Universidad Nacional Autnoma De Mxico

Facultad De Estudios Superiores CuautitlnCampo 1

Ingeniera Qumica

Laboratorio de Cintica Qumica y Catlisis

Reporte 3

Cintica De Reaccin Entre Fenolftalena e Hidrxido De Sodio

Equipo 2

Hernndez Arias Trinidad Teresita Jaramillo Alcantar Adriana Miranda Gonzlez Adrin Moreno Snchez Luis Alejandro Ruiz Galindo Cesar David

Profesor: Manuel Paz

2651 A

Semestre 2014-II 19 de Marzo del 2014INTRODUCCIN La fenolftalena es un indicador que a pH bsico se decolara con una rapidez fcilmente medible. La fenolftalena presenta un mximo de absorbancia a 470 nm, por lo tanto el avance de la reaccin se determina tomando la lectura de absorbancia en funcin del tiempo, asumiendo que se est trabajando en concentraciones tan diluidas que se sigue la ley de Beer-Lambert. Este mtodo tiene la ventaja de ser directo y rpido.En este experimento se estudia la reaccin entre Fenolftalena (F) e hidrxido de sodio. La fenolftalena a pH < 0, es color naranja, entre 0-8.2 se encuentra en forma de lactona y es incolora, entre 8.2-12 se forma una fenolftalena monosodica (FNa) de color rosa, a pH mayores de 12 reacciona con otra molcula de hidrxido de sodio para formar una fenolftalena disdica (FNa2) con una coloracin roja, la cual reacciona lentamente con otro molcula de hidrxido de sodio para formar una fenolftalena trisodica (FNa3) incolora.El tiempo de vida media de una reaccin se define como el tiempo en que reacciona la mitad de la concentracin inicial, este mtodo consiste en trazar grficos del reactante que se est consumiendo en funcin del tiempo y a partir de este, determinar grficamente el tiempo de vida media, a diversas concentraciones. Posteriormente, comparar los resultados con la tabla 3.2 y/o utilizar las ecuaciones para orden n.

OBJETIVOS Estudiar la cintica de la decoloracin de la fenolftalena Determinar el grado de avance de reaccin por medicin espectrofotomtrica Establecer el orden de reaccin respecto a la fenolftalena a partir de tiempo de vida media. Calcular el orden de reaccin respecto a la fenolftalena utilizando directamente la absorbancia. Determinar el orden de reaccin respecto al hidrxido de sodio a partir de la constante de rapidez especifica de pseudo orden.

PROBLEMA INTEGRADORObtener el orden parcial de cada uno de los reactantes en la reaccin de decoloracin de fenolftalena.

EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALESMATERIALEQUIPOREACTIVOS

Por equipo:

4 Vasos de precipitados de 10 mL2 Pipetas volumtrica de 5 mLMicropipeta 50 LPor equipo:

1 Parrilla con agitacin magnticaEspectrofotmetro VIS con dos celdasPor equipo:

13 mL de disolucin de NaOH 1 M3 mL disolucin de NaCl 1M0.2 mL de disolucin alcohlica de fenolftalena al 2%

DESARROLLO EXPERIMENTAL1. Etiquete cuatro vasos de precipitados de 10 mL como I-IV, agregar a cada uno de ellos los volmenes de hidrxido de sodio y cloruro de sodio indicadas en la Tabla 3.1.Tabla 3.1 Volmenes presentes en el sistema A

2. Coloque al sistema I, una barra de agitacin magntica y agitar, adicione rpidamente a la mezcla del sistema I, 0.05 mL de fenolftalena (la reaccin inicia en cuanto se hace la mezcla, por tanto accionar el cronometro), agite dos segundos y vace en la celda del espectrofotmetro.3. Mida las absorbancias de la reaccin a 460 nm cada 10 s durante 300 s, a partir de 10 segundos4. Tome la lectura de temperatura de la mezcla de reaccin.5. Repita el procedimiento para los sistemas II, III y IV.

