•Objetivo General

Analizar el efecto que tiene la adición de un catalizador sobre la rapidez de una reacción.

• Objetivos Particulares

a. Aplicar el método integral para evaluar las constantes de rapidez de reacción a diferentes concentraciones de catalizador.

b. Seleccionar la técnica analítica adecuada para seguir el avance de la reacción.

c. Determinar el orden de reacción respecto al sustrato y al catalizador.

•Problema

Determinar la ecuación de rapidez de reacción para una reacción catalítica.

•Cuestionario Previo

1. ¿Qué factores determinan la rapidez de una reacción?

La velocidad de una reacción es afectada por varios factores:

Naturaleza de los reactantes, Su concentración, La temperatura, El medio en el cual se lleva a cabo la reacción, Fuerza iónica, pH Presencia de catalizadores. Características estructurales: a) El ángulo, la longitud y la energía de los enlaces involucrados en el proceso de reacción, b) El número de enlaces que se rompen durante la reacción

2. ¿Cómo se puede medir el avance de una reacción?

La extensión en la cual ha progresado una reacción se conoce como grado de avance de la reacción, E, para reacciones a volumen constante puede definirse como:

E=C i (t )−C i

o

r i

En esta expresión C i ( t ) es la concentración del componente i que hay en el tiempo t, C io es la

concentración inicial y ri es el coeficiente estequiométrico con su sgno, positivo para productos y

negativo para reactivos. El grado de avance es independiente de la especie que se mida, por ello la velocidad de reacción se puede definir como la variación del grado de avance con el tiempo.

Las velocidades respecto a los reactivos son negativas puesto que la concentración de estas sustancias disminuye con el tiempo (están consumiéndose), mientras que la de los productos son positivas puesto que están formándose.

3. Explique qué es catálisis, catalizador, inhibición e inhibidor de una reacción.

a) Catálisis: Proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada catalizador.

b) Catalizador: Un catalizador es una sustancia química, simple o compuesta, que modifica la velocidad de una reacción química, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma.

c) Inhibición: Proceso por el cual se retarda o detiene la velocidad de una reacción química, debido a la participación de una sustancia llamada inhibidor.

d) Inhibidor: Es una sustancia química que modifica la velocidad de una reacción química, ya sea retardando o deteniendo dicha velocidad.

4. Explique qué diferencia hay entre una catálisis homogénea y una heterogénea.

Se llama catálisis homogénea cuando el catalizador y el sistema reactivo forman un sistema homogéneo con una sola fase, como se ha observado en algunas reacciones en fase gas y en disolución, entre las que se destaca la llamada catálisis ácido-base. Este tipo de catálisis suele ser poco específica y de orden 1 respecto del catalizador. Se llama catálisis heterogénea cuando el catalizador forma una fase distinta al sistema reactivo, como ocurre con los catalizadores sólidos, que incrementan la velocidad de reacciones en fase gas o, a veces, en disolución. Este tipo de catálisis es más específica y la velocidad de las reacciones es función de la superficie y no de la masa del catalizador.

5. Si en una reacción se desprenden gases, explique cómo se determina el avance de la reacción.

Midiendo las presiones parciales de las mezclas gaseosas mientras va avanzando la reacción. La presión parcial de cada componente aumentará puesto que hay mayor cantidad de productos.

El cambio de la concentración puede determinarse por el cambio de presión obtenido por medio de un manómetro sujeto al recipiente en que se efectúa la reacción utilizando las presiones parciales de los gases, con la ecuación de gas ideal, en donde la concentración está en función de la presión, a una temperatura constante.

6. Investiga las propiedades químicas del peróxido de hidrógeno, del dicromato de potasio y de la enzima catalasa.

*Peróxido de Hidrógeno

Otros nombres Agua oxigenada Fórmula semidesarrollada H2O2

>Propiedades físicas y químicas

Estado de agregación: Líquido Apariencia: Incolora

Olor: Ligero olor Gravedad específica (agua = 1): 1.2 a 20 °C Densidad: 1400 kg/m3; 1,4 g/cm3

Masa molar: 34,0147 g/mol Punto de fusión: -11 °C Punto de ebullición: 141 °C Viscosidad (cp): 1,245 a 20 °C Presión de vapor: 18.3mmHg a 30 °C pH: 5.1 Solubilidad: Soluble en agua y alcohol Momento dipolar: 2,26 D

