UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MXICOFACULTAD DE QUMICALABORATORIO UNIFICADO DE FISICOQUIMICAPROFESOR: JUVENAL FLORES DE LA ROSAPRACTICA: EFECTO DE LA CONCENTRACIN SOBRE LA RAPIDEZ DE LA REACCIN DE YODO CON ACETONA(ESTUDIO DE LA CINTICA DE LA REACCIN)EQUIPO: 1LOS GUERREROS DEL LOTO ROJOINTEGRANTES: ALMAZAN MATAMOROS VICTOR IGNACIOALVAREZ ZAMUDIO JONATHANCAMACHO SUAREZ DANIELELIZALDE SEGOVIA RODRIGOVARGAS GUERRA MARIANAGRUPO: 6DIA Y HORARIO: MARTES 13:00-17:00 TRABAJO EXPERIMENTAL EFECTUADO: 25/03/14 FECHA DE ENTREGA: 01/04/14SEMESTRE: 2014-2ResumenIntroduccin.Cintica Qumica EL AREA DE LA CINETICA QUIMICALa qumica se puede dividir en forma arbitraria en el estudio de estructuras, equilibrios y velocidades de reaccin. La estructura est descrita en forma precisa por la mecnica cuntica, los fenmenos de equilibrios por la mecnica estadstica y la termodinmica y, el estudio de las velocidades de reaccin es el rea de la cintica.La cintica se puede subdividir en la cintica fsica que estudia los fenmenos fsicos tales como la difusin y la viscosidad y la cintica qumica, que estudia las velocidades de las reacciones qumicas (que incluye tanto cambios de enlaces covalentes como no covalentes).En los cursos de termodinmica se aprendi que las propiedades de estado dependen solamente de los estados inicial y final de un sistema, consecuentemente la termodinmica no puede proporcionar ninguna informacin respecto a los estados por los que pasa un sistema.Estos estados intermedios constituyen el rea de estudio de la cintica qumica.Las propiedades de un sistema en equilibrio no cambian con el tiempo, por lo que el tiempo no es una variable termodinmica. Un sistema sin constricciones y que no se encuentra en equilibrio cambia espontneamente con el tiempo, de forma que los estudios tanto tericos como experimentales de estos cambios incluyen al tiempo como una variable. La presencia del tiempo como un factor en la cintica qumica aade tanto inters como dificultad a esta rea de la qumica.A pesar de que el tiempo como un concepto fsico o filosfico es una cantidad extremadamente etreo, en la cintica qumica adoptamos una nocin bastante primitiva del tiempo, como una cuarta dimensin lineal (las primeras tres son espaciales), cuyo valor inicial (t = 0) se puede fijar experimentalmente. El experimentador lo puede fijar por ejemplo, al mezclar dos soluciones y persiste como variable hasta que el experimentador deja de observar la reaccin, o hasta el tiempo infinito, que es el tiempo en que la reaccin se ha llevado prcticamente completa.Usos de la cintica qumica.Qu sucede entre los estados inicial (reactivos) y final (productos)? Una respuesta a esta pregunta constituye una descripcin del mecanismo de reaccin. El estudio de los mecanismos de reaccin es una aplicacin importante de la cintica qumica.La cintica tambin se puede aplicar a la optimizacin de las condiciones de un proceso, por ejemplo en la sntesis en qumica orgnica, en reacciones analticas y en la manufactura qumica. Adicionalmente, otro uso prctico de la cintica es la determinacin y control de la estabilidad de los productos comerciales, farmacuticos, pinturas.EL ESTUDIO DE LOS MECANISMOS DE REACCION.Definicin de mecanismo de reaccin.Considere la siguiente reaccin hipottica en un solo paso:AB + C A + BCLos componentes del lado izquierdo son los reactivos, los del lado derecho corresponden al estado final o productos. Por experiencia, muchas veces los reactivos no se transforman inmediatamente en productos; esto es, los reactivos presentan cierta estabilidad. Esta resistencia a que sucedan las reacciones qumicas se debe a la energa necesaria para pasar de reactivos a productos. Podemos imaginar que el sistema reactivo sigue una trayectoria y que pasa a travs de un mximo que se encuentra en algn lado entre los estados inicial y final. Esta posicin de mxima energa se conoce como estado de transicin de la reaccin, la diferencia de energa entre el estado de transicin y el estado inicial es la barrera de energa de la reaccin.Una reaccin de un solo paso tiene un solo estado de transicin y tal proceso se llama una reaccin elemental. Muchas de las reacciones qumicas (globales) consisten de dos o ms reacciones elementales, cuya combinacin es una reaccin