RESULTADOS EXPERIMENTALESTabla 1. Resultados Experimentales de absorbancia en funcin del tiempo para cada sistemaAbsorbanciaen cada Sistema

Tiempo (s)IIIIIIIV

300.1620.1670.0660.039

400.150.1570.0560.028

500.1430.1490.0470.013

600.1360.1420.040.004

700.1290.1370.033-0.012

800.1240.1320.028-0.022

900.1210.1270.023-0.029

1000.1140.1240.019-0.034

1100.1110.1210.015-0.039

1200.110.1180.012-0.044

1300.1090.1170.009-0.046

1400.1090.1150.007-0.05

1500.1080.1140.005-0.052

1600.1080.1120.004-0.055

1700.1080.1110.002-0.057

1800.1070.110.001-0.058

1900.1050.1090-0.06

2000.1050.108-0.001-0.062

2100.1050.108-0.002-0.063

2200.1040.108-0.003-0.065

2300.1050.108-0.004-0.065

2400.1050.107-0.004-0.065

ANLISIS DE RESULTADOS1. Plantee la ecuacin cintica de reaccin.r= (2. A partir de los resultados experimentales expuestos en la tabla 1, se realizaron para cada sistema las siguientes graficas con su respectiva ecuacinpolinomial.Grfica 1

Grfica 2

Grfica 3

Grfica 4

Por tanto, considerando cada ecuacin representativa de los sistemas es posible determinar el valor de la absorbancia a tiempo cero, por lo que tenemos:SistemaAbsorbancia

I0.1777

II0.1828

III0.0847

IV0.0709

3. Ajuste los grficos con el dato deabsorbanciacero, obtenida en el punto anterior.Absorbancia

Tiempo (s)IIIIIIIV

00.17770.18280.08470.0709

300.15550.16060.06250.0346

400.14890.1540.05590.0237

500.14270.14780.04970.0134

600.13690.1420.04390.0037

700.13150.13660.0385-0.0054

800.12650.13160.0335-0.0139

900.12190.1270.0289-0.0218

1000.11770.12280.0247-0.0291

1100.11390.1190.0209-0.0358

1200.11050.11560.0175-0.0419

1300.10750.11260.0145-0.0474

1400.10490.110.0119-0.0523

1500.10270.10780.0097-0.0566

1600.10090.1060.0079-0.0603

1700.09950.10460.0065-0.0634

1800.09850.10360.0055-0.0659

1900.09790.1030.0049-0.0678

2000.09770.10280.0047-0.0691

2100.09790.1030.0049-0.0698

2200.09850.10360.0055-0.0699

2300.09950.10460.0065-0.0694

2400.10090.1060.0079-0.0683

Grfica 5

Grfica 6

Grfica 7

Grfica 8

4. Para el sistema I, mida directamente en el grfico deabsorbanciavs tiempo, el tiempo de vida media a partir deAbsorbanciacero. Mida nuevamente el tiempo de vida media a partir de un medio de laabsorbanciacero.Grfica 9

5. Con base al resultado anterior, Dequorden, es la reaccin de decoloracin de fenolftalena?Para utilizar este mtodo, se presenta el valor de la absorbancia en funcin del tiempo, luego se determin grficamente el valor de t1/2 cuando la absorbancia tena un valor de cero, luego se realiza la siguiente grfica: Grfica 10

Finalmente, el orden de la reaccin para el sistema 1 tiene un valor de 1. Sin embargo, el mtodo de vida media tiene el inconveniente de que si se usan datos de un solo experimento, la reaccin debe ocurrir por un alto porcentaje en su extensin. 6. Calcule las contantes depseudoorden de reaccin para cada sistema.Para ello, sabemos que la ley de rapidez en funcin de la concentracin del hidrxido de sodio es:

Debido a una gran concentracin de OH- en cada uno de los sistemas, la podemos determinar como una constante, de tal forma que la ley de rapidez torna en la siguiente expresin:

Para el clculo de la pseudoconstante, basta con graficar ln (abs) vs el tiempo, el valor de la pendiente indicar dicho valor, los grficos se muestran a continuacin:Grfica 11

SistemaPseudoconstante (s-1)

10.0018

20.0019

30.0251

40.076

Para calcular las constantes de rapidez en cada sistema, aplicaremos la siguiente expresin:

Dnde:

Dicha expresin es caracterstica de una reaccin de primer orden, esto se analiza ya que las cuestiones anteriores arrojan ese dato, es decir, la reaccin entre la fenolftalena y el hidrxido de sodio es de primer orden, as, una vez analizado esto, se prosigue a graficar vs tiempo, con ello aplicaremos una regresin lineal, donde la pendiente es el valor de la constante de rapidez de la reaccin K, para cada sistema, esta resulta ser:Grfica 12. Sistema I

