UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA CUSO: QUÍMICA GENERAL – LABORATORIO INFORME DE PRÁCTICA Nº 8 Título: Cinética química Integrantes: • Arellano Ricaldi, Renny (20170159) • Garro Martinez, Gabriela (20170140) • Maldonado Ríos, Jeanpool (20170143) • Oblitas Mancilla, Ivana (20170289)
Facultad: Ciencias Forestales, Ing. Agrícola Horario de prácticas: Jueves 8:00 – 10:00 am Profesor de laboratorio: Téllez Mozón, Lena Asunción
1. INTRODUCCIÓN Diariamente, a pesar de no percibirlo, ocurren muchas reacciones de diferentes tipos que pueden ser indispensables para la vida. Estas reacciones no solo varían en el tipo, sino en el tiempo que necesitan para realizarse debido a las condiciones de presión, temperatura, concentración. concentración. Para lograr los cálculos de tiempo de las reacciones y, en algunos casos, de sus modificaciones es necesaria una herramienta que nos permita conocer la velocidad de reacción con que actúan, se trata de la cinética química. 1.1.
JUSTIFICACIÓN
Muchas veces para el ser humano es beneficioso alterar el tiempo de reacción de muchas reacciones, ya ya sea haciendo uso de ot otras ras sustancias o variando las concentraciones, dándole un periodo de uso más beneficioso. En algunas reacciones conviene que el tiempo necesario para obtener los productos sea mayor y en otras menor como en la descomposición de alimentos y fermentación para la producción de licores, respectivamente. respectivamente.
1.2.
OBTEJIVOS
∙ Medir el tiempo que transcurre en la reacción de sulfito de sodio con yodato de
potasio. ∙ Observar los cambios de velocidades de reacción por variación de concentración molar de las sustancias y temperatura del sistema con el que se trabaja. 1.3.
HIPÓTESIS
∙ La concentración molar de los reactantes es inversamente proporcional al tiempo de
reacción. 2. REVISION DE LITERATURA CINETICA QUIMICA La cinética química estudia la velocidad de los procesos químicos y determina los factores que influyen sobre ella. Tiene como objetivo encontrar la expresión matemática que relaciona la velocidad de una reacción química con los diferentes factores de los que depende. 2.1.
Velocidad de reacción
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 velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que q ue se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, concentración/tiempo, esto es, en moles/s. La teoría de colisiones La teoría de colisiones, propuesta hacia 1920 por Gilbert N. Lewis (1875-1946) y otros químicos, afirma que para que ocurra un cambio químico es necesario que las moléculas de la sustancia o sustancias iniciales entren en contacto mediante una colisión o choque. Pero no todos los choques son iguales. El choque que provoca la reacción se denomina choque eficaz y eficaz y debe cumplir estos dos requisitos:
Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos. Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.
Los choques que no cumplen estas condiciones y, por tanto, no dan lugar a la reacción, se denominan choques ineficaces 2.2. Factores que afectan la velocidad de reacción 2.2.1. Temperatura. - Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica. Esto explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la nevera o en el congelador. Por el contrario, si queremos q ueremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego. 2.2.2. Concentración de los reactivos. - Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de d e colisiones.
La variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera general, en la forma: = k [ [ A v = A]α [B]β donde
α y β son coeficientes que no coinciden necesariamente con los
coeficientes estequiométricos estequiométricos de la reacción general antes considerados. La constante de velocidad k , depende de la temperatura. 2.2.3. Naturaleza de los reactantes. - Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de activación:
Muy alta, y entonces será muy lenta.
Muy baja, y entonces será muy rápida.
