UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE QUIMICA Y BIOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUIMICA DE LOS MATERIALES FISICA DEL CALOR Y TERMODINÁMICA- TUAQF.

EXPERIENCIA

“EQUILIBRIO QUIMICO DE LA YODACION FOTOQUIMICA DEL CICLOHEXENO”

TEORIA:

La estequiometría de la reacción es igual a:

I

I

I2

Es decir:

I2 + (C = H) (DI), Donde: C=H : ciclohexeno DI : diyodociclohexano

La constante de equilibrio para esta reacción está dada por:

[ ][ ] [ ]2

eq

eq eq

DIK

I C H=

= (1)

Los parámetros ΔG, ΔH y ΔS pueden ser determinados por las relaciones siguientes:

G RT ln KΔ = − (2)

2

d ln K HdT R T

Δ=

⋅ (3)

G H TΔ Δ Δ= − S (4)

OBJETIVOS:

Determinar la constante de equilibrio y parámetros termodinámicos para la reacción de yodación fotoquímica del ciclohexeno.

Diferenciar experimentalmente una condición de equilibrio químico respecto de una condición dinámica (velocidad de reacción).

MATERIALES Y EQUIPOS:

Por ser el yodo coloreado en solución, se aprovecha esta propiedad para determinar su concentración mediante un espectrofotómetro UV-visible, previo trazado de una curva de calibración adecuada.

Se determinará la constante de equilibrio a 30, 40 y 50 °C. Los siguientes materiales y equipos se emplearán en el estudio del equilibrio:

• Solución I: yodo en ciclohexano, 5 x 10-3 M • Solución II: ciclohexeno en ciclohexano, 1 M • Solvente: ciclohexano • Papel de aluminio • Focos con ampolleta • Matraces aforados de 10 mL • Tubos de ensayo con tapón • Gradillas • Baños termostatados • Espectrofotómetro UV-visible

PROCEDIMIENTO:

a) Prepárense las soluciones con las concentraciones, indicadas en la tabla adjunta, en un volumen total de 10 mL (preparar en aforado). Complétese la siguiente tabla:

Tubo [I2] x 103

(Molar) [C = H] (Molar)

Solución I (mL)

Solución II (mL)

1 2,5 0,5 2 2,5 0,1 3 1,0 0,1

b) Prepárese cada tubo protegido contra la luz. Mídase la absorbancia inicial de yodo en el

espectrofotómetro, úsese λ = 524 nm. c) Enseguida sumérjanse los tubos en el baño termostatazo irradiado por luz. Háganse

lecturas de absorbancia a intervalos de 10 min. d) El experimento finaliza cuando no se observan variaciones superiores a 0,1 unidades de

absorbancia, lo cual se puede evidenciar mediante un gráfico absorbancia vs tiempo. e) Una vez obtenido el equilibrio trasládense los tubos a otro baño con temperatura distinta. f) Obténgase la curva de calibración midiendo la absorbancia para concentraciones

conocidas de soluciones de yodo en ciclohexano. CALCULOS:

Las concentraciones de las especies en el equilibrio, están relacionadas con la concentración de yodo. De un balance de materia se obtienen las siguientes ecuaciones:

[ ] [ ] [ ]2 2eq 0 eqDI I I= −

[ ] [ ] [ ]0eq eqC H C H DI= = = −

Donde: [ ]2 0I = Concentración inicial de yodo

[ ]2 eqI = Concentración de yodo en el equilibrio

[ ]eqDI = Concentración de diyodociclohexano en el equilibrio.

[ ]eqC H= = Concentración de ciclohexeno en el equilibrio.

Para el informe:

• Calcúlese la constante de equilibrio para la reacción a cada temperatura, mediante la ecuación (1).

• Determínese ΔH mediante un gráfico ln K vs. 1/T, ecuación (3). • Determínense ΔG y ΔS mediante las ecuaciones (2) y (4) respectivamente. • Discútase la influencia de la temperatura en el valor de K y en el tiempo que demora

en obtenerse el equilibrio. • Discútase la espontaneidad de la reacción en términos de los valores de las funciones

termodinámicas obtenidas. • Indíquese la bibliografía utilizada.

DISCUSION (incorporar respuestas al informe):

a) Qué características fundamentales debe tener la propiedad que se usa para realizar una curva de calibración?

b) Que rol cumple irradiar con luz la mezcla en reacción? c) Qué puede decir en relación a los valores de absorbancia obtenidos por las mezclas

reactivas a tiempo cero? d) Qué precauciones se deben tomar cuando se preparan las soluciones de yodo y

ciclohexeno en ciclohexano? e) Refiérase brevemente a las principales fuentes de error en la determinación de las

concentraciones de equilibrio de reactantes y producto. f) Que relación existe entre la energía libre de Gibbs y la constante de equilibrio? g) En la deducción de la ecuación de Van´t Hoff hay una consideración fundamental. ¿Cuál

es ésta? h) ¿Cómo evoluciona una reacción exotérmica en condiciones de equilibrio cuando aumenta

la temperatura? REFERENCIAS:

1. Rev. Latinoamer.Quim.5, 67 (1974). 2. Levine I., Fisicoquimica (2 Tomos), Edit. Mc Graw-Hill (1996). 3. Castellan G., Físico Química, Edit. Fondo Educativo Interamericano S.A. México (1976). 4. Barrow G., Química Física (2 Tomos), Edit. Reverté S.A. (1968).