Laboratorio Integral

1 OBJETIVO.

Determinar la Energía de activación y el factor de frecuencia utilizando la ecuación de Arrhenius en el análisis del efecto de la temperatura sobre la constante cinética en la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno.

2 MARCO TEÓRICO.

La velocidad de una reacción química puede estar afectada por diversas variables. En sistemas homogéneos, aquellos en los que interviene una única fase, las variables son: temperatura, presión y composición, las cuales son interdependientes, es decir, la presión queda determinada una vez que se fija la temperatura y la composición.

El estudio cinético se realiza en dos etapas: primero se determina la variación de la velocidad con la concentración a temperatura constante, y después la variación de los coeficientes cinéticos con la temperatura.

El tipo de reactor empleado es el discontinuo o por cargas, simplemente es un recipiente en el que están contenidas las substancias mientras reaccionan y lo que se determina es la extensión de la reacción para diversos tiempos. Este dispositivo suele operar isotérmicamente y a volumen constante; debido a su sencillez, es el preferido para la obtención de datos cinéticos en sistemas homogéneos.

En esta práctica se va a estudiar la reacción catalizada, empleando el método de los componentes en exceso. Para ello se trabaja de forma que todos los reaccionantes se encuentren en exceso. En nuestro caso Yoduro y protones, ya que la cinética se va a estudiar respecto al agua oxigenada.

Por otra parte se precisa que la reacción solo ocurra en forma directa, lo que se logra asegurando que el yodo (I2), no se encuentre presente. Para ello, la reacción se lleva a cabo en presencia de Tiosulfato sódico, el cual reacciona inmediatamente con el yodo.

Debido al exceso de Yoduros y protones en la disolución, su concentración debe considerarse constante durante el proceso, pudiendo definirse la velocidad de reacción solo en función de la concentración de agua oxigenada.

Si el experimento se efectúa a diferentes temperaturas, se puede estudiar la influencia de esta variable sobre las constantes cinéticas, usando la ecuación de Arrhenius.

3 METODOLOGÍA

En esta práctica se va a estudiar la reacción catalizada, empleando el método de los componentes en exceso. Par ello se trabaja de forma que todos reaccionantes ese encuentren en exceso; en este caso serán los iones yoduro y protones (suministrados por el hidrógeno H+ del H2SO4) ya que la cinética se estudiará en función del peróxido de hidrógeno. Por otra parte, se precisa o restringe que el análisis será en la reacción directa, esto es, no tomando en cuenta la reacción inversa; esto se logra asegurando que el yodo no se encuentre presente en forma libre a determinados momentos de análisis lo cual ocurre al momento de agregar el tiosulfato de sodio.

Debido al exceso de yoduros y protones en la solución, su concentración debe considerarse constante durante el proceso, pudiéndose definir la velocidad de reacción sólo en función del peróxido, como en la ecuación 2:

Si el experimento se efectúa a diferentes temperaturas, se puede estudiar la influencia de esta variable sobre las constantes cinéticas de la ecuación de Arrhenius.

4 MATERIAL Y EQUIPO

TABLA 1. MATERIAL Y REACTIVOS EMPLADO EN LA PRÁCTICA

Sustancias: Materiales:

Tiosulfato de sodio Na2S2O3 0.1 M

Peróxido de hidrógeno H2O2 0.05 M

Yoduro de potasio KI 0.1 M

Solución de almidón al 2 %

Ácido sulfúrico H2SO4 1:9

Agua destilada en pizeta

1 Parrilla de calentamiento con agitación

2 Pipetas graduadas de 10 ml

1 Vaso pp de 1000 ml 1 Pipeta graduada de 25 ml

1 Matraz Erlenmeyer 250 ml 1 Perilla

1 Termómetro para 100 °C 1 Vidrio de reloj o charolita

1 Agitador magnético 1 Soporte universal

1 Probeta 100 ml 1 Pinza para Erlenmeyer

1 Pipeta graduada de 5 ml

5 PROCEDIMIENTO

En el reactor a baño maría y a la temperatura de proceso, se introducen 150 ml de agua destilada, 10 ml de ácido sulfúrico, 20 ml de yoduro potásico, 5 ml de solución de almidón y 2 ml de tiosulfato de potasio.

Activar agitación y mantener la temperatura estable al valor de la prueba.

Al quedar estabilizada la temperatura, añadir 20 ml de peróxido y accionar el cronómetro.

Anotar el momento en que la solución toma una coloración azul y agregar inmediatamente 2 ml de tiosulfato de sodio.

Repetir sucesivamente hasta que ya no aparezca el color azul, indicativo de que la reacción ha concluido.

DIAGRAMA DE LA PRÁCTICA:

6 TRATAMIENTO DE DATOS

Tabular los datos experimentales obtenidos a las distintas temperaturas de los equipos. Determinar el valor de la constante específica de velocidad de reacción para cada temperatura.

Graficar lnk (eje y) vs 1/T en el eje de las X.

Utilizar el método gráfico para calcular las constantes de la ecuación de Arrhenius (Ea energía de activación y A factor de frecuencia.

7 DATOS EXPERIMENTALES

Tabla.- Datos experimentales obtenidos a las distintas temperaturas de los equipos.

Temperatura (ºC) Tiempo (min)

Ambiente 3:12

7:59

13:17

19:46

27:22

35:51

46:11

59:00

30 2:45

6:13

9:41

13:46

18:28

23:42

29:18

35:28

43:39

57:00

35 2:00

5:07

8:40

13:04

20:20

33:29

66:54

40 1:35

3:09

5:01

7:20

10:12

13:52

14:05

25:31

36:05

45 0:42

1:33

2:31

3:31

4:39

5:52

7:17

8:55

10:52

13:29

17:33

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