2.2.4. Catalizadores. - son sustancias que facilitan la reacción modificando el mecanismo por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de reacción. Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final de la reacción, puesto que no n o es reactivo ni participa en la reacción. 2.2.5. Grado de división o estado físico de los reactivos. – En general, las reacciones entre gases o entre sustancias en disolución son rápidas ya que las mismas están finamente divididas, mientras que las reacciones en las que aparece un sólido son lentas, ya que la reacción sólo tiene lugar en la superficie de contacto. Si en una reacción interactúan interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es mayor, la rapidez es mayor. Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta enormemente la velocidad de reacción, ya que facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, la colisión entre las partículas. 2.2.6. Presión. - La velocidad de las reacciones gaseosas se incrementa muy significativamente con la presión, que es, en efecto, equivalente a incrementar la concentración del gas. Para las reacciones en fase condensada, la dependencia en la presión es débil, y sólo se hace importante cuando la presión es muy alta. alta .
2.3.
Ley de velocidad
Hemos visto que la velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de los reactivos. Sin embargo, no todos ellos influyen de la misma manera en la velocidad. La expresión que nos permite calcular la velocidad a la que ocurre reacción y relacionar la velocidad con las concentraciones de los reactivos se llama Ley de Velocidad. Para una reacción hipotética: A + 2 B → C Sabemos que la velocidad la podemos expresar así:
Sin embargo, la ley de velocidad nos permite calcular la velocidad, conociendo las concentraciones concentraciones iniciales de los reactivos. Así, la expresión de la ley de velocidad será: v = k [A] m[B]n Donde k (minúscula) es una constante de proporcionalidad denominada constante de velocidad, y m y n son números enteros (mayores o iguales que cero), que NO NECESARIAMENTE son los coeficientes estequiométricos. Es decir, yo no puedo decir que m = 1 y n = 2, ya que estos valores hay que determinarlos experimentalmente. experimentalmente. Los números m y n se denominan ÓRDENES PARCIALES DE LA REACCIÓN : “m” con respecto al reactivo A y “n” con respecto a B. La suma de “m+n” nos da el ORDEN TOTAL DE LA REACCIÓN. 3. MATERIALES Baguete o varilla de agitación Es un fino cilindro de vidrio macizo, que se utiliza principalmente para mezclar o disolver sustancias con el fin de homogenizar.
Cronometro
es un reloj muy preciso que puede ser activado y desactivado a voluntad por medio de dos botones.
Termómetro es un instrumento utilizado para medir la temperatura con un alto nivel de exactitud. Puede ser parcial o totalmente inmerso en la sustancia que se está midiendo. Esta herramienta está conformada conformada por un tubo largo de vidrio con un bulbo en uno de sus extremos.
Sulfito de sodio
es un compuesto incoloro, producto de la reacción del ácido sulfuroso (u sulfuroso (u óxido de azufre (IV)) (IV)) con hidróxido de sodio. sodio. En agua se disuelve con reacción ligeramente básica.
Yodato de potasio es un compuesto utilizado principalmente como agente para el tratamiento de harinas. Entre las aplicaciones más comunes se encuentran: galletas, bagels, pasteles y harinas, etc.
Agua destilada Es aquella a la que se le han eliminado las impurezas e iones mediante destilación. La destilación es un método en desuso para la producción de agua pura a nivel industrial.
MÉTODOS -
Actividad A:
∙ Usar tres tubos de ensayo para colocar 1mL de KIO 3 0.1 M en cada uno ∙ Usar tres tubos de ensayo para colocar 1mL de solución de NaSO 3 0.1 M con almidón
en cada uno ∙ Tendremos tres pares te KIO 3 - NaSO3 ∙ Al primer par se le debe tomar la temperatura ambiente y verter el NaSO 3 0.1 M hacia
el KIO3 para que reaccionen midiendo el tiempo de reacción. ∙ Al segundo par se le debe someter a baño maría con agua caliente para que se eleve
la temperatura y medirla, luego se le debe medir el tiempo de reacción. ∙ Al tercer par se le debe someter a baño maría con agua helada para que disminuya su
temperatura, luego se debe tomar el tiempo de reacción. ∙ Los tiempos de reacción deben ser anotados en el cuadro de resultados.