compleja.En el siguiente diagrama se muestra una reaccin compleja compuesta por dos reacciones elementales. La especie caracterizada por un mnimo en la curva es un intermediario inestable , no se trata de un estado de transicin dado que no se encuentra en un mximo. Este intermediario se puede considerar como un producto de la primera reaccin y un reactivo de la segunda.Un mecanismo de reaccin postulado es una descripcin de todas las reacciones elementales que contribuyen (a esto lo llamamos esquema cintico), as como de una descripcin de las estructuras (electrnicas y qumicas) y la estereoqumica del estado de transicin para cada reaccin elemental.Ejemplo, hidrlisis alcalina de un ster:RCOOR + OH- RCOO- + ROHMuchos estudios experimentales sugieren que se trata de una reaccin compleja. Los pasos esenciales se muestran en el siguiente esquema cintico:RCOOR + OH-I 1) I RCOOH + RO-2) Una tercera reaccin rpida, transferencia de protones genera concentraciones de equilibrio entre RCOO-+ ROH.I representa un intermediario cuya estructura se muestra a continuacin:Esta descripcin nos proporciona informacin, mediante estructuras convencionales, acerca de la constitucin de los reactivos, productos e intermediario.RCOOR'OH-Es posible intentar mostrar una distribucin y flujo de electrones del estado de transicin. Sin embargo, debe tomarse en cuenta que se puede tener una idea burda de la distribucin electrnica en esta especie siempre que se cumpla con los requisitos de que las cargas parciales deben igualar la suma de carga correctamente, lo mismo que los enlaces parcialesEn un nivel ms profundo, el mecanismo de reaccin requiere de un tratamiento cuantitativo de los cambios energticos en la trayectoria de la reaccin y una descripcin mecnica cuntica de la estructura del estado de transicin.METODOS PARA ESTUDIAR LOS MECANISMOS.En virtud de que la velocidad de una reaccin est relacionada con la altura de la barrera energtica de la trayectoria de reaccin, la cintica qumica es el mtodo experimental eminente para abordar el estudio de los mecanismos, sin embargo otro tipo de informacin es til y an esencial.Estructura de reactivos y productos. Es importante conocer la estructura de reactivos y productos, sin embargo, es necesario tener cuidado de que los compuestos caracterizados sean realmente los productos de la reaccin en estudio.Orden de reaccinPara cada reaccin se puede formular una ecuacin, la cual describe cuantas partculas del reactivo reaccionan entre ellas, para formar una cantidad de partculas del producto.Para una reaccin de la forma:Esto significa, que dos partculas A colisionan con una partcula B, una partcula C y una partcula D para formar el producto E.Sin embargo, la probabilidad de que cinco partculas colisionen al mismo tiempo y con energa suficiente, es escasa.Ms probable es que dos o tres partculas colisionen y formen un producto intermedio, este producto intermedio colisiona con las dems partculas y forma otros productos intermedios hasta formar el producto E, aqu un ejemplo:La descomposicin de la reaccin principal en llamadas reacciones elementales y el anlisis de estas nos muestra exactamente como ocurre esta reaccin.Por medio de mtodos experimentales o por premisas se puede determinar la dependencia de la rapidez de las reacciones elementales con las concentraciones de los componentes A, B, C y D.El orden de reaccin est definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la rapidez de la reaccin. Este es tambin llamado orden total de reaccin, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente.Ejemplo:Suponiendo que la velocidad de reaccin de la primera reaccin elemental tiene una dependencia cuadrtica con la concentracin del reactivo A, esto significa que esta reaccin es de segundo orden con respecto al reactivo A. El orden total de esta reaccin es tambin segundo, pues no hay otros reactivos.Suponiendo que la velocidad de reaccin de la segunda reaccin elemental tenga una dependencia lineal con la concentracin del reactivo A2, lineal con la concentracin del reactivo B y ninguna dependencia con C. Entonces es la reaccin de primer orden en relacin a A2, de primer orden en relacin a B y de cero orden en relacin al componente C. El orden total es segundo.Suponiendo que la velocidad de reaccin