CINÉTICA DE LA REACCIÓN DE LA YODINACIÓN DE LA ACETONA

CINÉTICA DE LA REACCIÓN DE LA YODINACIÓN DE LA ACETONA

García, Esteban (1423614); Gómez, Rubén (1330963);

7 de noviembre de 2017. Departamento de Química – Universidad del Valle.

Resumen.

La constante de velocidad de la reacción de la yodinación de la acetona fue determinada mediante el seguimiento de la reacción utilizando métodos analíticos. Se realizaron varias mediciones de la constante de velocidad a diferentes tiempos de acuerdo al cambio de coloración de la solución obteniéndose una constante de velocidad promedio de 2.9x10-4. Adicionalmente se encontró el volumen de tiosulfato antes de haber reaccionado la acetona interpolando a tiempo 0 obteniéndose un valor de 2.48 mL. Finalmente se calculó la energía de activación de la reacción usando para ello la ecuación de Arrhenius la cual fue de xxx.

Palabras clave: Constante de velocidad, energía de activación, titulación

Introducción.

La reacción de yodación de acetona sucede con una cinética lenta en condiciones normales, pero esta se acelera formidablemente en condiciones ácidas. En disolución acuosa loa reacción de yodación de la acetona catalizada por ácido puede escribirse como:

CH3-CO-CH3 + I2  → CH3-CO-CH2 – I + HI

Dado que en la yodación de acetona es catalizada por ácido, cada paso sucesivo de la yodación es más lento que el paso anterior dado que en las condiciones en que se llevara a cabo la reacción estará presente un exceso de acetona con respecto al yodo, podemos suponer que la especie formada será monoyodoacetona. Para determinar la ecuación cinética de la reacción se empleara un exceso de acetona y de ácido con respecto a la concentración de yodo presente.  De forma que podrá suponerse que las concentraciones de acetona y de ácido permanecerán prácticamente constantes durante la reacción.

[H+]0 [acetona] >>>>> [I2]         [H+]0 [acetona] ≈ constante

La ecuación cinética para la reacción, tendrá la forma:

V= K [H+]a [acetona]b  [I2]c

Siendo K la constante cinética, a,b,c, los ordenes parciales de reacción con respecto a la acetona, al ácido y al yodo. Como consideramos que la concentración de acido y acetona permanecen constantes durante la reacción, la ecuación se transforma en:

V= K   [I2]c

Por lo tanto, la reacción será de pseudo orden c siendo k la constante aparente que se observa que incluye la constante cinética real y los términos correspondientes a la contribución del ácido y de la acetona.

Metodología Se preparó una solución que contenía 25 mL de yodo en solución de KI al 4%, 25 mL de HCL 1.0M y acetona pura, enrasándose a 250mL con agua destilada dicha mezcla reaccionante. Posteriormente, al observar que la solución cambiaba de color, se procedió a tomar una alícuota de 25 mL, se adicionó almidón como indicador y NaHCO3 y finalmente se tituló con tiosulfato. El procedimiento se repitió durante 36 minutos para un total de 6 muestras. 

Resultados y discusión. La figura 1 muestra la  graficación del volumen de tiosulfato utilizado vs el tiempo de reacción.

[pic 2]

Figura 1. Volumen del titulante vs tiempo

Usando la ecuación de la recta obtenida en la curva de anterior y la ecuación de Arrhenius se encontraron los valores de la constante de velocidad de la reacción, como también la energía de activación y el volumen del titulante antes de haber empezado la reacción.

[pic 3]

EC 1. Ecuación de Arrhenius

Para obtener el volumen inicial de tiosulfato antes de que la acetona reaccionara, se procede a interpolar a T=0 para obtener un valor de 2,48 mL de tiosulfato.

La figura 2 muestra la variación de la concentración en función del tiempo y el volumen de la solución, de donde podemos decir que la concentración en el vaso aumenta al transcurrir el tiempo, esto por el gradiente de concentración y porque al tomar las alícuotas el volumen total disminuye lo que causa un aumento en la concentración.

Los valores para el coeficiente de difusión para un líquido son del orden de 10-5 (cm2/s) y para un sólido del orden de 10-9(cm2/s)1 por lo que se tiene que el valor encontrado de coeficiente de difusión  se encuentra cerca de la mitad de este rango de valores, lo cual va acorde con la definición de un gel, el cual es una estructura polimérica en este caso el agar, que consiste en un sistema de dos componentes, uno rico en liquido pero de consistencia semisólida. Adicionalmente el acetato de sodio es utilizado porque este electrolito disminuye la viscosidad en el momento de la preparación del gel, ya que los grupos carboxílicos cargados se rodean de cationes metálicos (en esta caso por el sodio), produciéndose una neutralización de cargas, impidiendo así la formación de una matriz rígida.2

[pic 4]     [pic 5]

a                                              b

Figura 3. Estructura del azul de bromofenol: a) en estado sólido. b) en medio de una solución sódica.

Con este análisis se puede decir que el resultado es bueno y se realizó el procedimiento correcto para la determinación del coeficiente de difusión, pero no es posible demostrar errores ya que no se encuentra un valor en la literatura del coeficiente de difusión para esta especie química.

De acuerdo a los datos obtenidos de la tabla 1, se observa como la concentración tiene una relación directamente proporcional con el tiempo, lo que va acorde con la ley de difusión o ley de Fick. Lo anterior ocurre puesto que el gel presenta el fenómeno de sinérisis (extrusión espontánea de agua a través de la superficie del gel en reposo)3, donde pequeñas moléculas de solvente y soluto se pueden mover tan libremente como lo hacen en un líquido ordinario. 1En el tubo de vidrio, el gel tiene una concentración inicial de soluto y al introducirlo en el agua la concentración en el exterior del tubo se vuelve prácticamente cero y de esta manera se presenta la difusión del soluto desde el interior debido al gradiente de concentración4. La agitación con el magneto se realiza para proporcionar la resistencia externa a la transferencia de masa, reduciéndola considerablemente para que la etapa dominante se vuelva la difusión en el interior del recipiente.

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