MATERIALES DE ENTRADA Y SALIDA DE LA ACTIVIDAD A:
- Actividad B: ∙ Usar cinco tubos de ensayo para colocar 1mL de NaSO 3 0.1M en cada uno ∙ Usar cinco tubos de ensayo para colocar 1mL de KIO 3 de molaridades 0.02, 0.012,
0.008, 0.004, 0.002, uno en cada tubo. ∙ Verter 1mL NaSO 3 0.1 M a cada 1mL de al KIO 3 de molaridad diferente. A cada
reacción se le debe medir el tiempo y anotarlo en el cuadro de resultados. MATERIALES DE ENTRADA Y SALIDA DE LA ACTIVIDAD B:
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 1. Tiempo de reacción de las diferentes concentraciones concentraciones del yodato de potasio.
1 2 3
MKIO3
V total
Valmidón
Tiempo
0.002 0.004
1 ml 1 ml 1 ml
1 ml 1 ml 1 ml
2:50
1 ml
1 ml
34s
1 ml
1 ml
6s
4
0.008 0.012
5
0.020
1:38 40s
Tabla 2. Determinar el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción.
0.1MKIO3
VNa2SO3
Valmidón
Temp(C°)
Tiempo
1
1ml
5 ml
2 ml
21°
2.8s
2
1ml
5 ml
2 ml
10°
2.1s
5 ml
2 ml
45°
4.6s
3
1ml 5. CONCLUSIÓN
Después de haber experimentado siguiendo las indicaciones de la docente es posible confirmar las hipótesis ya que se percibe los diferentes tiempos de reacción conforme se va usando reactivos de diferente concentración concentración y conforme se les somete a temperaturas distintas: ∙ Mientras es mayor la concentración molar de los reactivos, menor es el tiempo de
reacción, por lo tanto la velocidad de reacción es mayor. ∙ Mientras es mayor la temperatura temperatura de los reactivos, reactivos, mayor es la velocidad velocidad de la
reacción. 6. RECOMENDACIONES:
Estar atentos al cambio en la reacción ya que puede ocurrir muy rápido y no poder precisar el tiempo. Almacenar en lugares ventilados algunos reactivos como el H 2SO4 ya que es sumamente corrosivo y puede formar vapores de ácido. El KIO3 puede presentar signo de explosión con algunos compuestos orgánicos y generar incendios. Mantener la misma temperatura en los dos reactivos para determinar un tiempo exacto del experimento. experimento.
7. BIBLIOGRAFIA:
https://bioprofe.com/es/teoria-cinetica-quimica/
http://cienciasenbachillerato.blogspot.pe/2011/05/velocidad-de-reacciony-equilibrio.html https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_ https://es.wikipe dia.org/wiki/Velocidad_de_reacci% de_reacci%C3%B3n#Factores_q C3%B3n#Factores_que ue _afectan_la_velocidad_de_re _afectan_la_ve locidad_de_reacci.C3.B3n_qu.C3.A acci.C3.B3n_qu.C3.ADmica Dmica http://corinto.pucp.edu.pe/quimicagenera http://corinto.pucp.e du.pe/quimicageneral/contenido/24-ley-de-velocida l/contenido/24-ley-de-velocidaddy-orden-de-reaccion.html https://www.tplaboratorioquimico.com/laborator https://www.tplaborato rioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-eio-quimico/materiales-einstrumentos-de-un-laboratorio-quimico/bague instrumentos-de-un-la boratorio-quimico/bagueta-o-varilla-deta-o-varilla-deagitacion.html https://www.tplaboratorioquimico.com/laborator https://www.tplaborato rioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-eio-quimico/materiales-einstrumentos-de-un-laboratorio-quimico/bague instrumentos-de-un-la boratorio-quimico/bagueta-o-varilla-deta-o-varilla-deagitacion.html https://www.tplaboratorioquimico.com/laborator https://www.tplaborato rioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-eio-quimico/materiales-einstrumentos-de-un-laboratorio-quimico/term instrumentos-de-un-la boratorio-quimico/termometro.html ometro.html http://es.made-in-china.com/co_bochuang/ima http://es.made-in-chi na.com/co_bochuang/image_Industry-Grade ge_Industry-Grade-Price-PriceNa2so3-Anhydrous-Sodium-Sulphite_eohioye Na2so3-Anhydrous-Sodium-Sul phite_eohioyeeg_gnetBmbzMNc eg_gnetBmbzMNcq.html q.html https://spanish.alibaba.com/promotion/promoti https://spanish.alib aba.com/promotion/promotion_potassium-iodateon_potassium-iodatepromotion-list.html http://sanicompras.com/177-agua-destilada
8. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es el propósito de la practica 8? Medir el tiempo en que ocurre una un a reacción química. Medir el efecto de dos factores: temperatura y concentración de un reactivo en la velocidad de reacción.
