- Resumen
- Objetivos
- Introducción
- Velocidad de Reacción
- Principio De Le Chátelier
- Influencia del cambio de temperatura
- Influencia del cambio de concentración.
- Influencia del cambio de presión
- Teoría de Arrhenius sobre las velocidades de reacción
- La teoría de Colisión de las velocidades de reacción
- Catálisis
- Desarrollo de la Práctica de Cinética
- Cálculos y Resultados del Experimento
- Análisis de Resultados
- Conclusiones
- Cuestionario
- Anexo 1: Medida del Calor
- Bibliografía
En esta practica se trata de
- Observar el efecto que tiene sobre la velocidad de reacción, cada uno de los factores siguientes: superficie de contacto, concentración y temperatura.
- Explicar el efecto que produce la presencia de un catalizador en una reacción química.
- Determinar el valor de la energía de activación para una reacción.
OBJETIVOS PARTICULARES
- Poder manejar una pipeta casi a la perfección.
- Saber cuando se requiere utilizar la cámara de absorción.
CINÉTICA QUÍMICA.
Es aquella rama de la físico-química que estudia la velocidad de las reacciones y sus mecanismos. La cinética complementa a la termodinámica al proporcionar información de la velocidad y mecanismos de transformación de reactivos en productos. La velocidad de una reacción depende de la naturaleza de las sustancias, temperatura y concentración de los reactivos. Un incremento de temperatura produce casi invariablemente un aumento de velocidad; el aumento de la concentración inicial origina una aceleración en la velocidad.
La velocidad de una reacción química es aquélla a la que las concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el tiempo, es
Para
La velocidad de una reacción se suele
Una reacción reversible en equilibrio mantendrá esta condición indefinidamente a menos que la perturben cambios provenientes del exterior. Entre estos cambios podríamos mencionar la adición o eliminación de calor, la adición o eliminación de un reactivo o de un producto y cambio de presión. El efecto de cambiar los diversos factores que se indican arriba se incluye en un principio muy
Influencia del cambio de temperatura
Si una reacción es endotérmica, al calentar el sistema en equilibrio se causara un desplazamiento del equilibrio hacia la derecha con la formación consiguiente de mas productos y, por lo tanta, un aumento en el
El cambio de la constante de equilibrio al cambiar la temperatura se puede
log Kp = - D H + I
2.303RT
log (Kp)2 = D H (1/T1 – 1/T2) = D H ( T2 – T1 / T2T1)
(Kp)1 2.303R 2.303 R
Influencia del cambio de concentración.
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Si se considera la reacción hipotética A + B C + D a temperatura constante, en el equilibrio habrá valores definidos de las concentraciones de A, B, C y D. La adición de A o de B, o de ambos, hace que la velocidad de la reacción hacia la derecha sea mayor que la velocidad de reacción inversa. El equilibrio se puede reestablecer únicamente si se disminuyen las concentraciones de A y B y se aumentan las de C y D. De este modo las velocidades de reacción opuestas se hacen iguales en la nueva posición de equilibrio.
Influencia del cambio de presión
Un aumento en la presión de una reacción en la que haya uno o varios gases presentes hará que el equilibrio se desplace en la dirección que resulte en una disminución del volumen. En efecto el cambio de presión es en realidad un caso especial del cambio de concentración. Supongamos que se impone una presión externa sobre un sistema nitrógeno-hidrogeno-amoniaco en equilibrio. A temperatura constante, el volumen disminuirá, con lo que se aumenta la concentración de los tres gases . esto altera las velocidades de la reacción hacia la derecha y de la reacción hacia la izquierda en forma diferente, ya que hay cuatro moléculas de nitrógeno e hidrógeno y solamente dos de amoniaco. Las dos velocidades se igualan nuevamente mediante una disminución de las concentraciones de nitrógeno e hidrógeno y un aumento en la concentración del amoniaco.
Teoría de Arrhenius sobre las velocidades de reacción
Las reacciones rápidas tienen
nEa
____ = e- Ea / RT
nT
en donde nEa es el numero de moléculas activadas por unidad de volumen, o sea, el numero que tiene la energía de activación necesaria para reaccionar.
La teoría de Colisión de las velocidades de reacción
La teoría de las colisiones deja margen para el hecho de que no todas, de las muchas colisiones que se producen, tendrán energía suficiente para causar la ruptura y la redistribución de enlaces en el momento del choque y, por tanto, conducirán a la formación de productos. La teoría de la colisión toma en
- El catalizador no se altera durante la reacción química.