de la tercera reaccin elemental tenga una dependencia lineal con la concentracin de A2BC, pero ninguna con la concentracin de D, entonces es la reaccin de primer orden en relacin a A2BC y de orden cero en relacin a D. El orden total de la reaccin es primero.Para una reaccin hipottica de la forma:la velocidad de reaccin se define como la siguiente expresin en caso de que sea una reaccin simple molecular, como la del caso anterior:v=k[A][B](Las concentraciones de reactivos estn elevados a su correspondiente coeficiente cintico slo en el caso en el que la reaccin sea elemental). Donde los corchetes denotan la concentracin de cada una de las especies; "r" denota la rapidez de reaccin y "k" es la constante cintica. La velocidad de las reacciones qumicas abarca escalas de tiempo muy amplias. Por ejemplo, una explosin puede ocurrir en menos de un segundo; la coccin de un alimento puede tardar minutos u horasFactores que afectan a la velocidad de las reaccionesTemperaturaEstado fsico de los reactivosPresencia de un catalizadorConcentracin de los reactivosPresinLuzObjetivosEstudiar el efecto de la concentracin sobre la rapidez de la reaccin de yodo con acetonaEstablecer el modelo matemtico capaz de describir el comportamiento de la rapidez de reaccinDeterminar los rdenes parciales, el orden global y la K, siempre y cuando coincidan con el modelo matemtico escogidoEstablecer los rdenes parciales para Establecer conclusiones respecto al mecanismo de la reaccin basados en lo que nos diga la ecuacin empricaHiptesisEn las reacciones donde haya concentraciones altas de Acetona habr mayor rapidez de reaccin, a diferencia de las de concentracin baja ser aplicable y ser capaz de describir el comportamiento de la rapidez con respecto a la concentracinrdenes de la reaccin: tal vez a=1 y b=1 en Manejo de datos. Calibracin del espectrofotmetro.Se midi la absorbancia de una disolucin de Iodo a distintas longitudes de onda.LongitudAbsorbancia (nm)3250.2023350.2623400.2883450.3093500.3283550.3133750.2094000.0794500.0235000.0095500.0076000.006Con los datos obtenidos se construyo la siguiente grfica.Se eligi la longitud de onda donde el valor de absorbancia fuese el ms elevado, esto con el fin de evitar variaciones severas en nuestro posterior trabajo experimental.Una vez elegida la longitud de onda que utilizaramos, volveremos a experimentar para obtener el coeficiente de absortividad molar. Graficando A vs CDonde: por lo que m=, quedando =16411 Donde A= absortividad molar = Coeficiente de absortividad molar= longitud de onda (nm) C= Concentracin (mol/L)Calculo del orden de reaccin.Para conocer el orden de reaccin del Iodo utilizaremos el mtodo grfico. Para esto graficaremos C vs t. En los resultados, se encuentran varias grficas que sirven de ejemplo.Para el orden de reaccin de la acetona, seguiremos utilizando un mtodo grfico. Para esto vamos a graficas logk vs log(Ac). Donde m ser el orden de reaccin y la constante, ser igual a log(kreal). En los resultados la tercera grfica corresponde a este mtodo.ResultadosCon el barrido determinamos la longitud optimaLongitud nm350CAbsorbanciaAbsorbanciaAbsorbanciaProm Abs000000.0000040.0290.030.02950.0000080.1090.10580.10740.0000120.180.17970.179850.0000160.2580.25340.25570.000020.3040.31460.3093La pendiente corresponde al coeficiente absortividad molar multiplicado por la longitud de onda.l16411Para el barrido tuvimos los siguientes resultadosLongitudAbsorbancia (nm)3250.2023350.2623400.2883450.3093500.3283550.3133750.2094000.0794500.0235000.0095500.0076000.006Vaso Avaso BPara Acetonaml totalesacetona 0.5 M (ml)H20 destilBufferI2]/KIH20KLogKconcentracin acetonaLog contracion201005238.00E-08-7.096910010.25-0.60205999120825237.00E-08-7.154901960.2-0.69897000420645235.00E-08-7.301030.15-0.82390874120465233.00E-08-7.522878750.1-120285232.00E-08-7.698970.05-1.301029996k real2.79705E-0710^-6.5533Orden Acetona (a)0.9057k=kreal[ac]^a-8.00E-08vaso 1Orden Iodo01Absorbanciat (s)C0.3099271.88837E-050.2867451.747E-050.2683601.63488E-050.2482761.5124E-050.2306901.40516E-050.20831081.26927E-050.19121211.16507E-050.17181361.04686E-050.15321519.3352E-060.13551658.25666E-060.11731807.14764E-060.09751965.94114E-060.08082114.92353E-060.06492253.95466E-060.04872402.96752E-060.03592562.18756E-060.03042711.85242E-060.03022861.84023E-060.02993011.82195E-060.0305310.21.85851E-06k=kreal[ac]^a-7.00E-08vaso 