UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO"Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

LABORATORIO DE QUMICA GENERAL I 91 G

TEMA: CINETICA QUIMICA

PROFESORA:Yovani Acero GiraldoINTEGRANTES: JUAREZ PEA, JUAN MANUEL 1316110032 SALAZAR ESPINOZA BLANCA MILAGROS 1316120217 RUIZ TAPIA MARCELA ABIGAIL 1316130037

BELLAVISTA, CALLAO2014

INDICE

I. INTRODUCCION..... 2II. OBJETIVOS. 3III. MARCO TEORICO ......4IV. MATERIALES..11V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL......11VI. CONCLUSIONES ..22VII. REFERENCIAS...23

I INTRODUCCION

En esta experiencia comprobaremos la influencia de la concentracin de los reactivos, de la temperatura, y de la presencia de un catalizador, en la velocidad de una reaccin qumica.En esta prctica se estudiar, de forma cualitativa, la influencia de la temperatura, las concentraciones de los reactivos y la presencia de un catalizador sobre la velocidad de una reaccin redox.

En trminos generales, toda reaccin qumica tiene dos caractersticas de considerable importancia: la posicin de equilibrio y la velocidad de reaccin. El concepto de velocidad de reaccin se abord durante la prctica pasada, por lo que en el siguiente espacio, se tratar ms extensamente acerca del concepto deequilibrio qumico.

Cuando se habla de equilibrio, lo que interesa conocer es la estabilidad relativa, tanto de los reactivos como de los productos y cules son las concentraciones de cada uno en el mismo. El equilibrio qumico tambin lleva a considerar el trmino dereacciones irreversibles,denominado as debido a que se pueden desarrollar en ambos sentidos de la reaccin, es decir, de reactivos a productos y viceversa.

II OBJETIVOS

1. Evaluar la energa de activacin de la reaccin.

2. Establecer la ley de la velocidad de la reaccin.

3. Hacer una representacin grfica de los datos obtenidos e interpretarla.

4. Determinar el efecto de la concentracin y la temperatura en la velocidad de la reaccin

III MARCO TEORICO

Para una reaccin qumica, el conocimiento de la velocidad de reaccin, es decir, de la variacin de la concentracin de un reactivo o producto en funcin del tiempo, es de gran inters prctico pues permite calcular bajo qu condiciones la reaccin evoluciona rpidamente para producir una elevada cantidad de producto til, y el tiempo necesario para alcanzar un determinado rendimiento.Se denomina reaccin elemental la que se efecta en un solo paso. La relacin entre la velocidad de reaccin y la concentracin de los diferentes reactivos y productos aporta informacin til para deducirlas reacciones elementales que suceden a nivel molecular, as como la secuencia de dichas reacciones llamada mecanismo de reaccin.

