INSTITUTO POLITCNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGA

LABORATORIO DE FISICOQUMICA

Prctica 7: Relojes Qumicos

Cartas Caballero ErickCuca Delgado IzkanderFlores Flores AlejandraMartnez Rodrguez Daniela Hayde

Equipo 3

Grupo 3AM1

ProfesoresEmma Bolaos ValeriaMinerva Jurez Jurez

Mxico D.F., a 29 de junio del 2015

Tabla de contenido2Nombre y Nmero de la prctica33Objetivos34Introduccin35Resultados55.1Tabla 1, Volmenes de reactivos, manteniendo la concentracin de bisulfito constante.55.2Tabla 2; Volmenes de reactivos, manteniendo la concentracin de formaldehido constante56Tratamiento de datos66.1Grfica de la tabla 1 comportamiento de ln de la concentracin de formaldehdo contra el ln (1/t)66.2Grfica de la tabla 2; Comportamiento de ln de la concentracin de bisulfito contra el ln (1/t)67Memoria de clculo78Anlisis de resultados99Conclusiones1010Relacin de la prctica con la carrera1111Bibliografa11

Nombre y Nmero de la prcticaPrctica 9: Relojes QumicosObjetivos Definir cintica qumica. Conocer las reacciones reloj. Evaluar la influencia de la concentracin de un reactivo y temperatura en la velocidad de una reaccin qumica, mediante la determinacin del orden de reaccin respecto al reactivo limitante.IntroduccinUna reaccin reloj es una reaccin qumica en la que un cambio de color sbito marca el final de la transformacin de los reactivos en productos. El tiempo que transcurre hasta el final de la reaccin depende de la concentracin de las especies qumicas implicadas en la misma.Este tipo de reacciones son muy utilizadas en el estudio de la cintica de las reacciones qumicas, es decir, para conocer a qu velocidad tiene lugar una transformacin qumica. Uno de los factores que afecta a esta velocidad es la concentracin de los reactivos. Para una reaccin del tipo:A+BProductosLa expresin matemtica que recoge esta dependencia es:V=k[A]a [B]bDnde: V es la velocidad de reaccin k es la constante de velocidad, [A] y [B] son las concentraciones de los reactivos. El exponente a se llama orden de la reaccin con respecto a A y el exponente b, orden de la reaccin con respecto a B. La suma a +b se conoce como orden total de la reaccin. Estos exponentes se determinan experimentalmente.Catalizadores: son aquellas sustancias que aumentan la velocidad de reaccin qumica. Los inhibidores tienen un efecto contrario.Ecuacin cintica: expresa la velocidad de una reaccin qumica sobre la base de la concentracin de las sustancias actuantes. Orden parcial y orden total de una reaccin: en la ecuacin cintica anterior, x representa el orden parcial respecto a la sustancia A e y representa el orden parcial respecto de la sustancia B. La suma de los rdenes parciales da el orden de una reaccin u orden total de la reaccin. En el ejemplo citado, si x + y = z, z ser el orden total de dicha reaccin qumica. Debe aclararse que x e y pueden ser o no nmeros enteros o pueden tambin tomar el valor cero.Molecularidad de una reaccin neta y su relacin con el orden total: en algunas reacciones, la transformacin qumica ocurre en un solo paso; dos molculas reaccionantes chocan y producen los productos de la reaccin, por ejemplo:NO (g) + O3 (g) NO2 (g) + O2 (g)En la mayora, el camino no es tan simple; por ejemplo en la reaccin:H2O2 + 2 Br-- + 2 H+ Br2 + 2 H2OLa probabilidad de que cinco especies qumicas choquen al mismo tiempo es muy pequea; en realidad ocurre lo siguiente:1) H2O2 + Br- + H+ HBrO + H2O2) HBrO + Br- + H+ Br2 + H2OO sea que existen dos procesos; cada uno implica la colisin de tres partculas. Cada uno de esos procesos se denomina proceso elemental y al conjunto de todos ellos se los denomina mecanismo de la reaccin y se determinan experimentalmente.Los procesos elementales se clasifican segn el nmero de molculas intervinientes o molecularidad y el orden de una reaccin, los cuales no tienen por qu ser iguales.Etapa control o paso determinante de un mecanismo adoptado: si en un mecanismo adoptado, uno de los procesos elementales es mucho ms lento que todos los otros, la velocidad resultante ser exactamente igual a la velocidad de ese proceso elemental lento; por lo tanto se denomina etapa control o paso determinante al ms lento de todos los procesos elementales. As en el ejemplo anterior el proceso elemental 1) es el ms lento y por lo tanto la velocidad de la reaccin ser:v = k [H2O2] [Br -] [H+]Es decir, es un proceso elemental de molecualaridad tres.En la ecuacin cintica anterior figura la constante k, la constante especfica de reaccin; su valor numrico es caracterstico de cada ecuacin cintica y dentro de una misma reaccin qumica slo vara con la temperatura, a travs de la ecuacin de Arrhenius:k = A e -Ea/RTDnde:A es una constante que depende de la reaccin qumica considerada,Ea es la energa de activacin (generalmente se mide en kJ/mol), R = 8,31 J/ K molT es la temperatura en Kelvin.ResultadosTabla 1, Volmenes de reactivos, manteniendo la concentracin de bisulfito constante.No. De tuboSolucin 1 / 0,3469 MAguaSolucin 2 / 1,4392 MTiempo (s)xy

