TP 6 Cinética De Oxidación Del Etanol Por Cr (vi)

Trabajo Práctico 6

Oxidación de etanol por Cr (VI)

Química General e Inorgánica I, FCEN, UBA, año 2012

Integrantes: Fernando Leturia Golabek, Catalina Gonda.

Comisión Nº 145.

Objetivos:

Aplicar conceptos de cinética de reacciones.

Determinar órdenes y velocidades de reacción.

Calcular tiempo de vida media de las especies.

Reacción química en estudio

La reacción a estudiar e esta práctica es la oxidación del etanol por acción del Cromo (VI) en medio ácido:

3〖 CH〗_3 〖CH〗_2 OH + 4 HCr〖O_4〗^- + 16〖 H〗^+ → 3 CH_3 COOH + 4 Cr^(3+) + 13H_2 O

ETANOL IÓN CROMATO ACIDO ACÉTICO

En la reacción anterior CH3CH2OH yCH3COOH son las fórmulas químicas del etanol y el ácido acético, y HCrO4- es la del ion cromato ácido. Sin embargo en la práctica utilizamos K2Cr2O7 como el reactivo fuente de Cr, entonces ¿Por qué colocamos HCrO4- en la reacción? Se añadió porque en medio ácido el ionHCrO4-está en equilibrio con el ion dicromato (Cr2O72-) según la siguiente reacción:

Cr2O72- + H2O = 2 HCrO4-

La reacción anterior de equilibrio se da en una escala de tiempo de nanosegundos o picosegundos, por lo que resulta indistinto usar cromato ácido o dicromato como reactivo para nuestra reacción en estudio, ya que el cromato ácido que oxida el etanol se obtiene casi inmediatamente a través de la hidrólisis del dicromato, por lo que el equilibrio químico, al alcanzarse casi enseguida, no es un paso limitante para la reacción. Por todo lo anterior, y despreciando las especies que podrían formarse al protonarse ambos iones, consideramos que todo el cromo (VI) se encuentra como HCrO4-.

El medio ácido que proveerá los protones H+ será el ácido sulfúrico (H2SO4).

Ley de velocidad propuesta

La ecuación de velocidad propuesta es la siguiente:

v=k[HCr〖O_4〗^- ]^a [〖 CH〗_3 〖CH〗_2 OH]^b [〖 H〗^+ ]^c

Se propuso una ecuación para la velocidad de la reacción que relaciona la constante de velocidad k con las concentraciones de los reactivos. Las concentraciones de los reactivos están a su vez elevadas a potencias (a, b, c) que corresponden a los órdenes de reacción, los cuales son parámetro que permite conocer la dependencia de la velocidad de la reacción con las concentraciones de los reactivos. Al sumarlas se obtiene el orden de reacción global.

Para esta experiencia, se hizo reaccionar el alcohol de modo que las concentraciones de éste y del ácido ([〖 H〗^+ ]) fueran mucho mayores a la del oxidante. Gracias a esta condición, puede considerarse que éstas permanecerán prácticamente constantes a lo largo de la reacción y la única concentración que variará será la de K2Cr2O. Esto permitirá expresar la ecuación de la siguiente manera

v=k^' [HCr〖O_4〗^- ]^a

Donde

k^'=k[〖CH〗_3 〖CH〗_2 OH]^b [H^+ ]^c

Siendo k´ la nueva constante (constante de pseudo orden) de velocidad.

Condiciones experimentales

C.1. Propiedad medida:

Absorbancia de la solución en función del tiempo Ya que el cromato posee un color anaranjado, para determinar la variación de concentración de este compuesto en función del tiempo se midió la absorbancia de la solución. Según la Ley de Lambert-Beer

A = c . ε (λ) . l

donde ε (λ) es la absortividad molar en una determinada longitud de onda, l el paso óptico y c la concentración de la muestra.

Como a lo largo de toda la experiencia se midió la absorbancia a una misma longitud de onda (λ = 350 nm), ε (λ) no varía, y como se utilizó siempre el mismo paso óptico l permanece constante. Podemos afirmar entonces que medir la absorbancia resulta análogo a medir la concentración c del reactivo.

C.2. Equipo empleado:

Para la medición de absorbancia de la muestra se utilizaron:

Bureta de 10 ml (para agregar H2SO4 4M).

Pipetas aforadas de 1 y 2 ml (tanto para el agregado de las soluciones del oxidante y el etanol)

Erlenmeyer de 125 ml.

Cronómetro digital.

Vasos de precipitado (para transporte de reactivos y descarte).

Espectrofotómetro (paso óptico 1 cm).

Etanol 0,4 M y 0,8 M (soluciones acuosas).

K2Cr2O7 0,002 M

H2SO4 4 M

C.3. Esquema de trabajo:

Experiencia K2Cr2O7 0.002 M H2SO4 4 M Etanol 0.4 M Etanol 0.8 M

1 2 ml 8 ml 1 ml ̶̶

2 1 ml 9 ml 1 ml ̶̶

3 2 ml 8 ml ̶̶ 1 ml

4 1 ml 9 ml ̶̶ 1 ml

Tabla 1: volúmenes de los reactivos a utilizar en las experiencias

Para realizar las mediciones se encendió el espectrofotómetro, seleccionando longitud de onda (λ) de 350 nm y se lo dejó estabilizar al menos 15 minutos. Mientras tanto, se prepararon las soluciones a utilizar según las cantidades especificadas en la tabla anterior (tabla 1). Se colocaron tanto el ácido sulfúrico como la solución de oxidante en sus respectivos volúmenes dentro del Erlenmeyer de 125 ml utilizando pipetas aforadas apropiadas. Se agregó el etanol una vez que nos encontrábamos preparados para realizar la medición de absorbancia, ya que al agregar este componente se desencadena inmediatamente la reacción por lo que es imperante comenzar con la medición lo más pronto posible. Antes de desencadenar la reacciónse calibró el cero de absorbancia del espectrofotómetro utilizando el solvente puro (H2SO4).

Una vez calibrado se retiró la cubeta con el solvente puro y se procedió a agregar el etanol a la solución dentro del Erlenmeyer, agitando suavemente para asegurarnos de que la solución se homogenice totalmente. Inmediatamente luego de agregar el alcohol se inició el cronómetro. Se llenó una cubeta limpia con la solución de reacción y se la colocó en el espectrofotómetro para medir su absorbancia en función del tiempo, registrando su valor cada 15 segundos. Para la experiencia 1 se realizó la medición durante 20 minutos, mientras que para la 3 se realizó la medición durante 10 minutos.

C.4. Parámetros cinéticos a determinar:

Orden de reacción respecto del ión [HCrO4-]

Constantes de pseudo orden (k´) para cada experiencia

Orden respecto del etanol.

Tiempo de vida media para todas las experiencias.

C.5: Método empleado para el análisis cinético:

Para hallar el orden de reacción del cromato ácido se empleó el método integral el cual consiste en suponer un orden de reacción (0, 1, 2) e integrar la ecuación de velocidad

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