Cintica de reaccionesEl objetivo de la cintica qumica es medir las velocidades de las reacciones qumicas y encontrar ecuaciones que relacionen la velocidad de una reaccin con variables experimentales.Se sabe de forma experimental que la velocidad de una reaccin depende mayormente de la temperatura y las concentraciones de las especies involucradas en la reaccin. En las reacciones simples slo la concentracin de los reactivos afecta la velocidad de reaccin pero en cuestiones ms complejas la velocidad tambin puede depender de la concentracin de uno o ms productos. La presencia de un catalizador tambin afecta la velocidad de reaccin; en este caso puede aumentar su velocidad. De los estudios de la velocidad de una reaccin y su dependencia con todos estos factores se puede saber mucho acerca de los pasos en detalle para convertir los reactivos a productos. Esto ltimo es el mecanismo de reaccin.Las reacciones se pueden clasificar cinticamente en homogneas y heterogneas. Las primeras ocurren en una fase y las segundas en ms de una fase. La reaccin heterognea depende del rea de una superficie, por ejemplo las de un catalizador slido.La Cintica Qumica estudia dos aspectos de una reaccin qumica: la velocidad de la reaccin que mide la variacin de la concentracin de reactivos y productos con el tiempo, y el mecanismo de la reaccin para pasar de reactivos a productos. En esta prctica vamos a tratar el primer aspecto referido a la velocidad. La velocidad de una reaccin se expresa en trminos de la concentracin de uno de los reactivos o productos que intervienen en la reaccin. La velocidad se define como la disminucin de la concentracin de un reactivo con el tiempo o el aumento de la concentracin de un producto con el tiempo y siempre se define como una magnitud positiva y con unidades de concentracin dividido por tiempo (M s-1). Las reacciones qumicas pueden tener lugar de forma ms o menos rpida, es decir, la variacin del nmero de moles de sustancias reaccionantes que se transforman por unidad de tiempo puede ser mayor o menor. La velocidad de reaccin de una reaccin qumica depende, principalmente, de: - La naturaleza de las sustancias que reaccionan - La concentracin de dichas sustancias - La temperatura - La accin de catalizadores En general puede decirse que la velocidad de una reaccin aumenta al elevar la temperatura (como valor medio podemos decir que un aumento de 10C en la temperatura duplica la velocidad de la reaccin), debido a que un aumento de temperatura incrementa la energa media y la velocidad de las molculas reaccionantes, aumentando el nmero de choques entre ellas y el nmero de molculas que alcanza o supera la energa de activacin, necesario para que el choque entre ellas sea eficaz. Anlogamente un aumento en la concentracin de las especies reaccionantes aumentar el nmero de choques entre ellas por unidad de tiempo y, por tanto, aumentar la velocidad de la reaccin. Los catalizadores, al disminuir la energa de activacin, hacen que un mayor nmero de molculas sean capaces de superar dicha energa y, por tanto, reaccionar. La ley de velocidad de la reaccin de define como la expresin de la velocidad de reaccin en funcin de la concentracin de cada una de las sustancias que influyen en ella (reactivos y productos). Esta ley se debe determinar experimentalmente y no tiene por qu coincidir con la relacin de la ecuacin estequiomtrica de la reaccin. Esta ley se expresa habitualmente por medio de una ecuacin en la que aparece una constante, denominada constante de velocidad (k), multiplicada por la concentracin de algunas especies elevadas a un exponente, llamado orden. La constante de velocidad depende de latemperatura, de la presin y de la naturaleza de los reactivos y productos. As, para la reaccin: aA + bB productos, la velocidad media de la reaccin directa puede darse como v = - [A]/at o v =-[B]/bt, Y la velocidad instantnea ser: v = - d [A]/adt = d[B]/bdt = k [A]m[B]n

La velocidad de desaparicin de cualquiera de los reactivos es proporcional a las concentraciones de ambos, por tanto la velocidad ser mxima al comenzar la reaccin e ir disminuyendo conforme vayan desapareciendo molculas de los reactivos. Asimismo, al aumentar la concentracin, de uno o ambos reactivos, aumenta la velocidad de la reaccin. k es la constante de proporcionalidad y recibe el nombre de constante de velocidad o velocidad especfica de esta reaccin. El valor de k es tanto mayor cuanto ms alta sea la temperatura. Los exponentes m y n se denominan orden de la reaccin respecto a los reactivos A y B, respectivamente. As una reaccin dada puede ser de orden cero, primer orden, segundo orden, etc. respecto a cada uno de los reactivos que intervienen en ella. Se denomina orden total de la reaccin a la suma de los exponentes de las concentraciones, segn aparecen en la ecuacin de velocidad de la reaccin (en el ejemplo anterior sera m+n). En cualquier estudio cintico se determina la concentracin de alguna de las especies que intervienen en la reaccin en un determinado momento a una temperatura fija. Se determina la cantidad de reactivo que queda o de producto que se forma cuando ha transcurrido cierto tiempo. Conociendo las cantidades iniciales de reactivos se calcula la variacin de la concentracin con el tiempo. Existen dos tipos de mtodos experimentales para determinar las concentraciones, qumico o fsico: - En el mtodo qumico se retira una parte del sistema en reaccin a intervalos fijos de tiempo, para efectuar un anlisis y determinar la cantidad de reactivo o de producto, con lo cual se calcula la velocidad de reaccin. - En el mtodo fsico se mide alguna propiedad fsica de alguna especie de la reaccin que es proporcional a su concentracin, como por ejemplo la emisin o absorcin de luz, la presin de los gases, la conductividad de las disoluciones... Los mtodos fsicos son preferibles a los qumicos porque stos necesitan modificar o parar el sistema de reaccin. Sin embargo en esta prctica vamos a utilizar un mtodo qumico por su sencillez.