*Dicromato de Potasio

Nombre (IUPAC) sistemático: Heptaoxodicromato (VI) de potasio Fórmula semidesarrollada: K2Cr2O7

>Propiedades físicas y químicas

Estado de agregación: Sólido Apariencia: Anaranjado intenso Masa molar: 294,18 g/mol Punto de fusión: 398 °C Punto de ebullición: 500 °C Calos de fusión: 29.8 cal/g Calor de disolución: -62.5 cal/g Densidad (a 25 °C respecto al agua a 4 °C): 2.676 Solubilidad en agua: 130 g/L a 20 °C en agua

*Enzima catalasa

La catalasa es una enzima antioxidante presente en la mayoría de los organismos aerobios. Cataliza la dismutación del peróxido de hidrógeno (H2O2) en agua y oxígeno. La mayoría de estas enzimas son homotetrámeros con un grupo hemo en cada subunidad. Se ha determinado la estructura cristalográfica de nueve catalasas. Algunas catalasas tienen subunidades pequeñas (masa molecular ≈ 60 kDa) y otras grandes (masa molecular > 80 kDa). Entre estos dos tipos de catalasas existen diferencias estructurales importantes. Las catalasas pequeñas son menos resistentes a la desnaturalización, unen NADPH, tienen hemo b y se inhiben e inactivan por sustrato. En cambio, las catalasas grandes tienen un dominio extra en el C-terminal que es semejante a la flavodoxina, son muy resistentes a la desnaturalización, tienen hemo d, presentan enlaces covalentes inusuales cercanos al sitio activo y son resistentes a concentraciones molares de H2O2.

7. ¿Cuál es la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno que se lleva a cabo por el catalizador?

¿ Reacci ón lenta¿¿

¿ Reacci ón r á pida (en presencia del catalizador ) H 2O2 (l)K 2Cr2O7→

H 2O( l)+12

O2(g )

8. ¿Cuál es la ecuación de rapidez de descomposición del peróxido de hidrógeno?

a) en ausencia de catalizador: r=k [ H2O2 ]

b) en presencia de catalizador: r=k [ K2Cr2O7 ] [ H 2 O2 ]n

•Propuesta de Diseño Experimental

En esta práctica se observara el comportamiento de la reacción de descomposición de peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador, en este caso el dicromato de potasio. Para tal fin se medirán los volúmenes de oxígeno producidos en la reacción:

1. Colocar en la probeta de 60cm la bureta graduada sin punta y se llena de agua hasta la graduación de la probeta.

2. Conectar la probeta a un matraz Kitasato con una manguera.3. Colocar 5ml de H2O2 1.5% en el Kitasato. 4. Tapar el matraz con un tapón de hule e introducir una aguja con la solución de

permanganato de potasio 0.01M.5. Medir al volumen producido de oxígeno al agregar 0.5ml de catalizador.6. De forma análoga, medir el volumen producido al agregar 0.7, 1.0, 1.2, y 1.5 ml de

catalizador.7. Determinar orden de reacción.

•Material, equipo y reactivos empleados

Peróxido de hidrógeno al 1.5% Agua destilada

-Catalizadores:

KI 0.1 M, 0.2 M K2Cr2O7 0.01 M Jugo de papa recién extraído Jugo de zanahoria recién extraído

-Gasómetro formado por:

1 tubo graduado (bureta sin punta) de 50 mL Probeta de vidrio sin graduación (h = 60cm) 1 soporte universal 2 pinzas de tres dedos con nuez “T” de vidrio o plástico

Tubo látex para conexiones

-Otros materiales

1 Agitador magnético con barra Placa de material aislante (unicel 15x15 cm2)1 pipeta graduada de 10 mL 1 jeringa de plástico graduada con aguja de 5 mL

•Toxicidad de los reactivos empleados y hojas de seguridad

*Peróxido de Hidrógeno (H2O2)

-Inhalación: Sensación de ardor en la garganta, tos. Posible paro respiratorio y edema pulmonar. Se debe trasladar al aire fresco. Si no respira administrar respiración artificial (evitar el método boca a boca). Si respira con dificultad suministrar oxígeno. Mantener la víctima abrigada y en reposo. Buscar atención médica inmediatamente.