Volumen (mL)M(mol/L)Volumen (mL)Volumen (mL)M(mol/L)1/tln Cln(1/t)

12.50.086770.650.093541.360.7352-2.3693-0.3076

22.50.08676.80.750.10791.150.8695-2.2265-0.1398

32.50.08676.510.14390.492.0408-1.93860.7133

42.50.086761.50.21580.362.7777-1.53341.0216

52.50.08675.520.28780.137.6923-1.24542.0402

62.50.086752.50.35980.0812.5-1.02222.5257

r= 0.9862

m=2.0714

b=4.5437

Tabla 2; Volmenes de reactivos, manteniendo la concentracin de formaldehido constanteNo. De tuboSolucin 1 / 0,3469 MAguaSolucin 2 / 1,4392 MTiempo (s)xy

Volumen (mL)M(mol/L)Volumen (mL)Volumen (mL)M (mol/L)1/tln Cln(1/t)

70.50.01738.251.250.17990.0616.6666-4.0572.8134

80.750.02681.250.17990.11918.3963-3.64962.1277

91.250.04337.51.250.17990.156.6666-3.13961.8971

102.50.08676.251.250.17991.470.6802-2.4453-0.3853

113.750.1351.250.17992.360.4237-2.0402-0.8587

1250.17343.751.250.1799___

135.50.19043.251.250.1799___

r=0.9734

m=-1.9118

b=-4.7436

Tratamiento de datosGrfica de la tabla 1 comportamiento de ln de la concentracin de formaldehdo contra el ln (1/t)

Grfica de la tabla 2; Comportamiento de ln de la concentracin de bisulfito contra el ln (1/t)

Memoria de clculoPara calcular las concentraciones se utiliza la frmula de:

Ejemplo de la tabla 1 Este valor permanece constante ya que el volumen de Bisulfito es el mismo para todos los tubos Ejemplo para tubo 1 de la tabla 1 donde vara la cantidad de volumen de formaldehdo

Para calcular la constante de velocidad se tiene:

Donde: t= tiempo promedio de los datos ms parecidos en este caso se utilizaron los anteriormente que se marcaron de color rojo en las tablas de resultados, que son: (0.15+0.13/2)=0.14= logaritmo natural de la inversa del tiempo promedio= = son los rdenes de reaccin, que se obtienen a partir de las pendientes de las regresiones lineales, siendo estas 2.0714 y - 1.9118 Es la concentracin de formaldehdo correspondiente con el tiempo utilizado de 0.13s Es la concentracin de bisulfito correspondiente con el tiempo utilizado de 0.15s

Como no existe los rdenes de reaccin negativos se reacomoda matemticamente la ecuacin de la constante de velocidad, quedando de la siguiente forma:

Sustituyendo en la ecuacin

De acuerdo al despeje anterior, que se mencion que no existen los rdenes de reaccin negativos, la ecuacin de velocidad de reaccin tambin se reacomoda matemticamente de la siguiente manera:

Donde:

Es la concentracin de formaldehdo elevado al orden de reaccin.