2Orden Iodo01Absorbanciat (s)C0.268261.63305E-050.253351.54165E-050.2366461.44172E-050.2249551.37042E-050.21661.27963E-050.1943761.18396E-050.1809861.10231E-050.1663961.01334E-050.15311069.32911E-060.13891178.46384E-060.1241277.55591E-060.11061366.73938E-060.09681465.89848E-060.08351565.08805E-060.07021664.27762E-060.05741753.49765E-060.04421852.69332E-060.03231961.96819E-060.02042061.24307E-060.01212157.3731E-070.00562263.41235E-070.00462362.803E-070.00462452.803E-070.00432552.62019E-07k=kreal[ac]^a-5.00E-08vaso 3Orden Iodo01Absorbanciat (s)CLnC1/C0.276341.6818E-05-10.993061559460.14490.2352841.43319E-05-11.153026269774.65990.213195.51.29852E-05-11.251700977010.79310.18571351.13156E-05-11.389329988373.72110.15671659.54847E-06-11.5591293104728.7810.12841957.82402E-06-11.758312127811.5260.09972266.07519E-06-12.0112967164603.8110.07242554.41168E-06-12.3312561226671.2710.04712852.87003E-06-12.7611894348428.8750.02223151.35275E-06-13.5133701739234.2340.0053453.04674E-07-15.004024532822000.00393752.37645E-07-15.25248584207948.720.00434052.62019E-07-15.15484743816511.630.0044352.43739E-07-15.22716841027500.00424662.55926E-07-15.17837793907380.95 k=kreal[ac]^a-3.00E-08vaso 4Ordeniodo01Absorbanciat (s)C0.2905421.77015E-050.2797601.70434E-050.2631901.60319E-050.2461201.49899E-050.22891501.3948E-050.21021801.28085E-050.18492251.12668E-050.15932709.7069E-060.13293159.7069E-060.1093608.09823E-060.08464056.64189E-060.06244505.15508E-060.03914953.80233E-060.01845402.38255E-060.00685854.14356E-070.00556303.35141E-07k=kreal[ac]^a-2.00E-08vaso 5Ordeniodo01Absorbanciat (s)C0.2727601.66169E-050.25541201.55627E-050.23711801.44476E-050.21922401.33569E-050.20233001.23271E-050.18463601.12486E-050.16654201.01456E-050.14594808.89038E-060.135408.89038E-06Anlisis de resultados.Se obtuvo una mximo en la grfica de absorbancia vs longitud de onda, dando como resultado 350nm la longitud adecuada para medir concentracin del yodo yodurado vs absorbancia, dos veces, despus se sac el promedio de los dos, dando un comportamiento lineal, con se calcul la absortividad molar por la longitud, posteriormente se calcul el orden del yodo siendo cero, para cada vaso por lo que no depende de su concentracin. Se determin el orden de reaccin de la acetona aplicando el mtodo de Ostawald aumentando la concentracin su concentracin dando el orden de 0.9057 casi 1, determinndose la K y K mediante regresin lineal y comparando los resultados se determinaron los valores, en este caso se grafico log(k) vs log de la concentracin de la acetona dando como resultado final la cintica de la reaccin de la acetona la cual englobando los resultados obtenidos fue de 2.79705E-07. Todos los resultados que se mencionan estn en las tablas de datos como grficas y tablas.Conclusiones.Como se pudo observar durante la prctica se cumplieron la mayora de las hiptesis, y se pudo determinar el orden global de la reaccin, en conjuncin con las tcnicas experimentales, as como con los mtodos matemticos para poder obtener el orden, lo que comprueba el porqu se siguen usando estos mtodos para determinar el orden de reaccin. Aun que podemos conocer el orden de reaccin, lo cierto es que no aporta informacin de cmo se lleva a cabo el mecanismo de la reaccin, sin embargo si nos da una idea, y ya que para nosotros como ingenieros qumicos, es de vital importancia el conocer los rdenes de reaccin, esto por sus aplicaciones en la industria, ya sea para diseo de reactores, optimizacin de plantas, saber tiempos de produccin, etc, sigue cumpliendo con uno de sus objetivos clave esta prctica. Para finalizar, se puede aadir que se podra buscar un mtodo que tambin nos pudiera describir o ayudar a describir el mecanismo de reaccin, que tambin podra tener muchas aplicaciones en la industria, pero eso sera cuestin de otro trabajo de investigacin. BibliografaOctave Levenspiel, Ingeniera de las reacciones qumica, Ed. Reverte, segunda edicin en espaol.J M Smith, Ingeniera de la cintica qumica, editorial Continental, sexta edicin en espaol.Gilbert W. Castellan, Fisicoqumica, ed. Addison Wesley Iberoamericana, segunda edicin en espaol.Levine, I. N., Fisicoqumica, 4a edicin, Mxico, D. F., McGraw Hill, 1998