UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUÍMICA
OXIDACION DEL IODURO CON PEROXIDO DE HIDROGENO EN MEDIO ACIDO
Estudiantes: Ayala Villarroel Neysi Bautista Garcia Dennys Cossio Perez Jose Alfredo Meneses Crespo Joel Sejas Soto Jose Daniel Docente: Lic. Bernardo López Asignatura: Laboratorio de Reactores Gestión: I/ 2013 Fecha: 23 de Abril de 2013
Cochabamba – Bolivia
1. INTRODUCCION La rapidez con la que se produce una transformación química es un aspecto muy importante. Tanto desde el punto de vista del conocimiento del proceso como de su utilidad industrial, interesa conocer la velocidad de la reacción y los factores que pueden modificarla. Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo. La reacción que tiene lugar es la oxidación del yoduro de potasio a yodo por el agua oxigenada que se reduce a agua, Según la ecuación; H2O2 + 2 KI + H+→ H2O + I2
2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General Determinar experimentalmente la cinética de la reacción de oxidación del yoduro de potasio con peróxido de hidrógeno catalizada en medio ácido utilizando el método espectrofotométrico. 2.2. Objetivos Específicos Definir los parámetros cinéticos para este tipo de reacción. Determinar la constante de velocidad. Calcular los parámetros α, β ; correspondientes a la cinética de la reacción. Definir el orden de reacción. 3. MARCO TEORICO El peróxido de hidrógeno es un poderoso agente oxidante que posee un elevado potencial estándar positivo:
También actúa como agente reductor frente a sustancias de poder oxidante superior mediante la ecuación
En esta práctica investigaremos la cinética de la reacción de oxidación del ión yoduro por el peróxido de hidrógeno:
La velocidad de una reacción es función de la concentración de los reactivos, la temperatura y la presencia de un catalizador.
Como se muestra en la expresión la velocidad de reacción se expresa como velocidad de cambio de concentración de los reactivos. En nuestro caso, la velocidad de reacción puede expresarse en función del cambio de concentración de peróxido de hidrógeno: (
)
Donde: K = constante de velocidad, (la unidad es M/s) α= orden de reacción con respecto a la concentración de peróxido de hidrógeno β = orden de reacción con respecto a la concentración del ión yoduro El orden global de reacción, n, es la suma de los órdenes parciales:
Mientras que la constante de velocidad, generalmente, depende de la temperatura de reacción y cumple la expresión de la ley de Arrhenius:
En la expresión anterior, A es el factor preexponencial, Ea es la energía de activació n de la reacción, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura. La energía de activación se puede definir como la mínima energía cinética que debe en tener las moléculas de los reactivos para que comience la reacción. Una característica que se debe mantener constante en todas las reacciones iónicas para que sean reproducibles es la fuerza iónica. La fuerza iónica es una función de las concentraciones de todos los iones presentes en una disolución. Para mantener constante esta propiedad se puede añadir una sal inerte que no participe en la reacción. Todas las reacciones que se realicen deberán hacerse con la misma fuerza iónica para mantener los coeficientes de actividad de los reactivos constantes y así conseguir que no varíe la velocidad de reacción de un ensayo a otro.