Es la concentracin de bisulfito elevado al orden de reaccin.

Sustituyendo en la ecuacin

Anlisis de resultadosDe acuerdo a la ecuacin anterior donde se calcul la velocidad de reaccin

La ecuacin nos dice que la velocidad de reaccin es directamente proporcional a la concentracin de formaldehdo e inversamente proporcional a la concentracin de bisulfito que se puede ver en comportamiento de las grficas anteriores. Un aspecto importante es la influencia de la temperatura en la reaccin ya que al elevar la temperatura, la velocidad de cualquier reaccin aumentara casi en forma proporcional, ya sea una reaccin exotrmica como si es endotrmica, y esto se debe a que al aumentar la temperatura hay un aumento de energa que entra al sistema por las colisiones de las partculas. Por lo que la constante K crece de forma exponencial con la temperatura.El orden global de la reaccin est definido por la reaccin V=K[Ca]a[Cb]b de esta ecuacin los exponentes a y b son los llamados ordenes parciales de la reaccin que deben determinarse empricamente, es decir, no tienen ninguna reaccin con los coeficientes estequiomtricos a y b generalmente los rdenes parciales de reaccin son prximos a nmeros enteros. La suma de los rdenes parciales a+b es al que se le denomina orden global de la reaccin.Al analizar y explicar las unidades de K segn los rdenes de reaccin de 0, 1 y 2, obtenemos que Las velocidades se expresan en unidades de concentracin/tiempo (por ejemplo, Ms-1, Mmin-1, nMs-1, etc.). Estas unidades de la constante de velocidad contienen siempre la inversa de un tiempo (seg-1, min-1, etc.) y dependiendo de la reaccin, pueden incluir tambin la inversa de una o ms concentraciones. Por ejemplo, si a la derecha de la ecuacin de velocidad est k[A][B], entonces, la constante de velocidad deber tener como unidades M-1tiempo-1, de modo que las unidades de la expresin global sean Mtiempo-1.Este tipo de cinticas es comnmente utilizado, sin embargo algunas de las limitantes tiene el mtodo de velocidades iniciales, es que se basa en la determinacin de ri, en momentos en los que prcticamente no existen productos, por ejemplo al inicio de la reaccin. Experimentalmente, esto se hace variando la concentracin inicial de reactivo(s) en cada corrida y en la determinacin de la velocidad para cada corrida, despus de esto se obtienen los valores de k y de los exponentes de la expresin cintica, manipulando la ecuacin correspondiente y haciendo los ajustes lineales correspondientes a cada reaccin.Una de la partes que son importantes en la experimentacin de la prctica es la utilizacin de indicadores como la Fenolftalena indicador el cual verifica un vire de incoloro con un pH menor o igual a 8.2 y cambia a color rosa con un pH mayor a 8.2, el cual se utiliza para ver cundo termina la reaccin del Bisulfito con el Formaldehdo, donde la reaccin da un producto ms bsico del pH inicial de la reaccin, esto se debe a que la concentracin de iones hidronio disminuye y el intercambio se neutraliza con los protones del agua.Existen otros mtodos para determinar el orden y la constante de velocidad de una reaccin qumica uno de estos es el mtodo de rapidez inicial (Mtodo inicial de Vant Hoff). El cual conste en hacer una serie de experimentos donde la concentracin inicial del reactivo se vara y se observa como varia la rapidez de la reaccin. Existe tambin Mtodo grafico de rapidez integrada. En l, se usa el clculo integral de las leyes de rapidez la cual tiene una ecuacin especfica dependiendo del orden de la reaccin para reacciones del tipo:a) Orden cerob) Orden unoc) Orden dosOtro de ellos es el Mtodo de