-Ingestión: Corrosivo. Ardor en la garganta, dolor en el pecho, vómito, hemorragias. La formación espontánea de oxígeno en el esófago o estómago puede ocasionar heridas. Se debe lavar la boca con agua. Si está consciente, suministrar abundante agua. No inducir el vómito, si éste se presenta inclinar la víctima hacia adelante. Buscar atención médica inmediatamente. Si está inconsciente no dar a beber nada.

-Piel: Corrosivo a concentraciones mayores del 10%. Blanqueamiento de la piel y picazón. Se debe retirar la ropa y calzado contaminados. Lavar la zona afectada con abundante agua y jabón, mínimo durante 15 minutos. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica.

-Ojos: Corrosivo. Enrojecimiento, dolor, visión borrosa. Puede causar daños irreparables de la retina y eventualmente ceguera. Efectos retardados hasta 1 semana después. Se debe lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos. Levantar y separar los párpados para asegurar la remoción del químico. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica.

-Efectos Crónicos: La exposición prolongada o repetida produce asma ocupacional.

*Yoduro de potasio (KI)

-Ingestión accidental: La ingestión puede provocar irritación gastrointestinal. Se debe dar a beber inmediatamente agua o leche. Nunca de nada a una persona inconsciente. Induzca el vomito sin administrar vomitivos. Solicitar asistencia médica de inmediato.

-Contacto con los ojos: El contacto en los ojos puede provocar irritación y ardor. Se debe lavar suavemente con agua corriente durante 15 min abriendo ocasionalmente los párpados. Solicitar atención medica de inmediato.

-Contacto con la piel: Produce irritación y enrojecimiento. Se debe lavar con agua corriente durante 15 min. Al mismo tiempo quitarse la ropa contaminada y calzado. Solicite atención médica.

-Absorción: Se absorbe por piel. Se debe solicitar atención médica de inmediato.

-Inhalación: Causa irritación de las membranas mucosas (tractorespiratorias). Se debe trasladar a un lugar con ventilación adecuada, Si respira con dificultad suministrar oxigeno. Solicite atención médica de inmediato.

*Dicromato de potasio (K2Cr2O7)

-Inhalación: Inicialmente, provoca ulceración de la nariz, después espasmos, inflamación y edema de laringe y bronquios, generando neumonitis química y edema pulmonar lo que, finalmente, provoca la muerte. Se debe trasladar a la víctima a un área bien ventilada. Si no respira, proporcionar respiración artificial y si lo hace con dificultad, dar oxígeno.

-Contacto con ojos: Causa quemaduras serias. Se deben lavar inmediatamente con agua en abundancia, asegurándose de abrir perfectamente los párpados.

-Contacto con la piel: Un uso constante de este producto sin la debida protección, causa irritación, inflamación, ulceraciones y, finalmente, dermatitis. Se ha informado que el contacto de la piel con concentraciones grandes de cromatos provoca trastornos en los riñones, sin que se hayan encontrado casos de cáncer. Se debe lavar con agua en abundancia y, si es necesario, eliminar la ropa contaminada. Tratar como quemaduras producidas por ácidos. Las lesiones externas pueden neutralizarse con una disolución al 2 % de tiosulfato de sodio, después de lavar con agua.

-Ingestión: Los efectos de una intoxicación aguda son: decoloración dental, náusea, vómito, diarrea y choque cardiovascular debido a pérdida de sangre por el tracto gastrointestinal. Se debe lavar la boca con agua. Dar a la víctima a beber agua o leche y no inducir el vómito.

*Agua destilada

El agua destilada es aquella cuya composición se basa en la unidad de moléculas de H2O. Es aquella a la que se le han eliminado las impurezas e iones mediante destilación. La destilación es un método en desuso para la producción de agua pura a nivel industrial. Esta consiste en separar los componentes líquidos de una mezcla.

•Bibliografía

Raymond Chang, Química. Novena Edición, 2007 McGraw Hill Interamericana, México. Castellán G. W., Fisicoquímica, Addison Wesley Longman, 2ª Edición, 1987 http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Intranet/Download/Hojas_Seguridad/Espanol/7722-

84-1.pdf http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/14dicromatok.pdf http://www.uacj.mx/ICB/RedCIB/REB/2003/06/2003-2_LA%20ESTRUC_.pdf http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/14dicromatok.pdf http://transmerquim.com/images/productos/y/YODURO%20DE%20POTASIO.pdf