Propiedades del iodo A temperatura ambiente el iodo es un sólido de color casi negro y sus cristales en forma de láminas rómbicas tienen brillo metálico. Se ha determinado, por difracción de rayos X, que el sólido está constituido por moléculas diatómicas discretas I2 que se mantienen unidas por fuerzas de London (dipolo instantáneo-dipolo inducido). Si el sólido se calienta en un recipiente abierto a la atmósfera el iodo sublima sin fundir, lo que permite separarlo fácilmente de otras sustancias no volátiles. La presión de vapor del sólido es elevada aún a temperatura ambiente (3 mmHg a 55°C) y por esta razón el iodo se volatiliza lentamente si se deja expuesto al aire, observándose vapores de color violeta y un olor característico. La solubilidad del iodo en agua pura es muy baja (0,33 g/l a 25°C). En cambio es mucho más soluble en presencia de ioduros, debido a la formación del anión trioduro, dando soluciones de color marrón intenso:
Influencia de la fuerza iónica sobre la velocidad de reacciones iónicas. Las reacciones que se llevan a cabo en la práctica son las siguientes:
4. DESARROLLO EXPERIMENTAL 4.1. Materiales, Reactivos y Equipos Materiales
Reactivos
Equipos
Pipeta graduada de 1ml
Yoduro de Potasio
Espectrofotómetro
Bureta de 25 ml
Peróxido de
Balanza Analítica
Hidrogeno Matraz erlenmeyer de 100
Acido sulfúrico
ml Matraz aforado de 25 ml Vaso de precipitado de 100 ml Espátula Termómetro
Agua destilada
Cronometro
Pizeta
4.2. Procedimiento Experimental Inicialmente se procedió a la preparación de las soluciones de Yoduro de potasio, Peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico. Disolución de Yoduro Potásico Se pesaron 1 g de KI y se disolvieron en un vaso de 100 ml con una pequeña cantidad de agua destilada, pasándolo una vez disuelto a un matraz aforado de 10 ml, enrasando posteriormente con agua destilada. Disolución de Peróxido de hidrógeno Con la ayuda de una pipeta preparamos 10 mL de solución 0,0593 M, colocando 0.7 mL de peróxido comercial puro enrasados a 10 mL Disolución de Ácido sulfúrico Con la ayuda de una pipeta preparamos 30 mL de solución 1M, colocando 1.6 mL de ácido sulfúrico concentrado en agua destilada. Mezclar en un matraz erlenmeyer los 10 ml de la disolución de KI con los 30 ml de acido sulfúrico 1M, atemperar la solución en un baño de agua. A la solución anterior mezclamos los 10 ml de peróxido de hidrogeno y una vez q empiece la reacción cronometramos el tiempo. En intervalos de tiempo determinados del reactor sacamos con ayuda de la pipeta una alícuota de 0,1 ml a un matraz aforado de 25 ml. Enrasar el matraz aforado con agua destilada para detener la reacción. Leer la absorbancia de la muestra en el espectrofotómetro a una longitud de onda 5. DATOS ,
t(min) 4.23
Absorbancia 0.03912
de 551 nm. CALCULOS Y
RESULTADOS 5.1. Datos Se realizaron las lecturas a
nm de longitud de onda.
10.903 16.557 22.992 29.343
0.05863 0.06228 0.03583 0.03408
5.2. Cálculos Para realizar los cálculos en general de la reacción química a estudiar, se realiza el análisis cinético de la reacción: Que por motivos de practicidad se simboliza como: La cinética está dada por:
Ya que el peróxido ( ) se encuentra con un exceso considerable respecto al Ioduro ( ) se asumirá que su concentración se mantiene constante durante la reacción y se la incluirá en una nueva constante: Reemplazando, se obtiene un pseudo 1er orden:
Integrando:
Para encontrar
utilizamos la ley de Lambert y Beer: A= εbc
Donde εb es igual a 5220
Absorbancia 0,03912 0,05863 0,06228
T (min) 4,230 10,903 16,557
, de donde despejando tenemos:
( 0,000187356 0,000280795 0,000298276
Ln -8,58249829 -8,17788562 -8,11749179
0,03583 0,03408
22,992 29,343
0,0001716 0,000163218
-8,6703466 -8,72042143
CINETICA DE REACCION -8 -8.10.000
10.000
20.000
30.000
40.000
Ln CA
-8.2 -8.3 -8.4
Series1
-8.5
Linear (Series1)
-8.6 y = -0.0123x - 8.2471 R² = 0.1813
-8.7 -8.8
Tiempo
Pero como los datos obtenidos no representan a una curva se obviaron los dos últimos datos obteniendo la siguiente curva ya que durante la reacción hubo perdidas de yoduro .
CINETICA DE REACCION -8 0.000 -8.1
5.000
10.000
15.000
20.000
Ln CA
-8.2 -8.3
Series1
-8.4
Linear (Series1)
-8.5 y = 0.0384x - 8.6983 R² = 0.8784
-8.6 -8.7
Tiempo
6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
La asignación de orden “1” de reacción con respecto al peróxido de hidrógeno y al ioduro de potasio fue el apropiado, de acuerdo a los valores obtenidos en los correspondientes ajustes lineales (R2 cercano a la unidad).
Se obtuvo un valor para la constante de velocidad:
La dilución de los reactivos es determinante para la obtención de valores experimentales correctos, trabajando con diluciones mas concentradas, el error experimental se incrementa. Las diluciones realizadas en la práctica fueron
adecuadas, al tener un mayor control sobre la valoración del iodo con tiosulfato de sodio. El error más apreciable observado en el tratamiento de los datos se encuentra en los intervalos de tiempos observados, debido a que la coloración del reactor ocurre en un tiempo considerable y está sujeta a errores del tipo personal (apreciación y/o reacción).
