Informe- Cinetica Quimica.docx

Facultad de ciencias exactas y naturales Programa de química Laboratorio de fisicoquímica II

Cinética de la reducción del ion permanganato Alvis R1, Castro N1; Muños A1; Menco L1; Moreno W 1; Martínez E2 1

Estudiantes del programa de química, 2 Docente instructor.

RESUMEN A través de esta práctica se estudió, de forma experimental, la influencia de la temperatura, las concentraciones de los reactivos y la presencia de un catalizador sobre la velocidad de una reacción redox, en este caso se utilizó el ion permanganato MnO4 como objeto de estudio. Palabras Clave: temperatura, velocidad de reacción, concentración, tiempo, cinética

ABSTRACT Through this practice, the influence of the temperature, the concentrations of the reagents and the presence of a catalyst on the speed of a redox reaction were studied experimentally, in this case the ion permanganate MnO4 was used as an object of study. Key words: temperature, reaction rate, concentration, time, kinetics

1. INTRODUCCIÓN La ley de la velocidad resume la dependencia entre la velocidad y las concentraciones. Sin embargo, las velocidades también dependen de la temperatura. La observación cualitativa es que en su mayoría las reacciones se aceleran a medida que la temperatura se eleva. Un aumento de 10°C sobre la temperatura ambiente duplica por lo común la velocidad de reacción de las especies orgánicas en la solución. Es por eso que se cocinan los alimentos: el calentamiento acelera reacciones que conducen a la ruptura de las paredes celulares y a la descomposición de las proteínas. Los alimentos se congelan con el fin de desacelerar las reacciones

químicas naturales descomposición.

que

conducen

a

su

La dependencia que la velocidad de reacción tiene de la temperatura está representada en la constante de velocidad la cual otorga un conocimiento valioso hacia los orígenes de las constantes de velocidad. A finales del siglo XIX, el químico sueco Svante Arrhenius descubrió que el grafico del logaritmo de la contante de velocidad en función de la inversa de la temperatura absoluta es una línea recta. En pocas palabras:

Aquí el valor de la ordenada en el origen es lnA, la pendiente se expresa como –Ea/R, donde R es la

constante de los gases. La ecuación de Arrhenius empírica es:

Las dos constantes, A y Ea, se conocen como los parámetros de Arrhenius para la reacción y se determinan experimentalmente; A se denomina el factor pre exponencial y Ea es la energía de activación. También se sabe que la adicción de un catalizador en una reacción química hace aumentar la velocidad de reacción. Los catalizadores son muy importantes en la industria química, donde su uso puede aumentar la eficiencia de un proceso químico o hacer disminuir el coste total al fabricante. Es importante resaltar que la adición de un catalizador es acelerar las reacciones directa e inversa en la misma proporción y como consecuencia reducir el tiempo que se tarda en alcanzar el equilibrio. Así, en presencia de un catalizador, es posible utilizar a menudo condiciones experimentales diferentes de modo que la reacción transcurra más rápidamente incluso aunque las condiciones termodinámicas sean peores.

de

uno

de

los

productos

“por;

En algunas reacciones la velocidad resulta proporcional a las concentraciones de los reactivos elevadas a una potencia. Así, si la velocidad es directamente proporcional a la primera potencia de la concentración de un solo reactivo, se dice que la reacción es de primer orden. La ecuación de velocidad de la forma:

Expresa la dependencia de la velocidad de la reacción con las concentraciones de los reactivos. Sin embargo, la velocidad de una reacción varía ampliamente con la temperatura. En la ecuación los términos de concentración y el orden de reacción no son sensibles a los cambios de temperatura y la constante de velocidad kv es el término dependiente de la temperatura. Se encontró experimentalmente que la constante de velocidad kv varia con la temperatura de acuerdo con la relación:

2. MARCO TEÓRICO La cinética química constituye aquella parte de la Fisicoquímica que se ocupa del estudio de la velocidad con que transcurren las reacciones químicas, así como de los factores que influyen sobre las mismas. De entre estos factores, los más interesantes son la concentración y la temperatura. Velocidad de reacción.- Se define como la variación de la concentración de reactivos o productos que toman parte en la reacción, con el tiempo. En una reacción del tipo: aA+bB→cC+dD (Reactivos) (Productos) La velocidad de reacción se puede expresar, indistintamente, como “velocidad de desaparición de uno de los reactivos” o “velocidad de formación

Donde a y b son constantes y T es la temperatura absoluta o termodinámica. Van´t Hoff y Arrhenius encontraron que la base teórica de esta ley es la relación entre constante de equilibrio Kc y la temperatura, conocida como isocora de Van´t Hoff:

Donde Kc es la constante de equilibrio en términos de concentraciones y ΔE es el cambio de energía.

3. MATERIALES

Parte # 1 Tiempo(s)

Reactivos H2C2O4 0.5M

tubos de ensayos

H2SO4

Pipetas

FeSO4

Beaker

KMnO4

1.0M

Cronometro

04:19.2

Tiempo(s)

Instrumentos Gradilla

02:52.8 01:26.4 00:00.0 0

y = -0.0004x + 0.0018 R² = 0.002

0.05

0.1

0.15

Concentración (M)