La constante de rapidez resulta ser de:K = 0.0233 s-1Grfica 13. Sistema II

La constante de rapidez resulta ser de:K = 0.022 s-1Grfica 14. Sistema III

La constante de rapidez resulta ser de:K = 0.0199 s-1Grfica 15. Sistema IV

La constante de rapidez resulta ser de:K = 0.0204 s-1

7. Trace los grficos deAbsorbanciaversus tiempo,lnAbsorbanciaversus tiempo y 1/Avstiempo y concluya acerca del orden de reaccin.SISTEMA I

Tiempo (s)Absorbancialn A1/ln(A)

00.1777-1.727658545.62746201

300.1555-1.861109556.43086817

400.1489-1.904480346.71591672

500.1427-1.947010757.00770848

600.1369-1.988504557.3046019

700.1315-2.028748437.60456274

800.1265-2.067512977.90513834

900.1219-2.104554248.20344545

1000.1177-2.139616268.49617672

1100.1139-2.172434418.77963126

1200.1105-2.202739769.04977376

1300.1075-2.230264439.30232558

1400.1049-2.254747769.53288847

1500.1027-2.275943169.73709834

1600.1009-2.293625359.91080278

1700.0995-2.3075976310.0502513

1800.0985-2.3176987310.1522843

1900.0979-2.3238087310.2145046

2000.0977-2.3258537210.2354145

2100.0979-2.3238087310.2145046

2200.0985-2.3176987310.1522843

2300.0995-2.3075976310.0502513

2400.1009-2.293625359.91080278

Grfica 16

Grfica 17

Grfica 18

SISTEMA II

Tiempo (s)Absorbancialn A1/ln(A)

00.1828-1.699362625.47045952

300.1606-1.828838486.22665006

400.154-1.870802686.49350649

500.1478-1.911895276.76589986

600.142-1.951928227.04225352

700.1366-1.990698337.32064422

800.1316-2.027988267.59878419

900.127-2.063568197.87401575

1000.1228-2.097198268.14332248

1100.119-2.128631798.40336134

1200.1156-2.157619328.65051903

1300.1126-2.183913568.88099467

1400.11-2.207274919.09090909

1500.1078-2.227477629.27643785

1600.106-2.244316189.43396226

1700.1046-2.257611739.56022945

1800.1036-2.267217959.65250965

1900.103-2.273026299.70873786

2000.1028-2.274969939.72762646

2100.103-2.273026299.70873786

2200.1036-2.267217959.65250965

2300.1046-2.257611739.56022945

2400.106-2.244316189.43396226

Grfica 19

Grfica 20

Grfica 21

SISTEMA III

Tiempo (s)AbsorbancialnA1/ln(A)

00.0847-2.46863968-0.40508139

300.0625-2.77258872-0.36067376

400.0559-2.8841909-0.34671769

500.0497-3.00175035-0.33313896

600.0439-3.12584096-0.31991391

700.0385-3.25709704-0.30702186

800.0335-3.39620984-0.29444588

900.0289-3.54391368-0.28217392

1000.0247-3.70095204-0.27020075

1100.0209-3.86800612-0.25853113

1200.0175-4.0455544-0.24718491

1300.0145-4.23360663-0.23620522

1400.0119-4.43121688-0.22567164

1500.0097-4.63562939-0.21572044

1600.0079-4.84089252-0.20657348

1700.0065-5.0359531-0.19857214

1800.0055-5.20300719-0.19219654

1900.0049-5.31852007-0.18802223

2000.0047-5.36019277-0.18656045

2100.0049-5.31852007-0.18802223

2200.0055-5.20300719-0.19219654

2300.0065-5.0359531-0.19857214

2400.0079-4.84089252-0.20657348

Grfica 22

Grfica 23

Grfica 24

Sistema IV

Tiempo (s)Absorbancialn(A)1/ln(A)