- El catalizador no afecta la posición del equilibrio en una reacción reversible.
- El catalizador no realiza la reacción.
- Solo se requiere una pequeña cantidad del catalizador.
Promotores e inhibidores. Muchas sustancias afectan la eficiencia de un catalizador. Las sustancias que tienen este efecto se conocen como venenos catalíticos. Otras sustancias llamadas inhibidores, nada mas disminuyen o retardan la actividad catalítica; algunas otras llamadas promotores, aumentan la actividad catalítica cuando se agregan al sistema que contiene el catalizador.
Enzimas. Las enzimas son compuestos orgánicos producidos por células vivas. Al igual que todos los catalizadores, las enzimas no influyen la condición
Desarrollo de la Práctica de Cinética
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8 Tubos de ensayo
1 gradilla de madera
1 probeta de 100 ml.
5 vasos de precipitados de 100 ml.
1 soporte universal con anillo
1 tela de alambre con asbesto
1 mechero Bunsen
2 pinzas para tubo de ensayo
1 termómetro (-10 a 110 ° C)
1 pipeta graduada de 10 ml.
1 cronometro
1 mortero con pistilo
1 agitador de vidrio
Sustancia peligrosas y no Peligrosas
Sol´n 0.25 M de H2SO4
Sol´n 0.0025 M de KmnO4
Sol´n 0.0025 M de C2H2O4
Sol´n 0.045 M de MnSO4
Sol´n 0.0025, 0.005, 0.01, 0.02 y 0.04 N de KIO3
3 tabletas efervescentes.
Cálculos y Resultados del Experimento
1. Modificación de una superficie de contacto.
PASTILLA | TIEMPO (seg.) |
Entera | 43.50 |
Mitad | 39.72 |
Cuartos | 34.85 |
Pulverizada | 23.19 |
2. Efecto de concentración.
| Concentración KIO3 | Concentración NaHSO3 | Tiempo de reacción (seg.) |
1 | 0.0025 N | 0.01 N | 1099 |
2 | 0.005 N | 0.01 N | 389 |
3 | 0.01 N | 0.01 N | 168 |
4 | 0.02 N | 0.01 N | 96 |
5 | 0.04 N | 0.01 N | 48 |
V media = y2 – y1 = [ ]2 –[ ]1 = 0.0025 – 0.04 =0.0375
X2 –X3 q 2 - q 1 1094 – 48 1046
V media = -3.58*10-3
3. Efecto de la concentración sin catalizador.
Equipo | Vol. C2H2O4 ( mL ) | Vol. KMnO4 ( mL ) | Vol. H2SO4 ( mL ) | Temp. ° C | Tiempo ( seg. ) | Temp. ° K | 1/° K | ln t |
1 | 9 | 2 | 1 | 50 | 160 | 323 | 1/323 | 0.02 |
2 | 9 | 2 | 1 | 40 | 256.5 | 313 | 1/313 | 0.025 |
3 | 9 | 2 | 1 | 30 | 510 | 303 | 1/303 | 0.033 |
4 | 9 | 2 | 1 | 35 | 404.5 | 308 | 1/308 | 0.028 |
5 | 9 | 2 | 1 | 24 | 195.1 | 297 | 1/297 | 0.041 |
Por mínimos cuadrados obtenemos:
m = 8534.38
b = - 21.53
ln t =8534.38 – 21.53
m = D Ea
D Ea = m R = 8534.38 (1.987 cal / mol) = 16957.81 cal
4. Efecto de la concentración con catalizador.
Equipo | Vol. C2H2O4 ( mL ) | Vol. KMnO4 ( mL ) | Vol. H2SO4 ( mL ) | Temp. ° C | Tiempo ( seg. ) | Temp. ° K | 1/° K | Ln t |
1 | 9 | 2 | 1 | 50 | 12.84 | 323 | 1/323 | 2.55 |
2 | 9 | 2 | 1 | 40 | 18 | 313 | 1/313 | 2.89 |
3 | 9 | 2 | 1 | 30 | 34 | 303 | 1/303 | 3.48 |
4 | 9 | 2 | 1 | 35 | 32.5 | 308 | 1/308 | 3.53 |
5 | 9 | 2 | 1 | 24 | 63.5 | 297 | 1/297 | 4.15 |
Los cálculos obtenidos en esta practica fueron los suficientes y adecuados para poder ver desde un punto de vista experimental que es lo que pasa con la velocidad de reacción al cambiar los factores de temperatura, concentración y superficie de contacto. Se obtuvieron resultados con los datos de temperatura los cuales fueron energía de activación de 16957.81 cal con una pendiente de 8534.38 y ordenada al origen de –21.53 así como una velocidad media en concentración de 3.58 * 10-5 .