Termostatizado

4. METODOLOGÍA Se preparó una solución acida de H2SO4 1.0M mas H2C2O4 0.5M en un volumen de 100ml de solución, de la cual se utilizó 5ml por tubo de ensayo que contenía a diferentes concentraciones de permanganato de potasio y que a su vez se sometió a una variación en la temperatura. La parte experimental consta de la reducción del ion permanganato MnO4 por dos agentes reductores FeSO4 y H2C2O4. En tubos de ensayos vertimos 2 ml de permanganato de potasio adicionamos 5 ml de H2SO4 + H2C2O4 para acidificar la solución y procedemos a agregarle FeSO4 a cada tubo de ensayo que corresponden a diferentes concentraciones y agitamos bien y registramos el dato de tiempo cuando la solución empiece a presentar una decoloración. 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN}

En las siguientes tablas podemos encontrar los respectivos valores obtenidos en la cinética de reacción del KMnO4

Tabla # 1: Concentración de KMnO4 Vs Tiempo transcurrido en cambiar de color

Gráfico # 1: Relación entre concentración del KMnO4 con relación al tiempo Parte # 2 con catalizador

KMnO4

Tiempo(s) 0,02 00:55,5 0,04 00:50,0 0,06 00:35,5 0,08 00:35,5 0,1 00:31,0 Tabla # 2: KMnO4 con H2SO4 como catalizador Podemos observar a partir de los resultados expuestos una correspondencia con la teoría de las colisiones; ya que para que ocurra una reacción química tienen que chocar entre si las moléculas iniciales, y según la teoría cinética, el número de choques es proporcional a la concentración de cada reactivo. Por lo que los resultados nos muestran que a mayor concentración, tendremos mayor número de choques o colisiones y en consecuencia generara un incremento en la velocidad de reacción. Sin embargo esta correspondencia se hace mayormente resoluble en los datos registrados al usar el catalizador para la reacción en la Tabla#2 y sin catalizador a 40°C en la Tabla#4, así como en el Grafico#2. Al observar los datos, de la Tabla# 1 y Tabla #3 no registra de manera resoluble lo expuesto, lo cual lo adjudicamos a errores en el proceso de la toma de medida del tiempo con respecto a la referencia de culminación de la reacción.

Parte # 2 Temperatura 40 °C

Parte # 2 con catalizador Tiempo(s)

01:09.1 00:51.8

00:34.6 00:17.3 00:00.0 0

y = -0.0037x + 0.0007 R² = 0.8942

0.05

0.1

0.15

Concentración(M)

Gráfico # 2: Relación entre concentración y tiempo con respecto a KMnO4 con H2SO4 como catalizador.

Tiempo (s) 0,02 00:41,1 0,04 00:49,2 0,06 00:30,8 0,08 00:38,6 0,1 00:25,1 Tabla # 4: Relación entre la concentración de KMnO4 en el respectivo tiempo de reacción a una temperatura de 40°C , sin catalizador.

A continuación se mostrarán unas tablas donde se puede ver que a diferentes concentraciones hay un tiempo de reacción muy distinto, al exponer el KMnO4 a diferentes temperaturas. Parte # 1 Tiempo(s) 0,02 02:33,8 0,04 00:54,8 0,06 02:09,7 0,08 02:00,4 0,1 05:14,9 Tabla # 3: Relación entre la concentración de KMnO4 en el respectivo tiempo de reacción

Grafico # 3: Relación entre la concentración de KMnO4 en el respectivo tiempo de reacción

Grafica # 4: Relación entre la concentración de KMnO4 en el respectivo tiempo de reacción a una temperatura de 40°C , sin catalizador.

Parte # 3 Temperatura 40 °C con catalizador Tiempo(s) 0,02 00:02,8 0,04 00:06,2 0,06 00:08,6 0,08 00:17,6 0,1 00:08,1 Tabla # 5: Relación entre la concentración de KMnO4 en el respectivo tiempo de reacción a una temperatura de 40°C , con catalizador.

Un catalizador genera de alguna forma rutas alternas al cambiar la energía d activación para la reacción acelerando a la misma. BIBLIOGRAFÍA “Principios de química: los caminos descubrimiento” Peter William Atkins, Loretta Jones Editor Ed. Médica Panamericana, 2006 S. Caglieri, H. M. (10 de 12 de 2009). Grafica # 5: Relación entre la concentración de KMnO4 en el respectivo tiempo de reacción a una temperatura de 40°C, con catalizador. Reiteramos que los errores de medida visualizados en la tabla #3 no nos permiten hacer una buena correspondencia de la teoría y la práctica como bien se ve en la gráfica#3, sin embargo exceptuando esos datos al comprar la tabla #4 con la tabla #1 observamos una diferencia considerable en los tiempos registrados producto de un aumento en la temperatura de 15°C; llevando acabo la reacción a 40°C. Al igual que al comparar los datos de la tabla#4 con la tabla #5 vemos que el catalizador se suma a la aceleración de la reacción disminuyendo aún más el tiempo en que se lleva a cabo la misma, como se evidencia en las gráficas #4 y #5.

CONCLUSION En este informe se estudiaron las variables que afectan a los cambios en la velocidad de reacción en cuanto a la temperatura, concentración y la catálisis. Evidenciando una proporcionalidad relativamente directa con las perturbaciones de las mismas. A lo que una variación de la temperatura genera un cambio en el mismo sentido por unidad de tiempo de la velocidad de reacción pero no interfiere en el orden de reacción. La velocidad de una reacción es proporcional al aumento de concentración de un producto o a la disminución de concentración de un reactivo por unidad de tiempo.

del

“Cinética química básica y mecanismos de reacción” H. E. Avery Edición ilustrada Reverte, 1982 “Química 1, Volumen 1” Serie integral por competencias Autor Víctor Manuel Ramírez Regalado Editor Grupo Editorial Patria, 2016 “Química Física” Julio De Paula Ed. Médica Panamericana, 2007