00.0709-2.64648485-0.37785971

300.0346-3.3639016-0.29727386

400.0237-3.74228023-0.26721676

500.0134-4.31250057-0.23188403

600.0037-5.59942246-0.17858985

Grfica 25

Grfica 26

Grfica 27

Grficamente, podemos afirmar que en todos los sistemas anteriormente descritos, todos convergen a un orden de reaccin de valor 2. Esto se determina en funcin al valor de r. En resumen, una vez realizado el experimento y en base a los resultados obtenidos del mismo se realiz lo siguiente: Se plante la ecuacin cintica o ecuacin de rapidez de la reaccin de decoloracin de fenolftalena con hidrxido de sodio, que principalmente describe la velocidad en que los reactivos se convierten en productos. Una vez que se realiz el grfico de cada uno de los sistemas y aplicando una regresin polinomial se pudo determinar el valor de la absorbancia al tiempo cero, que es un dato que resulta imposible de medir con el espectrofotmetro debido a que la reaccin comienza al momento de mezclar los reactivos y el tiempo que se lleva tomar la muestra, verterla en la celda y que el espectrofotmetro la registre impide que se lleve a cabo. Se determin el tiempo de vida media para el sistema uno en el grfico de absorbancia vs tiempo y despus se realiz nuevamente el clculo para un medio de la absorbancia total, esto nos muestra cmo sera la reaccin si se utilizar otra concentracin menor para los reactivos. Finalmente, se pudo obtener el orden cintico de nuestra reaccin experimental por el mtodo grfico, sabiendo que al graficar los resultados obtenidos para cada orden de reaccin de acuerdo a cada ecuacin especfica, se toma siempre el valor de r2 ms cercano a la unidad.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS

I. En el espectro visible Qu longitud de onda le corresponde aproximadamente a cada color?

Es una prctica usual, definir los colores puros en trminos de la longitud de onda de la luz que muestran. Esto funciona bien con loscolores espectrales, pero se ha encontrado que muchas combinaciones diferentes de longitudes de onda de luz pueden producir la mismapercepcin de color.Las longitudes de onda se expresan normalmente en nanmetros. El espectro visible va aproximadamente desde 700 nm (extremo rojo) a 400 nm (extremo violeta).La luz blanca o luz casi blanca delSol, contiene una distribucin continua de longitudes de onda. La luz del Sol es esencialmente la de unradiador de cuerpo negro a 5780 K. Las longitudes de onda (colores del espectro) de la luz blanca pueden ser separadas por un mediodispersivocomo un prisma.II. Cules son los colores complementarios?Loscolores complementariosson aquelloscoloresdelespectro visibledispuestos en una circunferencia de tal manera que un color queda diametralmente equidistante de otro, formando elcrculo cromtico. De esta forma la denominacincomplementariodepende en gran medida del modelo empleadoRGBoRYV. Se obtiene mediante la contraposicin de un color primario con uncolor secundarioformado por los otros dosprimarios.Para definir los colores complementarios es muy til la siguiente regla:el complementario de un primario, es la mezcla de los otros dos primarios, que lgicamente nos dar un secundario. El complementario del amarillo, ser el violeta, porque se obtiene mediante la mezcla de los primarios azul y rojo. El complementario del azul ser el anaranjado porque se obtiene mediante la mezcla del rojo y del amarillo, y por ltimo el complementario del rojo ser el verde que se obtiene con la mezcla del amarillo y el azul.III. Explica la ley de Beer-Lambert para la absorcin de la energa.La Ley Lambert Beer es un medio matemtico de expresar cmo la materia absorbe la luz. Esta ley afirma que la cantidad de luz que sale de una muestra es disminuida por tres fenmenos fsicos:1. La cantidad de material de absorcin en su trayectoria (concentracin).2. La distancia que la luz debe atravesar a travs de la muestra (distancia de la trayectoria ptica).3. La probabilidad de que el fotn de esa amplitud particular de onda sea absorbido por el material (absorbencia o coeficiente de extincin).Matemticamente se expresa como:Dnde: A: Absorbancia.: Coeficiente molar.D: Distancia.c: Concentracin molar.

A medida que un haz de luz atraviesa un medio absorbente, la cantidad de luz absorbida en cualquier volumen es proporcional a la intensidad de luz incidente multiplicado por el coeficiente de absorcin. Consecuentemente, la intensidad de un haz incidente decae exponencialmente a medida que pasa a travs del absorbente.

Esta relacin cuando se expresa como Ley de Lambert es:

Dnde: T: Transmitancia.: Coeficiente molar.D: Distancia.c: Concentracin molar del absorbente.

En un enfoque simplificado, la transmitancia puede ser expresada como la intensidad de la radiacin incidente, que divide a la luz emergente de la muestra. Se refiere a la relacin como transmitancia o sencillamente T.La transmitancia puede ser trazada en relacin a la concentracin, pero la relacin no es lineal. El logaritmo negativo en base 10 de la transmitancia s es, sin embargo, lineal con la concentracin.De esta manera, la absorcin es medida como:

IV. Representa en una sola grafica de absorbancia contra concentracin.

a) El comportamiento del sistema que sigue la ley de Beer-Lambert.b) El comportamiento de un sistema que represente una desviacin positiva.c) El comportamiento de un sistema que se desva en forma negativa.