2. ¿Cómo demuestra que cuido el ambiente de laboratorio? Permitiendo una buena circulación de aire, usando los sistemas adecuadamente cuando se trataba de cambios de temperatura y desechando los residuos en su respectivo recipiente. recipiente. 3. ¿Cuál es el efecto de la concentración y la temperatura sobre la velocidad de reacción? A mayor concentración, mayor velocidad en la reacción dado que a mayor cantidad de moléculas, existe un mayor movimiento cinético entre ellas; pero se da un menor tiempo en la reacción. 4. Representar en un gráfico la concentración molar del KIO 3 frente al tiempo de reacción (segundos). Comentar el efecto de la concentración de yodato de potasio sobre el tiempo de reacción.
0.03 0.025 0.02
) s e l o m ( 0.015 3
O I K
0.01
0.005 0 20
40
60
80
100
120
Tiempo (s)
Se observa que a mayor concentración de KIO 3, mayor velocidad de reacción, por ende menos tiempo. 5. Considerando una reacción de primer orden. Representar en un gráfico el ln[KIO3] frente al tiempo de reacción (segundos). Determinar el valor de la constante de rapidez. 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-2 -4 3
O I K n l
-6 -8
-10 -12 -14
Tiempo (segundos)
Constante de rapidez = 0.025
6. Representar en un gráfico la temperatura (Celsius) (Celsius) frente al tiempo de reacción (segundos). Comentar el efecto de la temperatura sobre el tiempo de reacción.
220
160 140 ) 120 s u i s l e 100 C ( a r u 80 t a r e p 60 m e T
40 20
0 20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo (segundos)
A mayor temperatura, un menor tiempo en la velocidad de la reacción. 7. ¿La velocidad de una reacción química está determinada por su energía de activación? Justificar su respuesta considerando la teoría cinética y las reacciones químicas Sí, dado que la energía de activación se da en forma de calor y eso hace que se provoque una variación en la temperatura por ende el movimiento molecular varia, o bien haciendo que se acelere la reacción o que se tarde. 8. La reacción de X e Y para formar Z es exotérmica. Para cada mol de Z producida se generan 10Kcal de calor. La energía de activación es de 2Kcal, trace las relaciones de energía en una diagrame de avance de reacción.
200
Kcal
Estado activado.
12
Energía de activación.
10 Producto: Z
Reactantes: X + Y
Avance de la reacción.
9. El plutonio -240, producido en los reactores nucleares, tiene una vida media de 6580 años. Determinar: a) El valor de la constante de rapidez de primer pri mer orden para la desintegración de Pu – 240 Ecuación para el tiempo de vida media de primer orden: T 1⁄2 =
0,693
Reemplazando: 6580 =
0,693
K = 1,053191 x 10-4 b) Que cantidad de muestra queda después de 100 años []
ln(
[] []
ln(
40
) = -KT ) = 1,05191 x 10-4 (años)-1 x 100 años
[A]f = 1.0105746202 M 10. ¿Cómo cambiara la velocidad de la reacción: 4NO2 + O2 ↔ 2N2O5, si el volumen del recipiente donde se desarrolla la reacción se reduce a la mitad? Velocidad de la rxn: K[NO 2][O2] Velocidad de la rxn. Inicial: K[ Velocidad de la rxn. Final: K[
(NO) (O)
][
]
(NO) (O)
][
]
Velocidad de la rxn. Inicial = 4 (Velocidad de la rxn. Final.)