En esta practica nos pudimos dar
1) ¿Que diferencia hay entre la " velocidad de reacción " y " tiempo de reacción "
La velocidad de reacción es el tiempo que se tarda la reacción en producir productos, mientras que el tiempo de reacción es el tiempo que tarda en producirse la reacción y su unidad es el segundo.
2) Represente gráficamente la variación de la concentración con el tiempo.
En el área de cálculos.
3) Determinar gráficamente la velocidad media de la reacción en el exp. No. 2
En el área de cálculos.
4) Explique con base en lo que establece la teoría de las colisiones, el efecto que se produce al aumentar la concentración y temperatura en una reacción química.
Según la teoría de las colisiones al aumentar la concentración y la temperatura se tendrá la energía suficiente para
5) Construir una grafica de ln tiempo vs. 1/T, donde T esté en Kelvin.
En el área de cálculos.
6) Calcular el valor de la energía de activación (Ea) para la reacción llevada a cabo en el exp. No. 3 (efecto de la temperatura)
En el área de cálculos.
7) ¿Cómo actúa un catalizador? Explique en términos de energía de activación.
Altera la velocidad de la reacción dando o quitando energía al sistema para acelerar o reducir la reacción.
8) ¿Qué importancia tiene desde el punto de vista industrial el conocer los factores que modifican la velocidad de un proceso de transformación química?
ANEXO 1: MEDIDA DEL CALOR
De acuerdo con el principio de conservación de energía, suponiendo que no existen perdidas, cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el calor tomado por uno de ellos ha de ser igual en cantidad al calor cedido por el otro. Para todo proceso de
En donde el signo (–) indica que en un cuerpo el calor se cede, mientras que en el otro se toma. Recurriendo a la ecuación calorimétrica, la igualdad anterior puede escribirse de la forma:
donde el subíndice 1 hace referencia al cuerpo frío y el subíndice 2 al caliente. La temperatura Te en el equilibrio será superior a T1 e inferior a T2.
La anterior ecuación indica que si se conocen los valores del calor específico, midiendo temperaturas y masas, es posible determinar cantidades de calor. El aparato que se utiliza para ello se denomina calorímetro. Un calorímetro ordinario consta de un recipiente de vidrio aislado térmicamente del exterior por un material apropiado. Una tapa cierra el
Cuando un cuerpo a diferente temperatura que la del agua se sumerge en ella y se cierra el calorímetro, se produce una cesión de calor entre ambos hasta que se alcanza el equilibrio térmico. El termómetro permite leer las temperaturas inicial y final del agua y con un ligero movimiento del agitador se consigue una temperatura uniforme. Conociendo el calor específico y la
En este tipo de medidas han de tomarse las debidas precauciones para que el intercambio de calor en el calorímetro se realice en condiciones de suficiente aislamiento térmico. Si las perdidas son considerables no será posible aplicar la ecuación de conservación Q1 = - Q2 y si ésta se utiliza los resultados estarán afectados de un importante error.
Cuando un cuerpo se sumerge en el líquido de un calorímetro, una cierta cantidad de calor se cede al calorímetro o se toma de él. Es decir, además del agua, la parte interna del calorímetro como recipiente junto con sus elementos sumergidos tales como el termómetro y el agitador, también se enfrían o se calientan en el proceso de transferencia de calor que tiene lugar en su interior. La participación del calorímetro en este proceso se valora mediante el llamado equivalente en agua e. Se define como la masa de agua que tomaría o cedería la misma cantidad de calor que el calorímetro en iguales condiciones de temperatura. Cada calorímetro tiene su equivalente en agua que
Con el propósito de reducir el error experimental en la utilización de la ecuación calorimétrica correspondiente al agua, debe considerarse la masa de ésta aumentada en una cantidad igual al equivalente e del calorímetro utilizado, lo que equivale a tomar el conjunto (agua + calorímetro) como un todo único a efectos de transferencia de calor en su interior. En tal caso la
siendo T la temperatura del equilibrio.
La
es decir:
ecuación cuya única incógnita es que e puede ser despejada y, por tanto, determinado su valor. Si el cuerpo o sustancia elegida es también agua, los cálculos su pueden simplificar bastante.
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