Velocidad de reaccinLa rapidez (o velocidad) de reaccin est conformada por la rapidez de formacin y la rapidez de descomposicin. Esta rapidez no es constante y depende de varios factores como la concentracin de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reaccin y el estado fsico de los reactivos. Uno de los factores ms importantes es la concentracin de los reactivos. Cuanto ms partculas existan en un volumen, ms colisiones hay entre las partculas por unidad de tiempo. Al principio la concentracin de reactivos es mayor, tambin es mayor la probabilidad de que se den colisiones entre molculas y la rapidez es mayor. A medida que la reaccin avanza, al ir disminuyendo la concentracin de los reactivos, disminuye la probabilidad de colisin y con ella la rapidez de la reaccin. La medida de la rapidez de reaccin implica la medida de la concentracin de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la rapidez de una reaccin necesitamos medir ya sea la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, o bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo.La rapidez de reaccin se mide en unidades de concentracin/tiempo, esto es, en (mol/l)/s es decir moles/(l*s).Para una reaccin de la forma:

La ley de la velocidad de formacin es la siguiente:

Donde VRes la rapidez de reaccin, (-CA)la disminucin de la concentracin del reactivo en el tiempot. Esta es la rapidez media de la reaccin, pues todas las molculas necesitan tiempos distintos para reaccionar.

La velocidad de aparicin del producto es igual a la rapidez de la desaparicin del reactivo. De este modo, la ley de la rapidez se puede escribir de la siguiente forma:

Orden de reaccin

Para cada reaccin se puede formular una ecuacin, sta describe cuntas partculas del reactivo reaccionan entre s, para formar una cantidad de partculas del producto.

Para una reaccin de la forma:

Esto significa, que dos partculasAcolisionan con una partculaB, una partculaCy una partculaDpara formar el productoE.Sin embargo, la probabilidad que cinco partculas colisionen y formen un producto intermedio es baja. Realmente, el producto intermedio es formado por un par de partculas y ste colisiona con las dems partculas y forma otros productos intermedios hasta formar el producto E. Por ejemplo:

La descomposicin de la reaccin principal en llamadas reacciones elementales y el anlisis de stas nos muestran exactamente cmo ocurre esta reaccin.Por medio del mtodo experimental o por premisas se puede determinar la dependencia de la rapidez de las reacciones elementales con las concentraciones de los componentesA, B,CyD.El orden de reaccin est definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la velocidad de la reaccin. ste es llamado tambin orden total de reaccin, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de las reacciones se determina experimentalmente.

Factores que afectan a la velocidad de las reaccionesExisten varios factores que afectan la rapidez de una reaccin qumica: la concentracin de los reactivos, la temperatura, la existencia de catalizadores y la superficie de contacto tanto de los reactivos como del catalizador. Los catalizadores pueden aumentar o disminuir la velocidad de reaccin.TemperaturaPor norma general la rapidez de reaccin aumenta con la temperatura porque al aumentarla incrementa la energa cintica de las molculas, stas se mueven ms rpido y chocan con mayor frecuencia y con ms energa. El comportamiento de la constante de rapidez o coeficiente con respecto a la temperatura puede ser descrito a travs de la ecuacin de Arrhenius.

