I

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

I. RESUMEN.El presente informe tiene como objetivo la determinacin de la constante de velocidad de la reaccin.El Laboratorio se encontraba a las siguientes condiciones: Una presin atmosfrica de 756 mmHg, a una temperatura de 20C y un porcentaje de humedad de 83%.

Para poder realizar nuestros clculos, primeramente graficamos (V-Vt) vs Tiempo seg para cada temperatura 30C y 40C respectivamente (ver grafica 1 y 2), en esta grafica la cual resulto ser curva tomamos 7 puntos tangentes, cada uno en un respectivo tiempo de esta forma se encontr la velocidad de la reaccin en ese tiempo, observndose que esta disminua a medida que avanzaba el tiempo, luego se grafico el Log(velocidad) vs el Log(V-Vt) (ver graficas 3 y 4) , en esta grafica la cual resulto ser una recta nos dio una pendiente la cual resulto ser el orden de la reaccin para cada respectiva temperatura encontrndose, que para 30C es de orden 1 y para 40C de orden 2, finalmente se grafico tambin el Log(V-Vt) vs el Tiempo seg (ver graficas 5 y 6). La cual tambin fue una recta cuya pendiente multiplicndola por -2.3 nos dio como resultado la constante de velocidad de la reaccin para cada temperatura respectivamente, (K30C=0.003312 y K40C=0.005382).

Teniendo las constantes a dos temperaturas diferentes se pudo calcular la energa de activacin de la reaccin la cual es de 9.148Kcal/mol.Podemos concluir en que el aumento de temperatura aumenta la velocidad de las reacciones esto se manifiesta con el aumento de la constante de velocidad.

Una recomendacin importante es que el xito de la experiencia es la destreza con que se nivele el volumen del agua desplazado por el oxigeno con que se genera en la descomposicin del H2O2, para lo cual es muy importante verificar el estado del dispositivo con el cual vamos a realizar las mediciones y evitar la mxima cantidad de fuga de oxigeno por parte del experimentador.II. INTRODUCCION.Los estudios de catlisis se extienden a fenmenos que se relacionan con el estudio del complejo activado formado cada vez que se lleva a cabo una reaccin qumica y su importancia a nivel industrial radica en la posibilidad de obtener productos en menor tiempo, acelerando la velocidad de reaccin y logrando de este modo la optimizacin del proceso. Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reaccin. El proceso recibe la denominacin de catlisis. Una definicin amplia de catlisis es la aceleracin de reacciones qumicas por la adicin de pequeas cantidades de pequeas sustancias al sistema reaccionante. Entre los criterios mas importantes de la catlisis estan:

El catalizador permanece invariable al final de la reaccin.

Un catalizador no modifica el equilibrio, pues altera igualmente las velocidades de las reacciones directa e inversa.

El catalizador no inicia una reaccin. Un catalizador esta generalmente presente en concentracin relativamente pequea, la concentracin del catalizador afecta notablemente la velocidad de la reaccin.

La accin cataltica es especifica, no siendo apropiada todos los catalizadores para catalizar una determinada reaccin.

Entre las clases de catlisis tenemos.

Catlisis Homognea: Donde el catalizador esta en la misma fase que las sustancias reaccionantes.

Catlisis Heterognea: En la cual el catalizador esta en fase distinta que las sustancias reaccionantes.

Catlisis Enzimatica: (Procesos biologicos catalticos), es decir, mediante biocatalizadores, de los cuales los primeros conocidos fueron las reacciones producidas por enzimas.

III. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.

