Informe Práctica 8: Cinética de la Yodación de Acetona por Catálisis Ácida en Fase Homogénea

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Informe Práctica 8: Cinética de la Yodación de Acetona por Catálisis Ácida en Fase Homogénea.

Álvarez-González, A1*. Cely-Gómez, Z2*.Salazar-González, R3*

*Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Programa de Química, Facultad de ciencia, Av. Central del norte 39-115 Tunja-Colombia

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1. Introducción:

Un catalizador es una sustancia que sin estar permanentemente involucrada en la reacción, incrementa la velocidad con la que una transformación química se aproxima al equilibrio. Los procesos de catálisis homogénea en disolución pueden ser:

Catálisis específica ácido-base. En ella los catalizadores son propiamente los iones H+ u OH−, procedentes de la ionización de ácidos y bases, sin que los respectivos aniones de estos ácidos o los cationes de estas bases presenten capacidad catalítica.

Catálisis general ácido-base. Es la producida por procesos de transferencia de protones entre los catalizadores que se han de considerar como ácidos o bases de Bronsted, frente al sustrato que tiene carácter de base o de ácido de Bronsted [1].Cuando se dan estas catálisis en solución acuosa, los efectos más importantes son los provocados por los iones hidronio o hidroxilo de la solución. Si estos son los únicos efectos, es decir, si estos dos tipos de iones son los únicos catalizadores efectivos presentes, la catálisis ácido-base se denomina específica. Si estas reacciones se llevan a cabo en un medio ácido fuerte, la concentración de iones hidroxilo resulta tan insignificante que dejan de ejercer una acción catalítica apreciable, con lo que el único catalizador efectivo es el ion hidronio. Los mecanismos de una catálisis ácida en soluciones acuosas suponen usualmente dos etapas: la primera en la que tiene lugar una transferencia protónica al sustrato S, y la segunda, una transferencia protónica desde el sustrato protonado SH+. La transferencia protónica inicial puede partir de un ion hidronio H3O+ o de alguna otra especie ácida presente, representada por BH+. En la segunda, la transferencia protónica desde SH+ puede ser a una molécula de agua o alguna especie básica B presente. La especie a la que SH+ transfiere el protón, en la segunda etapa es de importancia primordial en cuanto se refiere a las leyes cinéticas que se derivan. Si la transferencia es a una molécula de disolvente, es decir, si el proceso es protolitico. [2]

SH++H2O→S+H3O+

Si hay transferencia protónica en la segunda etapa es a una molécula de soluto el mecanismo se llama prototrópico.

SH++B→S+BH+

En disolución acuosa la reacción de yodación de la acetona es lenta, pero se puede acelerar si es catalizada por ácido, en disolución acuosa la reacción de yodación de la acetona es lenta, pero se puede acelerar si es catalizada por ácido. Esta  reacción  procede  según  un  mecanismo  en  tres  etapas:  las  dos  primeras corresponden al equilibrio cetoenólico en medio ácido y la tercera consiste en la reacción entre el enol y el yodo. Cinéticamente, los pasos (1) y (3) son rápidos mientras que (2) es lento, por lo que es la etapa determinante del mecanismo. En esta práctica se realizó el seguimiento de la reacción de la yodación de la acetona por catálisis acida para evaluar el efecto que tiene un catalizador en fase homogénea sobre la velocidad de reacción. El seguimiento se hace por medio de espectrofotometría uv-vis al yodo sabiendo que es un reactivo y por lo tanto su concentración disminuirá al transcurrir el tiempo de reacción. El estudio se realiza en 2 sistemas diferentes en los que se varia la concentración de los reactivos (la acetona, el ácido, las sal y el yodo) utilizando el método del aislamiento para la determinación de los órdenes parciales de cada uno de los reactantes. También se desea determinar la fuerza iónica en cada una de las disoluciones, las velocidades iniciales y las constantes de velocidad catalítica para cada sistema.

1. Metodología

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1. Resultados y análisis.

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Ecuación cinética para la reacción de yodación de acetona

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En la que k es la constante absoluta de velocidad y  , son los órdenes parciales respecto a la acetona (Acet), los protones y el yodo, respectivamente. Por medio del método de aislamiento de Ostwald se podría suponer que las concentraciones de acetona y acido permanecen constantes a lo largo de la reacción, de forma que se puede seguir la cinética respecto al iodo (reactivo test o indicador). En este caso, se consigue partiendo de una concentración inicial de acetona en exceso y teniendo en cuenta que el HCl es el catalizador (los moles que quedan en cada instante son prácticamente igual a los iniciales, y, por tanto, las concentraciones constantes a lo largo de la reacción. [pic 6]

Calcule las concentraciones iniciales de cada componente en los sistemas I-IV.

Para hallar las concentraciones iniciales de cada componente se utiliza la ecuación 4. En la cual se despeja la C2 y reemplazando la C1 con la concentración inicial de cada compuesto.

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Tabla 1: Datos de concentración y volumen de cada compuesto

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