El reloj de yodo. Un experimento clásico en cinética química

   Universidad de Chile. [pic 1]

   Facultad de Ciencias.

    Departamento de Química.

    Cinética y electroquímica.  

    Lic. en cs. mención Biología.

Laboratorio 5

El reloj de yodo

Un experimento clásico en cinética química

Marcos Cayuleo Vega

(m.cayuleovega@gmail.com)

Javiera Escobedo Olivares

(javiera.escobedo@ug.uchile.cl)

Fecha de entrega: 18/07/2019

Resumen.

Se define la cinética química como el estudio de la velocidad en que ocurre un reacción, relacionándola con diversos factores como presión, concentración, temperatura y la presencia de catalizadores, estos últimos aceleran la reacción mediante un mecanismo alterno. Se utiliza una reacción acoplada en la cual su producto de interés reacciona con el almidón demarcando cuando acaba dicho proceso. Se obtiene una ley de velocidad experimental 𝑣 = 𝑘[𝑆&𝑂(&)]+,-([𝐼)]/,(& y asi una energia de activacion (Ea) de 54,88 kJ/mol, con esto se discute entorno a los resultados obtenidos y las interacciones quimicas del proceso. Finalmente se concluye entorno a los objetivos propuestos, la tecnica utilizada y los resultados.

Introducción.

El campo de estudio de las velocidades de una reaccion es conocido como cinetica quimica. Asi, podemos establecer que la cinetica quimica se relaciona directamente por factores como la presion, concentracion de reactivos, la temperatura y la presencia de catalizadores[1]. En base a esto un analisis correcto de las velocidades de reaccion permite un estudio de cómo suceden las reacciones, lograndose asi, la obtencion de mecanismos de reaccion a partir de reacciones elementales[2]. Por otro lado, las reacciones catalizadas son de gran importancia, puesto que son esenciales en procesos biologicos, donde gracias a procesos catalizados por enzimas es posible acelerar reacciones que pueden termodinamicamente favorables pero muy lentos, como por ejemplo la oxidacion de sacarosa[3].  

  Ahora, la ley de velocidad  se entiende como una expresión que asocia la velocidad de una reacción con una constante característica, las concentraciones de reactivos elevadas a un coeficiente que solo es posible obtenerse de manera experimental, quedando entonces:

 v =        𝑘[𝐴]3[𝐵]5                                             (1)

donde[𝐴] y [𝐵] corresponde a la concentración de los reactantes, a y b son coeficientes numéricos que especifican el orden de cada compuesto a la reacción, los cuales son obtenidos experimentalmente, y la suma de estos expresa el orden global de la reacción y k es una constante de velocidad independiente de las concentraciones de reactivos.

 A lo largo del trabajo practico se estudiara la cinética química de la siguiente reacción acoplada, en presencia de almidón el cual será un indicador de color que permite detectar el momento en que termine la reacción.

𝑆&𝑂()& + 3𝐼) → 2𝑆𝑂:)& + 𝐼;) 

2𝑆&𝑂;)& + 𝐼;) → 2𝑆:𝑂<)& + 3𝐼) 

         Esta reacción acoplada y asociada a un indicador, presentará la siguiente relación cinética:

        𝑣 =        − >?@A>BFCADE =        >>[GFHD] =        +& >?@A>BFHADE = 𝑘[𝑆&𝑂()&]3[𝐼)]5                  (2) [pic 2]

 Anteriormente se menciono que la cinética de una reacción dependía de varios factores, siendo uno de estos la temperatura, esta relación queda explicita en la ecuación de Arrenihus, la cual relaciona la cantidad mínima de energía necesaria para que inicie la reacción, conocida como energía de activación (Ea)[4] , con la constante de velocidad, y otros factores, quedando de la siguiente forma JK 𝑘 = 𝐴𝑒LM 

                 la cual se puede ser linealizada de la siguiente forma,

        ln 𝑘 = ln 𝐴 − JK[pic 3]                                    (3)

LM

 Donde k es la constante de velocidad de la reacción, A corresponde al numero de choques de las moléculas en la reacción, Ea es la energía de activación, R se corresponde con la constante de los gases ideales, y T la temperatura.

 Mediante la reacción acoplada asociada a un indicador (almidón)  se presentan como objetivo del practico la determinación de la ley de velocidad experimental de dicha reacción, la obtención de la constante de velocidad y la dependencia de esta con la temperatura, la determinación de la energía de activación, y un estudio del efecto del catalizador en la velocidad de la reacción anteriormente descrita.

Materiales.

• Solucion KI 0,1 M/0,05 M/0,2 M 
• Solución (NH4)2S2O8 0,1 M/0,05 M/0,2 M 
• Sal KNO3 
• Almidón 2% 
• Solución Na2S2O3 0,01M -         Baños termoreguladores. 
• Termómetros. 
• Cronómetro. 
• Matraz Erlenmeyer -         Vasos precipitados. 
• Hielo. 
• Catalizador Cu(NO)3 

Métodos.

1. En un matraz erlenmeyer (A), se agrega 25 mL de KI, 5 mL de almidon, 10 mL Na2S2O3 y la cantidad de  KNO3 que corresponda según el experimento, siguiendo los expuesto en el Anexo 1 respecto a las concentraciones.
2. Se inicia la reacciones añadiendo  25 mL de (NH4)2S2O8 (según el experimento y siguiendo el Anexo 1) al matraz A.  
3. Rapidadamente despues del paso 2 se comienza a medir el tiempo hasta que la solución comience a cambiar de color.

• En el caso de las reacciones que se necesite una temperatura distinta a la ambiente, sumergír las soluciones en los baños termorregulados o en el hielo hasta alcanzar la temperatura deseada e iniciar.

Resultados y discusión.

La experiencia se realizó en conjunto con todos los integrantes del laboratorio, de manera tal que cada grupo tuviera que preparar tres experimentos, las distintas soluciones a preparar durante el practico se presentan en el Anexo 1.

Los datos obtenidos por todos los integrantes del laboratorio se presentan a continuación, se midió el tiempo transcurrido hasta la aparición de la coloración en el medio:

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