En la prctica, no siempre se obtiene una recta que pase por el origen. Puede obtenerse una funcin del tipoA=m+bc. Adems se presentan desviaciones, positivas, si la absorbancia medida es mayor que la real o negativas, si la absorbancia medida es menor que la real.

Esto lleva a que no se obtengan relaciones lineales entre la absorbancia y la concentracin, debido a factores instrumentales y qumicos.

V. Qu precauciones generales experimentales en cuanto a determinar el tiempo t y el control de temperatura deben considerarse al estudiar la cintica de una reaccin qumica?

Mantener la temperatura constante en todo momento para eliminar errores experimentales ya que esta puede actuar como catalizador. Tomar lecturas de tiempo acordes al inicio de la reaccin esto es, cuando se lleva a cabo la mezcla de sistemas para llevar acabo la reaccin qumica. Tener un control de la temperatura acorde a las sustancias qumicas empleadas, ya que si tienen una presin de vapor muy elevada, son caracterizadas como voltiles.

VI. Investigue para que se utiliza la prueba de fenolftalena en estructuras de concreto. Discuta su investigacin con los resultados del experimento.Una de las principales causas de despasivacin de las armaduras embebidas en hormign es la denominada carbonatacin, que consiste en la neutralizacin de la matriz de cemento como consecuencia de su interaccin con el C02atmosfrico.La carbonatacin puede inclusive causar problemas de corrosin aun en hormigones de alta calidad. Un recubrimiento de poco espesor y defectos de superficie tales como grietas, roturas, fallas, facilitan el ingreso del CO2. No pasar mucho tiempo antes de que el acero en el rea de la grieta empiece a corroerse debido a la prdida de pasivacin.Los bordes del recubrimiento de hormign son notables por su susceptibilidad a la corrosin inducida por carbonatacin. Los bordes o las esquinas presentan un mayor contenido en dixido de carbono que se difunde hacia el acero de refuerzo en dos direcciones.Lasolucin de fenolftalena al 1%es una prueba general que se le hace al hormign para saber si est carbonatado. La fenolftalena es un indicador de alcalinidad. Al aplicarlo con un spray o con pincel, el hormign que protege a las armaduras toma una coloracin rosa, en caso contrario el hormign no toma color alguno. Con esta prueba se determina si el pH del hormign ha descendido y ya no protege las armaduras de acero. Pero hay que sealar que es una prueba de carbonatacin, y que no detecta cemento aluminoso.La carbonatacin es un proceso lento que ocurre en el hormign, donde la cal apagada (hidrxido clcico) del cemento reacciona con el dixido de carbono del aire formando carbonato clcico. Esta reaccin, necesariamente se produce en medio acuoso, ya que el dixido de carbono reacciona con el agua formando cido carbnico, ya que ste reaccionar con el hidrxido de calcio, obteniendo como resultado el carbonato de calcio y agua. Dado que la carbonatacin provoca una bajada de pH (cido) esto puede llevar a la corrosin de la armadura y daar la construccin.

CONCLUSIONESEl objetivo principal de esta sesin experimental fue el de seguir espectrofotomtricamente la reaccin de decoloracin de la fenolftalena con hidrxido de sodio. A nivel macroscpico se observ que la reaccin se llev a cabo de manera completa apreciando la decoloracin de la fenolftalena, sin embargo, los resultados obtenidos nos mostraron experimentalmente la forma en que los reactivos se convierten en productos en funcin del tiempo, esto es conocido como el avance de reaccin, adems nos permiti hacer los clculos cinticos involucrados en esta reaccin, como lo son: la ecuacin de rapidez , el orden cintico de la reaccin respecto a cada uno de los reactivos y el tiempo de vida media que son de gran utilidad para determinar las condiciones bajo la cual se debe trabajar estos reactivos en base a la velocidad de reaccin deseada y propsitos buscados.Adems pudimos comprobar que el mtodo espectrofotomtrico utilizado para dar seguimiento a esta reaccin result adecuado mostrando una exactitud por dems aceptable.Tomando en cuenta las afirmaciones antes hechas podemos asegurar que los objetivos propuestos por esta sesin experimental fueron alcanzados de manera satisfactoria.

BIBLIOGRAFA Obaya, A., Vargas-Rodrguez, Y. M. (2011) La Enseanza Experimental de la Qumica desde una Perspectiva Interdisciplinaria y Ecolgica En Qumica Verde Experimental. Mxico. Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Vargas, M. & Obaya A. (2005). Clculo de parmetros de rapidez en cintica qumica y enzimtica. Mxico: Universidad Nacional Autnoma de Mxico.