Condiciones De LaboratorioPRESION756 mmHg

TEMPERATURA20 C

% HUMEDAD83

Tabla 1: Volmenes de Agua, Tomado cada 30 seg y su Respectivo Volumen Infinito Para la Temperatura de 30 C.TIEMPO segVOLUMEN ml

302.30

603.50

905.40

1206.30

1507.70

1808.20

2109.40

2409.90

27010.5

30011.2

33011.9

36012.8

39013.0

42013.8

45014.1

V = 18.0 ml

Tabla 2: Diferencia entre el Volumen Infinito y el Volumen Tomado cada 30 seg y su respectivo Logaritmo para una Temperatura de 30CTIEMPO seg(V - VT) mlLog (V - VT)

3015.71.196

6014.51.610

9012.61.100

12011.71.068

15010.31.013

1809.800.991

2108.600.934

2408.100.908

2707.500.875

3006.800.832

3306.100.785

3605.200.716

3905.000.698

4204.200.623

4503.900.591

Tabla 3: Velocidades Tomadas Trazando Tangentes de la Grafica (V-Vt vs T) con sus Respectivos Logaritmos para una Temperatura de 30C.TIEMPO segVELOCIDADES ml/segLog (velocidad)

300.06060-1.22

900.04450-1.35

1500.03000-1.52

2100.02380-1.62

3600.02000-1.69

4200.01310-1.88

4500.00575-2.24

Tabla 4 : Volmenes de Agua tomados cada 30 seg y su respectivo Volumen Infinito Para una Temperatura de 40 CTIEMPO segVOLUMEN ml

303.20

607.50

9010.5

12013.0

15014.7

18015.7

21016.3

24017.0

27017.5

30017.7

33018.0

36018.2

39018.4

42018.5

45018.6

V = 20.4 ml

Tabla 5: Diferencia entre el Volumen Infinito y el Volumen Tomado cada 30 seg y su respectivo Logaritmo para una Temperatura de 40CTIEMPO seg(V - VT) mlLog (V - VT)

3017.21.236

6012.91.110

909.900.996

1207.400.870

1505.700.755

1804.700.672

2104.100.612

2403.400.531

2702.900.462

3002.700.431

3302.400.380

3602.200.342

3902.000.301

4201.900.279

4501.800.255

Tabla 6: Velocidades Tomadas Trazando Tangentes de la Grafica (V-Vt vs T) con sus Respectivos Logaritmos para una Temperatura de 40C.TIEMPO segVELOCIDADES ml/segLog (velocidad)

600.10670-0.97

900.08340-1.08

1200.06920-1.16

1500.03890-1.41

3000.01290-1.89

3600.00721-2.14

4500.00263-2.58

Tabla 7: Orden y Constante de Velocidad (K) a su Respectiva Temperatura.Temperatura K313.15303.15

Orden 21

K0.0053820.003312

Energa de Activacin Ea = 9.148 Kcal/mol

IV. EJEMPLO DE CALCULOS.a) Grafique (V( - Vt) vs. Tiempo seg, para cada temperatura.

Para T=30C

V(=18.0 ml

Cuando t = 30 segundos:

V( - Vt = (18.0 2.3)ml = 15.7ml

Para T=40C

V(=20.4ml

Cuando t = 30segundos:

V( - Vt = (20.4 3.2)ml = 17.2ml.De la misma manera se calculan los valores que se encuentran en las tablas 1 y 4, Los resultados se pueden observar en las tablas 2 y 5 de estas se realizan los grficos 1 y 2 de (V( - Vt) vs. Tiempo seg, que resultan ser curvas, en las cuales toma 7 puntos, en los que se trazan tangentes a la curva, obteniendo as, velocidades de reaccin a diferentes concentraciones las cuales se observan en las tablas 3 y 6 con su respectivo logaritmo para el calculo de la parte b.

b) Grafique el logaritmo de la velocidad de la reaccin para diferentes intervalos de tiempo en funcin del log(V( - Vt) y halle el orden de la reaccin.

Tomando tangentes en 7 puntos de las grficas 1 y 2 (ver grafica 3 y 6)Para el caso T=30C:LogV = -1.22

t = 30 segLogV = -1.62

t = 210segTomando log(V( - Vt) en cada respectivo tiempo.

log(V( - V30) = 1.196log(V( - V210) = 0.930

Entonces el valor del orden de la reaccin para 30CPara este caso

-m = orden = -(1.22- (-1.62))/(1.19-0.93) = 1.54 2Esto indica que la reaccin de descomposicin cataltica del H2O2 es de segundo orden.

