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CINÉTICA QUÍMICA

PRÁCTICA N° 02CINETICA QUÍMICA

I. OBJETIVOS

• Interpretar la velocidad de las reacciones químicas y los factores que afectan esta velocidad.

• Comprobar que la variación de la concentración modifica la velocidad de una de una acción química.

II.PRINCIPIOS TEÓRICOS

La velocidad de reacción es el cambio de concentración que experimenta un reactante o un producto en función del tiempo.Por ejemplo para la reacción hipotética:

A + 3B → 3C

Velocidad = - d[A] = -d[B] = d[C] dt 3dt 3dt

Los signos negativos indican que las concentraciones de A y B decrecen con el tiempo, y el signo positivo, que la concentración de C aumenta con el tiempo. Los paréntesis cuadrados indican concentración en moles por litro. Según la definición de velocidad nos indica que B desaparece 3 veces mas rápido que A, y C aparece 2 veces más rápido que aquella con la que A desaparece.

La velocidad de una reacción depende de varios factores, concentración de los reactantes y a veces, de los productos, de la temperatura y de los catalizadores. Por lo general la medición de la velocidad se efectúa en ciertas condiciones experimentales específicas, de tal manera que todos los factores que afectan la velocidad permanezcan constantes, excepto uno. Este estudio se realiza en forma sistemática, hasta que se identifique, lo mejor posible, el comportamiento cinético de la reacción.

La expresión matemática que relaciona la velocidad de una reacción con las concentraciones de los reactivos se denomina “Ley de Velocidad”. La Ley de Velocidad se debe determinar experimentalmente, no se puede deducir de la ecuación estequiométrica correspondiente a la reacción neta.

Para nuestra reacción hipotética, la Ley de Velocidad podemos representarla según:

Velocidad = -d[A] = k[A]n[B]m

dt

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La velocidad, -d[A]/dt expresa la disminución de la concentración de A en función del tiempo, a una temperatura conocida t, k es una constante de proporcionalidad y se denomina “constante de velocidad”. El exponente de cada concentración (n y m en este caso) se denomina el orden de la reacción para esa especie química particular. Si los valores de n y m son 1 y 2 respectivamente, la ley de velocidad es:

Velocidad = -d[A] = k[A][B]2

dt

Y se dice que la reacción es de primer orden respecto a la especie A y de segundo orden respecto a la especie B. Si los valores de n y m son 0 y 1 respectivamente, la ley de velocidad es:

Velocidad = - d[A] = k[A]0[B] = k‘ [B] dt

En este caso se dice que es de orden cero respecto a A (o independiente de la concentración de A) y de primer orden respecto a B. En concentración el orden de reacción respecto a una especie es simplemente la potencia a la cual se eleva la concentración de dicha especie en la ley de velocidad. El orden total de la reacción será la suma de n+m.

Se debe hacer presente que el orden de reacción se determina experimentalmente y no debe ser relacionada con los coeficientes de la ecuación estequiométrica, excepto si la reacción ocurre en una sola etapa.

En este experimento se observará el efecto de la concentración y de la temperatura sobre la velocidad de una reacción química realizando algunos ensayos con la reacción llamada ”reacción reloj”.

Dicha reacción se lleva a cabo mezclando una solución A de Tiosulfato de Sodio (Na2S2O3), con una solución B de HCl .

En este momento se producira la siguiente reacción Química. HCl +Na2S2O3 →SO2 +S (coloidal) +NaCl +H2O

O en forma iónica según el criterio del profesor y los conocimientos de los alumnos

H+ S2O3-2 →SO2 +H2O +S(coloidal)

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III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) Materiales:

- Vaso de precipitado 150 mL- Cronómetro - Bagueta- Papel con marca X- Tubos de ensayo- Probeta

b) Productos químicos

- Solución de tiosulfato de sodio, Na2S2O3 0,3 M - Solución de HCl 1 M- Agua destilada.

c) Procedimiento:

1. Mide en una probeta de 50 mL la solucion de Na2S2O3 0,3 M y viértelo en un vaso de precipitado.

2. Colecte 5 mL de HCl en un tubo de ensayo.

3. Coloque un papel bond blanco en el cual se haya dibujado un aspa, ponga encima el vaso de precipitado con la solución de Na2S2O3.

4. Inmediatamente vierta 5mL de HCl en el vaso del precipitado al mismo tiempo ponga en funcionamiento el cronómetro para tomar el tiempo y agite constantemente con la bagueta.

5. Mire verticalmente por encima del vaso de precipitado y anota el tiempo requerido hasta que desaparezca la marca hecha sobre el papel blanco.

6. Realiza 4 ensayos más, utilizando las cantidades y proporciones indicadas en la tabla que acontinuacion se muestra.

7. Anote los tiempos requeridos para cada experiencia, y recuerde tomar la temperatura.

8. Determine el orden de reacción. Realice gráficas para comprobar si es de orden cero, uno o dos. Determinar la constante de velocidad.

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IV. TABLA DE RESULTADOS:

Datos:A

temperatura:

Ambiental= °C

Prueba

V(Na2S2O3),

mLV (H2O)mL V(HCl) mL Tiempo, s

N°1 50 00 5N°2 40 10 5N°3 30 20 5N°4 20 30 5N°5 10 40 5

Cálculos:

Ccorregida= Cinicial x V inical/V total

Prueba Concentración Corregida (Cc)

Tiempo(s)

Ln Cc 1/Cc

N°1

N°2

N°3

N°4

N°5

Con ayuda de la tabla anterior realice las siguentes gráficas:

• Orden cero (Cc vs t)

• Primer Orden (LnC vs t)

• Segundo orden (1/C vs t)

De las gráficas anteriores determine a qué orden pertenece la reacción estudiada y los valores de los parámetros de la ecucación cinética.

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V. CUESTIONARIO 1:

1. De las gráficas:a. Qué conclusiones generales obtiene de ellas.b. Realice una predicción del tiempo de reacción para que la

concentración del Na2S2O3 llegue a la mitad.

2. En el estudio de la reacción de descomposición se obtuvieron los siguientes datos:

Establece el orden de la reacción y calcula la constante de reacción

3. En la descomposición del amoniaco, se midieron los siguientes datos. La línea superior indica el tiempo en segundos, y la línea inferior indica la concentración correspondiente de amoniaco, en moles/litro.

0 1 2 t1/2

2,000 1,993 1,987 1,000 Escriba una ecuación para la velocidad de reacción y la constante de velocidad K de ésta reacción de primer orden, y calculese el tiempo de vida media, t1/2. (Use papel milimetrado u hoja de cálculo).

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