Universidad Mayor de San Simón Facultad de Ciencias y Tecnología Carrera de Ingeniería Química
OXIDACION DEL YODURO CON PERSULFAT0
Docente: Ing. Javier Bernardo López A. Estudiantes: Luizaga Ticona Celene Arlin
Orellana Carvajal Alejandra Orihuela Mamani Jhoselin Gabriela Salazar Padilla Ivana Guadalupe Velarde Arnez Lisbania Materia: Laboratorio de Reactores Fecha: 12 – 02 – 2016 Grupo: Miércoles #3
Cochabamba - Bolivia
1. Introducción.-
La reacción del yoduro con persulfato produce yodo elemental, el cual dá un color anaranjado amarillento a la solución a medida que se va formando, aprovechando esto, se usó el espectrofotómetro para medir la concentración de yodo en la solución a medida que transcurría el tiempo. Para
la
reacción del ioduro con persulfato se tiene la siguiente estequiometria:
Por lo que la velocidad de reacción vine dada de la siguiente forma:
V=
S2O8 t
K * S2O8
* I
Para determinar los órdenes de reacción se seguirán los siguientes pasos:
Se pondrá yoduro de potasio en exceso para asumir constante, y se asumirá un orden de reacción para el persulfato de 1, con todo esto se tiene:
Donde K’ =
K
*
S 2O8 t
1
K ' * S 2O8
I
Se integrará y se obtendrá:
ln[ S2O8 ]t
ln[S 2O8 ]0
K
'* t
Si el valor de r 2 es mayor a 80 % es correcto el orden de reacción asumido, si no se cambia de orden y se prueba otra vez.
Para el orden de reacción del yoduro se realiza la siguiente operación: se asume un orden de reacción igual a 1.
I I
K * S2O8
* t
Integrando se obtiene: ln I
1
ln I K * S2O8 0
* t
t
Se gráfica y se observa el valor de r 2 para la afirmación de 1 como el orden de reacción para el yoduro. De la pendiente de esta gráfica se podría obtener la constante K a la temperatura T1. Tomando datos a otra temperatura y linealizando como en el primer caso se obtendría otro K’, donde: K’= K[I-]1
De esta forma hallamos K para otra temperatura T2. Con estos valores hallamos energía de activación por medio de la ecuación:
ln K
ln ln K 0
E
R
*
1 T
2. Objetivos.2.1 Objetivo General
Obtener la constante de velocidad para la oxidación del yoduro potásico con el persulfato de amonio en medio neutro y a temperatura ambiente utilizando el método volumétrico.
1.2
Objetivos Específicos
Determinar la velocidad de reacción del yoduro
Determinar α y β para hallar la cinética de reacción
Utilizar las ecuaciones de absorbancia
3. Marco Teórico.3.1 Espectrofotometría
La Espectrofotometría es una de las técnicas experimentales más utilizadas para la detección específica de moléculas. Se caracteriza por su precisión, sensibilidad y su aplicabilidad a moléculas de distinta naturaleza (contaminantes, biomoléculas, etc) y estado de agregación (sólido, líquido, gas). Los fundamentos físico-químicos de la espectrofotometría son relativamente sencillos. Las moléculas pueden absorber energía luminosa y almacenarla en forma de energía interna. Esto permite que se inicien ciclos vitales de muchos organismos, entre ellos el de la fotosíntesis en plantas y bacterias. La Mecánica Cuántica nos dice que la luz está compuesta de fotones cada uno de los cuáles tiene una energía: Efotón = h×n = h×c /l/l
Donde
c
es la velocidad de la luz, n es su frecuencia, l su longitud de onda y
h=
6.6 10-34 J×s es la
constante de Planck. Cuando decimos que una sustancia química absorbe luz de longitud de onda l, esto significa que las moléculas de esa sustancia absorben
fotones
de esa longitud de onda.