De la misma manera se realiza para la temperatura de 40C encontrndose que es de orden 1 (graficas 3 y 4) los valores se encuentran en la tabla numero 7.c) Grafique el log(V( - Vt) vs. t

Esta grfica resulta ser una recta de cuya pendiente se obtiene la constante de velocidad (K) ver graficas 5 y 6:

Para el caso T=30C

m = -0.00144 = -k/2.3

K1 = 3.312x10-3Para el caso T=40C

m = -0.00234 = -k/2.3

K2 = 5.382x10-3

d) Halle la energa de activacin de la reaccin:Para este clculo se necesita conocer las constantes de velocidad a dos diferentes temperaturas, lo que se obtiene a partir de las grficas 5 y 6.

Entonces la energa de activacin es igual:

Donde:K2 y K1: constantes de velocidad a temperaturas absolutas T1 y T2.

R : constante universal de los gases su valor es 1.987 cal/mol k.

Ea : Energa de activacin.

Log 5.382x10-3 = Ea x 313.15-303.15 3.312x10-3 (2.3x1.987) 313.15x303.15Ea = 9.148 Kcal/mol.

V. DISCUSION DE RESULTADOS. La descomposicin del perxido de hidrogeno es un ejemplo claro de reacciones de primer orden. Experimentalmente, en laboratorio se trabajo a una temperatura de 20C de donde se obtuvo para 30C la descomposicin del perxido de hidrogeno un orden de reaccin igual a 1, mientras que para una temperatura de 40C, no fue as, se obtuvo un orden de reaccin igual a 2. Este incremento o variacin del orden de la reaccin se pudo haber debido a que el volumen final obtenido es menor al volumen obtenido a una temperatura de 40C.

Hubo errores al realizar esta practica las cuales pueden ser que dejo abierto mucho tiempo el orificio de salida del aire, dejndose escapar mucho volumen de oxigeno el cual no pudo ser calculado, el aparato para efectuar las mediciones se encontraba defectuoso el cual tenia muchas fugas, adems el calculo de la altura a la que se deba sostener la pera, era muy inexacto. Otra posible explicacin podra ser que la concentracin del perxido de hidrogeno ya que al realizar el experimento a 40C se observo que al trasladar el reactor al agua caliente la lectura en el manmetro no disminua y luego cuando este se trasladaba al recipiente donde se contena el agua a 40C se observaba en la lectura del manmetro que suba demasiado rpido hasta sobrepasar los volmenes tomados anteriormente cada 30 segundos, por lo tanto no se pudo tomar una medida exacta del volumen infinito. VI. CONCLUSIONES. El aumento de al temperatura ocasiona un correspondiente aumento en la velocidad de las reacciones, ello se manifiesta mediante el aumento del valor de al constante de la velocidad. El mtodo grfico empleado para determinar la constante de velocidad de reaccin resulta ser tan aproximado como lo permite el calcular el valor de la pendiente.

La velocidad de reaccin disminuye con el tiempo, siendo independiente de la concentracin inicial del perxido de hidrogeno. El FeCl3 acta como catalizador de la reaccin, y aunque este no vare su composicin, una vez concluida la reaccin, si intervienen como intermediario, disminuyendo la energa de activacin de las mismas.

El catalizador tiene que acelerar la reaccin inversa tanto como la directa de modo que la constante de equilibrio no se vea afectada, ya que la posicin del equilibrio qumico es independiente del mecanismo.

El catalizador esta generalmente presente en concentracin relativamente pequea.

El catalizador no inicia una reaccin, sino que solo acelera una transformacin que se produce por si misma en forma extraordinariamente lenta.

Cuando se aumenta la temperatura, el orden de la reaccin se ve incrementada. La constante de la Velocidad de Reaccin es directamente proporcional a la temperatura. La Energa de activacin siempre es positiva., lo cual quiere decir que se debe suministrar energa para producir molculas activadas.