Para un buen nmero de reacciones qumica la rapidez se duplica aproximadamente cada 10 grados centgrados.La obtencin de una ecuacin que pueda emplearse para predecir la dependencia de la rapidez de reaccin con las concentraciones de reactivos es uno de los objetivos bsicos de la cintica qumica. Esa ecuacin, que es determinada de forma emprica recibe el nombre de ecuacin de rapidez. De este modo si consideramos de nuevo hipotticamente que la velocidad de reaccin v puede expresarse comov=k[A]n[B]m, los trminos entre corchetes sern las molaridades de los reactivos y los exponentes y coeficientes que, salvo en el caso de una etapa elemental no tienen por qu estar relacionados con el coeficiente estequiomtrico de cada uno de los reactivos. Lo valores de estos exponentes se conocen como orden de reaccin.PresinEn una reaccin qumica, si existe una mayor presin, la energa cintica de las partculas va a aumentar y la reaccin se volver ms rpida al igual que en los gases que el aumentar su presin aumenta tambin el movimiento de sus partculas y, por tanto, la rapidez de reaccin es mayor.LuzLa luz es una forma de energa. Algunas reacciones, al ser iluminadas, se producen ms rpidamente, como ocurre en el caso de la reaccin entre el cloro y el hidrgeno. En general, la luz arranca electrones de algunos tomos formando iones, con lo que aumenta considerablemente la velocidad de reaccin.La ley de Arrhenius y la energa de activacinEnerga de activacinEn 1988, el qumico sueco Svante Arrhenius sugiri que las molculas deben poseer una cantidad mnima de energa para reaccionar. Esa energa proviene de la energa cintica de las molculas que colisionan. La energa cintica sirve para originar las reacciones, pero si las molculas se mueven muy lento, slo rebotan al chocar con otras molculas y la reaccin no sucede. Para que reaccionen las molculas, stas deben de tener una energa cintica total que sea igual o mayor que cierto valor mnimo de energa, llamada energa de activacin (Ea). Para que se lleve a cabo la reaccin es necesario tambin que las molculas estn orientadas correctamente. La constante de la velocidad de una reaccin (k) depende tambin de la temperatura ya que la energa cintica depende de ella. La relacin entre k y la temperatura est dada por la ecuacin de Arrhenius:

O tambin, expresada en forma de logaritmo (Ley de Arrhenius):

IV MATERIALES Y REACTIVOS:

Tubos de ensayo. Termmetro. Vaso precipitado. Mechero. HCl a 6M. granalla de zinc y polvo de zinc. Al. Fe. Mg KMnO4 0,005M. H2C2O4 0,75M.

V PARTE EXPERIMENTAL:Una reaccin qumica se produce mediante colisiones eficaces de las partculas de los reactantes, por lo tanto aquellas situaciones o factores que influyen que estas colisiones aumenten en nmero implicara un aumento de la velocidad de la reaccin.A. GRADO DE SUB DIVISION DE LOS REACTANTES:

1. En dos tubos de ensayo se coloc 3 mL de HCl a 6M.2. Se pes la masa de la granalla de zinc y luego se pes la misma cantidad de polvo de zinc.

HCl 6M + Zn (granalla)+HCl 6M + Zn (polvo)N 1N 2

ZnMasa (g)

Granalla0.088

polvo0.088

3. A uno de los tubos de ensayo se coloc la granalla y al otro el polvo de zinc, luego se midi el tiempo de reaccin en cada caso y se evalu la velocidad de consumo del zinc y la velocidad de formacin del H2 en mol/s.

Tiempo de reaccin(s)

HCl+ Zn (granalla)

77

HCl + Zn (polvo)

540

N 1

Para el Zn (granalla)

Calculando la velocidad de consumo del Zn:

Calculando la velocidad de formacin del hidrogeno:

N 2

Para el Zn (polvo)

Calculando la velocidad de consumo del Zn:

Calculando la velocidad de formacin del hidrogeno:

B. NATURALEZA DE LOS REACTANTES:1. En tres tubos de ensayo se coloc 5mL HCl 6M.2. Se pes tres masas de 0,036g de Al, 0,001g de Fe y 0,148g de Zn.3. Al primer tubo se le adicion Al, al segundo tubo se le adicion Fe y al tercero Zn.

HCl 6M +Al+HCl 6M + FeHCl 6M + Zn N 1N 2N 3

4. En cada caso se tom el tiempo de reaccin y luego se evalu la velocidad de consumo de cada metal y la velocidad de formacin del H2 en molTiempo de reaccin(s)

HC l+ Al

130

HCl + Fe

1852

HCl 6M + Zn

1852

N 1

Calculando la velocidad de consumo del Al:

Calculando la velocidad de formacin del hidrogeno:

N 2

Calculando la velocidad de consumo del Fe:

Calculando la velocidad de formacin del hidrogeno:

N 3Calculando la velocidad de consumo del Fe:

Calculando la velocidad de formacin del hidrogeno:

La naturaleza del reactante influye en la velocidad de reaccin. TEMPERATURA:1. A seis tubos de ensayo se le coloco 2.5mL de 0,005M de KMnO4 y se rotul del uno al seis.2. KMnO4KMnO4KMnO4KMnO4KMnO4 SERIE 1KMnO4N 1N 2N 3N 4N 5N 6A otros seis tubos de ensayo se agrego 2.5mL de 0,75M de H2C2O4 y se rotul del uno al seis.