3.2 Oxidación del yoduro de potasio con persulfato de sodio
Aunque la mayoría de las reacciones entre iones son muy rápidas, hay algunas que ocurren a velocidades fácilmente medibles, la oxidación de yoduro a yodo con persulfato es un ejemplo de estas últimas: 2 I
S 2O8
2 SO4
I 2
Esta reacción es un buen modelo para cinética, pues con ella se ilustra cómo obtener el orden de la reacción, los parámetros de activación, el efecto de catalizadores y el efecto salino primario. La velocidad de la reacción se sigue volumétricamente midiendo con tiosulfato el yodo formado o también con el método espectrofotométrico El poder oxidante del yodo, así como el poder reductor del ión yodo, permiten la aplicación de estas soluciones en análisis volumétrico en ambas direcciones. Se consigue intensificar el color del yodo para reconocimiento del punto de viraje, mediante solución de almidón.
2 S 2O3
I 2
S 4O6
2 I
La ecuación cinética para la reacción en estudio, la podemos formular de la siguiente manera: d [ S 2O8
dt
]
k [ I
a
b
] [ S 2O8 ]
4. Materiales, Reactivos y Equipos.4.1 Materiales
4.2 Reactivos
2 matraces aforados de 50 ml
Solución de Yoduro de Potasio 0,40 M.
1 matraz aforado de 25 ml
Solución de Persulfato de amonio 0,04
Pipetas graduadas de 10 y 1 ml
2 vasos de precipitado de 50 ml
2 matraz erlenmeyer de 250 ml
Espátula
N. Agua destilada.
Hielo
4.3 Equipos
Balanza analítica.
Cronómetro.
Termómetro.
Espectrofotómetro.
5. Procedimiento Experimental.5.1 Método Espectrofotometrico Oxidación con persulfato
Pesar 0.2325g de Persulfato de amonio anhidro y 3.3220 g de yoduro yoduro de potasio para preparar 50 ml de soluciones 0.04 M de [S 2O8=] y 0.1 M de [I -].
Se procede a aforar ambas soluciones con agua destilada.
Sacamos 10 ml de persulfato de amonio anhídrido y 10 ml de yoduro de potasio que están a 20ºC ( a temperatura ambiente).
se mezclan ambas soluciones tomando este instante como tiempo cero. Se vierte la disolución de yoduro potásico sobre la de persulfato potásico (nunca a la inversa, ya que la que está en exceso es la de yoduro).
El transcurso del tiempo de la reacción controlar con un cronómetro.
Enfriar agua destilada con hielo que este entre 3 a 4 ºC.
En intervalos de tiempo lo más cortos posible se toman alícuotas de 0.1 ml de la mezcla en reacción, este volumen se diluye a 25 ml con agua destilada q esta muy fría aproximadamente entre 3 a 4 ºC con ayuda de un matraz aforado.
Una pequeña cantidad de la muestra diluida se introduce a la celda del espectrofotómetro espectrofotóm etro y se lee el porcentaje de absorbancia usando como patrón de referencia agua destilada
Las lecturas en el espectrofotómetro espectrofotómetr o se deben realizar de la siguiente manera: primero se calibra el aparato cuando la celda contiene agua destilada, entonces se introduce la celda que contiene la solución diluida y se registra el valor de la absorbancia
El tratamiento de datos se realiza en base a la ecuación de velocidad de una reacción de primer orden en función a una propiedad física.
5.2.- Procedimiento Experimental
En el manejo del espectrofotómetro tenemos que tener cuidado en no manchar las cubetas solo tocarlas de la parte superior, la forma de calibración es por cada medición con la ayuda del patrón agua se calibra hasta el cien y sin patrón se calibra hasta el cero, después de cada medición se debe calibrar el equipo. Para las siguientes determinaciones realizamos las siguientes pasos: Determinación de (α)
Todo el experimento se llevó a cabo temperatura constante a 20ºC
Preparamos 10ml de S2O8 0,04 mol/Lt. y 10 ml de KI (cat.) 0.4 M
Tomamos alícuotas de 0,1 ml de la mezcla reaccionante.
Se diluyó cada alícuota en 25 ml de agua destilada.
La reacción tiene un tiempo aproximado de duración duración de 15 a 20 minutos
Determinar (β)
Todo el experimento será a temperatura constante a 20ºC
Preparar 10 ml de S2O8 0.04 M
preparar 10 ml de KI (cat.) 0.08 M
Tomar alícuotas de 0,1 ml de la mezcla reaccionante.