aislacin. Para dos o ms reactivos, donde uno de los reactivos se vara sistemticamente manteniendo la concentracin de los otros reactivos constantes y observando cmo es que vara la rapidez de reaccin. Y finalmente mencionaremos el Mtodo de tiempo de vida media. Se define como el tiempo que le toma a una especie en una reaccin alcanzar la mitad de su concentracin.Sin embargo los mtodos mencionados tiene algunas desventajas de los por ejemplo, en el mtodo grafico de rapidez integrada se utiliza diferentes ecuaciones dependiendo del tipo de orden de reaccin. Se debe tener cuidado en mantener las concentraciones adecuadas para cada experimento. As como si la reaccin es muy lente debemos esperar a que se d la reaccin.ConclusionesLas reacciones reloj es una reaccin qumica en la que un cambio de color donde se marca el final de la transformacin de los reactivos en productos. Donde el tiempo que transcurre hasta el final de la reaccin depende de la concentracin de las especies qumicas implicadas en la misma, a su vez uno de los factores que afecta a esta velocidad es la concentracin de los reactivos. Este tipo de reacciones son muy utilizadas en el estudio de la cintica de las reacciones qumicas, es decir, para conocer a qu velocidad tiene lugar una transformacin qumica. Cuando la concentracin del formaldehdo aumenta se puede observar que la velocidad va disminuyendo y cuando se va aumentando la concentracin de bisulfito va incrementndose la velocidad de reaccin. Existien otros factores que pueden afectar la velocidad de reaccin como son la temperatura ambiente y presin en que se realiza la experimentacin ya que estos les da parte de idealidad a las reacciones, sin embargo para fines prcticos estos se despreciaron. Es importante mencionar que el mtodo empleado en el laboratorio no es muy preciso, debido a que en la toma de tiempos puede haber un margen de error y esto se observa tambin que en los resultados de tiempo no fueron tan precisos como se deseara obtener. Relacin de la prctica con la carreraEl modelo en que las aguas naturales adquieren su composicin est controlado por principios termodinmicos del equilibrio qumico y de la cintica. Al cabo de tiempo, en su trayectoria subterrnea, el control lo ejerce en la cintica qumica. En muchas ocasiones se ven relacionados con la calidad de las aguas naturales, no se considera el papel que juega el factor tiempo en el proceso de disolucin de los minerales, limitndose solo a estudiar dicha calidad en condiciones de equilibrio.Sin embargo, el tiempo de reaccin junto a la temperatura y el contenido de CO2, son los tres principales elementos que determinan el proceso de adquisicin de la composicin qumica a travs de las distintas fases presentes: gas, lquido y slido. En las condiciones naturales, en un momento dado, el contenido de CO2 libre, y de CO2 combinado es el resultado de la accin del tiempo, as como las condiciones geolgicas.En el caso de los carbonatos la disolucin, en presencia de CO2 tiene lugar en pocos minutos, no siendo as en el caso de los minerales del tipo aluminosilicatos, donde en condiciones normales, las reacciones alcanzan el equilibrio al cabo de semanas y aos.Bibliografa G.W Castellan., (1971) Fisicoqumica. Fondo Educativo Interamericano. Mxico, pp672. Smith N. (1991) Resolucin de problemas de qumica general; Revert. Barcelona, pp433 Bailey P.S. et al QUIMICA ORGNICA: CONCEPTOS Y APLICACIONES, Mxico (2006), Edit. Pretince Hall, pp62-63. Autor desconocido. Relojes qumicos. Consulta do el 06/Febrero/2015 en: http://fainweb.uncoma.edu.ar/materias/taller_integral/practicos/trabajo_practico_2.pdf9