H2C2O4H2C2O4H2C2O4H2C2O4H2C2O4 SERIE 2H2C2O4N 1N 2N 3N 4N 5N 6

3. Se determino la temperatura ambiente, luego se mezcl los contenidos de los tubo numero uno y se anot el tiempo de reaccin, la reaccin culmina cuando la solucin adquiere una coloracin amarilla sin ningn remanente de rosado.

KMnO4 +H2C2O4

N 1Tiempo de reaccin(s)

KMnO4 + H2C2O4

227

4. En un vaso se calent los dems tubo numerados del dos al seis, luego en intervalos de temperatura 10, se mezclo cada uno de los tubos ordenados ascendentemente y se tom el tiempo de reaccin.TUBO DE ENSAYO

TIEMPO DE REACCION (s)

N1137

N2131

N344.64

N423.16

N55.03

La velocidad de reaccin aumento al aumentar la temperatura.

C. LA PRESENCIA DE UN CATALIZADOR:

1. A dos tubos de ensayo se agrego 2 mL de Na2C2O4 0,04 M y se adiciono 0,5 mL de 2M de H2S2O4.2. Al segundo tubo se le agreg 0,01 M de MnSO4.Los catalizadores, se utilizan para modificar la velocidad de una reaccin, a este fenmeno se le llama catlisis, Algunos catalizadores se usan para aumentar la velocidad, estos son los catalizadores positivos. Otros son utilizados para evitar que una reaccin se efecte, son los catalizadores negativos, tambin llamados inhibidores.Algunas caractersticas de los catalizadores son las siguientes: Se recupera al final de la reaccin Facilita la ejecucin de la reaccin con menor energa de activacin. Es especfico para cada reaccin.

D. LA CONCENTRACION DE LOS REACTANTES:1. En un tubo de prueba se coloc 10 mL de HCl 6M.2. Se pes 0.3g de Mg, 0.15g de Mg, 0.075g de Mg y 0.037g de Mg.3. Luego se agreg consecutivamente el magnesio al tubo de prueba que contiene el HCl con el tiempo.

HCl + 0.3g Mg

4. Se evalu la velocidad de reaccin instantnea del Mg para el tiempo de 45 segundos.Calculando la velocidad de consumo del:

Calculando la velocidad de consumo del:

Calculando la velocidad de consumo del:

Calculando la velocidad de consumo del:

La velocidad aumento al aumentar la concentracin de reactivo.

VI. CONCLUSIONES:

1. Se comprob que la velocidad depende de la concentracin de los reactivos, la velocidad de reaccin aumento a medida que aumenta la concentracin de los reactivos. Esto se debe a que hay mayor nmero de colisiones entre las partculas de los reactantes y por ello mayor velocidad. Esto se comprob al hacer reaccionar Mg con HCl y a medida que aumentbamos la concentracin de Mg la velocidad de reaccin aumentaba.

2. La temperatura influye en la velocidad de reaccin, ya que a medida que la temperatura aumenta las partculas se mueven ms rpido y esto incrementara el nmero de colisiones por lo tanto la velocidad aumentara.3. Se comprob que la naturaleza de los reactivoses otro factor que influye en la velocidad, esto se comprob al hacer reaccionar Al, Fe y Zn con HCl y se resulto que tenan diferente velocidad de reaccin debido a la diferente naturaleza de los reactivos.4. 5. El grado de subdivisin de los reactantes influye en la velocidad de reaccin esto lo comprobamos en el primer experiencia.

VIII REFERENCIAS

1. http://www.mysvarela.nom.es/quimica/practicas_2/cinetica.htm

2. http://www.qfa.uam.es/qb/practicas/P2-guion.pdf

3. http://practicaslaboratorio08.blogspot.com/2013/03/practica-13-cinetica-y-equilibrio.html

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