realizar su experimento en una de las cuatro posibles condiciones que se presentanen la figura 1. La opcin que le corresponde a usted ser indicada por correo electrnico.

Figura 1. Condiciones iniciales para el experimento a realizar. Fjesele en la posicin de la lnea roja que corresponde a la energatotal de la partcula alfa (La ubicacin de sta lnea modifica el tiempo de vida media de desintegracin alfa). Izquierda arriba:

Opcin A; Derecha arriba: Opcin B; Izquierda abajo: Opcin C; Derecha abajo: Opcin D.

Haga click en el botn Limpiar Diagrama y luego en reponer ncleo. Registre el Tiempo de

desintegracin y de click en el botn Reponer ncleo. Repita el experimento al menos 100 veces

dando click en Reponder ncleo tras registrar el tiempo de desintegracin. Tenga en cuenta que entrems datos obtenga mejor para su resultado.

Realice un histograma de frecuencias y posteriormente un grfico de nmero de ncleos sin

desintegrar vs tiempo (s) (el tiempo debe corresponder a la mitad del ancho de cada barra en el

histograma) incluyendo el punto (0, N0), donde N0es el nmero de experimentos realizados (equivalente

al nmero inicial de partculas en la desintegracin radiactiva). Realice un ajuste exponencial que

corresponda con el modelo matemtico que usted conoce para la cintica de reacciones de primer

orden. Escriba la expresin de la ley de desintegracin radiactiva y calcule el periodo de

semidesintegracin. Proponga un posible istopo para el experimento que realiz.

Parte 2. Descargue el archivo titulado reactions-and-rates_es.jar disponible en el enlacehttps://drive.google.com/a/correounivalle.edu.co/file/d/0BxqxvU9FlxPXUGtuZG1ZZmI4N28/edit?usp=s

haring o directamente de la pgina de la Universidad de Colorado:

http://www.java.com/es/download/http://www.java.com/es/download/http://www.java.com/es/download/

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http://phet.colorado.edu/en/simulation/reactions-and-rates.Ejecute el programa y haga click sobre la

pestaa Experimentos de velocidad de reaccin y seleccione la Opcin Disee su reaccin enla lista

desplegable del recuadro Condiciones iniciales en la parte derecha de la aplicacin. Tambin escoja

Barras en Opciones de grficos y escoja la opcin Mostrar cronmetro. Modifique el diagrama de

energa de tal manera que presente el siguiente aspecto:

Figura 2. Condiciones iniciales para el experimento a realizar. La Energa total promedio (Lnea verde) se modifica desplegandola Temperatura inicial en el recuadro Condiciones iniciales.

Usted va a realizar 3 experimentos a diferentes composiciones iniciales de acuerdo a las indicaciones de

la tabla 1.

Tabla 1. Composiciones iniciales de los reactivos en los experimentos a realizar.

ExperimentoNo de molculas al comienzo

A BC

1 25 252 50 25

3 25 50

En cada experimento debe seguir el siguiente procedimiento: Escriba en nmero de molculas de A y de

BC con las que iniciar el experimento (la cantidad de molculas de producto es 0). De click en el botn

Comenzar en recuadro del cronmetro y luego en el botn Comience el experimento. Rpidamente

de click en el botn Pausa en la parte inferior de la aplicacin. Registre el tiempo que marca el

cronmetro (asuma que la unidad de tiempo es segundos) y la cantidad de A en el recuadro Cantidades

actuales. De click en el botn Ejecutar y detenga de nuevo el experimento dando click en el botn

Pausa. Repita la mayor cantidad de veces posible este proceso a fin de obtener datos de Cantidad deA vs tiempo. Cuando el tiempo de la simulacin supere los 300 s aproximadamente, de click en el

botn Terminar experienciay seguidamente en el botn Reiniciar del cronmetro. Repita al menos

3 veces todo el procedimiento desde el click en Comience el experimento de tal manera que pueda

tener suficientes puntos de Cantidad de A vs tiempo. Grafique TODOS los puntos y realice un ajuste

donde pueda tener una ecuacin analtica de los datos (se recomienda un ajuste exponencial del tipo

). Derive la ecuacin y evalu a para obtener la velocidad inicial de reaccin

(

).

Una vez obtenga las velocidades iniciales de reaccin para cada experimento, determine los rdenes

parciales de reaccin usando el mtodo de las condiciones iniciales y posteriormente el valor de la

constante de velocidad. Reporte en su informe el promedio de las constantes de velocidad y tenga encuenta las unidades correctas de esta magnitud.

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REFERENCIAS

(1) Levine, I. N. Fisicoqumica, Vol. 2; 4 ed.; McGraw-Hill: Madrid, 1996; pp. xxxxxx.

(2) http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448169549.pdf. Consultado 18 de

noviembre de 2013.

(3) http://www.qfa.uam.es/labqui/presentaciones/Tema4.pdf.Consultado 18 de noviembre de

2013.

Recopilacin: Alfredo Caldern Crdenas (noviembre de 2013)Revisado por:

Autorizado por:

ste documento est en proceso de elaboracin, ustedlo tiene para que haga crticas constructivas ysugerencias. Por favor NO lo fotocopie ni lo comparta. GRACIAS!!

http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448169549.pdfhttp://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448169549.pdfhttp://www.qfa.uam.es/labqui/presentaciones/Tema4.pdfhttp://www.qfa.uam.es/labqui/presentaciones/Tema4.pdfhttp://www.qfa.uam.es/labqui/presentaciones/Tema4.pdfhttp://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448169549.pdf