Diluir cada alícuota en 25 ml de agua destilada.
La reacción tiene un tiempo aproximado de duración de 15 a 20 minutos
Determinar energía de activación y constante de velocidad de reacción
Todo el experimento será a temperatura distintas (20,30 ºC)
Todo el experimento será a temperatura constante a 20ºC
Preparar 10ml de S2O80,044 mol/Lt
Preparar 10 ml de KI (cat.) 0.4 M (0,664 g.)
Tomar alícuotas de 0,1 ml de la mezcla reaccionante.
Diluir cada alicuita en 25 ml de agua destilada.
La reacción tiene un tiempo aproximado de duración duración de 15 a 20 minutos .
6. Datos cálculos y resultados.resultados. METODO ESPECTROFOTOMETRICO
La relación de absorbancia y concentración es la siguiente: A
Donde:
bc
Є = Absortividad molar
b = Paso óptico de la celda. C = Concentración de la especie Se pondrá yoduro de potasio en exceso para asumir constante esta concentración, asumiendo un orden de reacción para el persulfato de 1, con todo esto se tiene:
Donde K’ =
K
*
I
S2O8 t
ln[ S2O8 ]t
1
K ' * S 2O8
ln[S 2O8 ]0
K
'* t
y=a+bx Donde: Є = 8.7 *10 19 *P*A
P = Probabilidad = 0.6
A = Área molecular = 10-15
Є = 52200 [Lt/mol*cm]
b = paso óptico de la celda = 1 cm. Por tanto: c
A
52200*1
[ M ]
Determinar β:
CI->>CS2O8= R A=
−dCA dt
= KCαI CβS2O2=
Log ( a-X) = Log a-kt/2.303 y=a+bx Donde: X= 2 ml *
0.0 eq NaSO3 mol NaSO3 000ml
mol I
* eq NaSO3 * mol SO3 *5E−3 L = 0.001 (mol/L)
Como la reacción se considera de primer orden se calcula la especie (a-x) a: Concentración inicial del per sulfato de amonio.
Tabla de datos y cálculos
t=tiempo absorbancia 4,3 0,055431 8,55 0,22456 11,55 0,35844 15,43 0,1736 17,8 0,20833 25,33 0,90528 30,55 0,448028 35,52 0,29593 39,45 0,37604 42,47 0,47122 51,09 0,52803 54,09 0,54354 57,09 0,34522 61,09 0,39296 62,02 0,52244 64,33 0,55277 67,05 0,4653
1
Abs
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
t
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Determinación de α
Partiendo de la estequiometria de la reacción determinamos la siguiente relación de concentraciones, siendo estas en Molar [M]:
2 8=
Si planteamos que α = 1, y reemplazamos la reacción anterior en la cinética, obtenemos
una reacción de segundo orden para el yoduro
Integrando esta ecuación encontramos la siguiente expresión. 1
1 0
Y para este caso plantamos la siguiente relación de concentración de yoduro con concentración de yodo 0 2
Calculamos la concentración de yodo del mismo modo que en caso anterior. 7. Conclusiones Conclusione s y recomendaciones.
El método establecido para determinar determinar las concentraciones concentracione s es por por espectrofotometría.
Los órdenes de velocidad hallados son de 1 tanto para el persulfato como para el yoduro, el orden de reacción global es entonces de 2.
Se obtuvo con mucho éxito la constante de velocidad para la oxidación del yoduro potásico con el persulfato de amonio en medio neutro y a temperatura ambiente.
Se asumió una reacción de primer orden.
No se realizó la determinación de la constante de velocidad por el método.
8. Bibliografia.-
FOGLER H. S. (2001) “Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas”, Químicas”,
3a. ed. Pearson Educación, México
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DENBINGH, K. G. (1990) “Introducción “Introducc ión a la Teoría de los Reactores Químicos”,
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http://www.dicv.csic.es/docs/itq/itq1.pdf.
http://www.sc.edu.es/iawfemaf/archivos/materia/teoria.htm