VII. RECOMENDACIONES.

Es muy importante saber que el xito de la experiencia depende de la destreza con que se nivele el volumen de agua desplazado por el oxigeno que se genera durante la descomposicin del perxido de hidrogeno.

Se recomienda mantener constante la temperatura, para as poder obtener una grafica que nos ayude a hallar el orden y la constante de velocidad de la reaccin.

Asegurarse que no halla fuga de oxgeno para esto verificar si el aparto se encuentra en perfectas condiciones y tambin tener cuidado al realizar la experiencia evitando la mxima cantidad de fugas de oxigeno, puesto que el volumen final debe ser mayor al obtenido en el ultimo minuto.

VIII. APENDICE.

1.- Cuando se dice que las molculas se encuentran en estado activado? Y Como influye la temperatura?.El aumento de temperatura produce casi invariablemente un aumento significativo de velocidad de una reaccin qumica.

Las molculas reaccionantes no solamente deben colisionar entre si, si no que tambin deben ser correctamente orientadas y chocar con suficiente energa, o sea estar activadas.

El numero de colisiones que son efectivas es mucho mas pequeo y debe ser claramente diferenciado de las colisiones totales. Las molculas que reaccionan estn en un estado excepcional, uno de alta energa comparado con el promedio molecular. Las colisiones que causan reacciones entre dos o mas molculas, son pocas y solamente pueden ocurrir por colisiones de molcula de alta energa. Las molculas que reaccionan se llaman molculas activadas, y una colisin que causa reaccin se llama una colisin de rica energa.

La velocidad del aumento de la velocidad de reaccin con la temperatura, consiste en que el aumento de temperatura favorece considerablemente el aumento de la fraccin de molculas que posee gran exceso de energa sobre el promedio, habiendo as un numero mayor de colisiones de molculas que posee la necesaria energa de activacin para que se efectu la reaccin.

Los conceptos de estado activado y energa de activacin se han introducido para explicar el pequeo numero de colisiones fructferos en las reacciones qumicas. La reaccin nicamente tiene lugar cuando las molculas reaccionantes poseen una cantidad adicional de energa, por encima de las que poseen el promedio de las molculas. Esta energa adicional se denomina energa de activacin, y cuando unas molculas la poseen, se dice que estn en estado activado.

Cuanto mayor es la energa de activacin para una reaccin, menor ser el numero de molculas que la poseen y mas lenta ser la reaccin a una temperatura determinada de otro lado, cuanto mayor es la temperatura, mayor ser el numero de molculas en estado activado.

Energa de Activacin de una Reaccin.2.- Cual es la funcin de un catalizador en una reaccin ?

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reaccin qumica sin consumirse, el catalizador puede reaccionar para formar un intermediario, pero se regenera en paso subsecuente de la reaccin.

La funcin de un catalizador es la de efectuar la reaccin deseada con una menor energa de activacin, lo que produce una reaccin mas rpida. Por que mas molculas alcanzan a poseer la cantidad de energa de activacin necesaria para reaccionar.

Efecto del Catalizador sobre la Energa de Activacin.

3.- Explique el proceso de autocatalisis.

Cuando en un proceso se produce una sustancia capaz de actuar como catalizador sobre la reaccin, se dice que esta es autocatalitica.

As ocurre en el desdoblamiento del acetato de etilo en etanol y cido actico, que empieza por ser muy lenta, pero cuando se ha formado algo de cido actico la rapidez aumenta, por que este cido influye sobre la saponificacin, por lo iones Hidronio que se forman con le solvente agua. Otro ejemplo es la valoracin de cido oxlico con perganmanato sobre la solucin caliente de cido oxalico, transcurre un tiempo antes de que se decolore, sin embargo la segunda porcin se decolora rpidamente, debido a las Sales manganosas que se han formado al consumirse la primera porcin del permanganato, catalizan la reaccin. IX. BIBLIOGRAFIA.

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Laboratorio de Fisicoqumica II Estudio de la Velocidad de Descomposicin Cataltica del H2O2.1

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