Objetivo general

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

Objetivos particulares

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

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

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

Algoritmo de cálculo

Para calcular la concentración de catalizador se utilizó la formula siguiente:

C1V 1=C2V 2

Orden cero

∫¿¿

¿

[A ]=¿

Primer orden

∫¿¿

¿

ln [A ]¿¿ ¿

Segundo orden

∫¿¿

¿

1[A ]

− 1¿¿

Resultados

Orden cero: volumen de catalizador = 0.7 ml

vol al tiempo Tiempo (seg) Volumen (ml)0 0.00 350.5 0.75 34.51.0 2.38 341.5 3.37 33.52.0 3.75 33

2.5 4.12 32.53.0 5.05 323.5 5.45 31.54.0 5.70 314.5 6.67 30.55.0 7.03 305.5 7.37 29.56.0 7.63 296.5 8.55 28.57.0 8.72 287.5 8.93 27.58.0 9.15 278.5 10.08 26.59.0 10.32 269.5 10.60 25.510.0 10.83 2510.5 11.83 24.511.0 12.25 2411.5 12.58 23.512.0 13.63 2312.5 14.10 22.513.0 15.23 2213.5 15.60 21.514.0 16.70 2114.5 17.13 20.515.0 17.57 2015.5 18.73 19.516.0 19.02 1916.5 20.23 18.517.0 20.83 1817.5 22.43 17.518.0 23.72 1718.5 24.05 16.519.0 25.30 1619.5 25.83 15.520.0 27.00 1520.5 27.55 14.521.0 28.92 1421.5 29.22 13.522.0 30.58 1322.5 31.80 12.523.0 33.38 1223.5 34.05 11.5

24.0 35.50 1124.5 36.83 10.525.0 38.33 1025.5 38.57 9.526.0 39.17 926.5 40.53 8.527.0 42.03 827.5 42.58 7.528.0 43.88 728.5 45.08 6.529.0 45.67 629.5 47.42 5.530.0 48.67 530.5 49.10 4.531.0 50.35 431.5 52.43 3.5

Tiempo Ln(volumen)0.00 3.560.75 3.542.38 3.533.37 3.513.75 3.504.12 3.485.05 3.475.45 3.45

5.70 3.436.67 3.427.03 3.407.37 3.387.63 3.378.55 3.358.72 3.338.93 3.319.15 3.3010.08 3.2810.32 3.2610.60 3.2410.83 3.2211.83 3.2012.25 3.1812.58 3.1613.63 3.1414.10 3.1115.23 3.0915.60 3.0716.70 3.0417.13 3.0217.57 3.0018.73 2.9719.02 2.9420.23 2.9220.83 2.8922.43 2.8623.72 2.8324.05 2.8025.30 2.7725.83 2.7427.00 2.7127.55 2.6728.92 2.6429.22 2.6030.58 2.5631.80 2.5333.38 2.4834.05 2.4435.50 2.4036.83 2.3538.33 2.30

38.57 2.2539.17 2.2040.53 2.1442.03 2.0842.58 2.0143.88 1.9545.08 1.8745.67 1.7947.42 1.7048.67 1.6149.10 1.5050.35 1.3952.43 1.25

Tiempo 1/V0.00 0.02860.75 0.02902.38 0.02943.37 0.02993.75 0.03034.12 0.03085.05 0.03135.45 0.03175.70 0.03236.67 0.0328

7.03 0.03337.37 0.03397.63 0.03458.55 0.03518.72 0.03578.93 0.03649.15 0.037010.08 0.037710.32 0.038510.60 0.039210.83 0.040011.83 0.040812.25 0.041712.58 0.042613.63 0.043514.10 0.044415.23 0.045515.60 0.046516.70 0.047617.13 0.048817.57 0.050018.73 0.051319.02 0.052620.23 0.054120.83 0.055622.43 0.057123.72 0.058824.05 0.060625.30 0.062525.83 0.064527.00 0.066727.55 0.069028.92 0.071429.22 0.074130.58 0.076931.80 0.080033.38 0.083334.05 0.087035.50 0.090936.83 0.095238.33 0.100038.57 0.105339.17 0.1111

40.53 0.117642.03 0.125042.58 0.133343.88 0.142945.08 0.153845.67 0.166747.42 0.181848.67 0.200049.10 0.222250.35 0.250052.43 0.2857

Orden cero: Volumen de catalizador = 1.4 ml

vol al tiempo Tiempo (min) Volumen Total0 0.00 350.5 0.17 34.51 0.27 341.5 0.53 33.52 1.75 332.5 2.03 32.53 2.23 323.5 2.48 31.54 2.67 314.5 3.50 30.5

5 3.67 305.5 3.88 29.56 4.05 296.5 5.10 28.57 5.40 287.5 5.63 27.58 5.83 278.5 6.70 26.59 6.88 269.5 7.12 25.510 7.47 2510.5 8.40 24.511 8.58 2411.5 8.78 23.512 8.95 2312.5 9.13 22.513 10.08 2213.5 10.35 21.514 10.78 2114.5 11.72 20.515 12.12 2015.5 12.30 19.516 12.60 1916.5 13.63 18.517 14.02 1817.5 15.15 17.518 15.70 1718.5 16.68 16.519 16.95 1619.5 17.27 15.520 17.58 1520.5 18.80 14.521 19.10 1421.5 20.00 13.522 20.25 1322.5 20.63 12.523 21.80 1223.5 22.25 11.524 22.57 1124.5 23.78 10.525 24.05 1025.5 25.25 9.526 25.57 9

Tiempo (min) Ln(volumen)0.00 3.560.17 3.540.27 3.530.53 3.511.75 3.502.03 3.482.23 3.472.48 3.452.67 3.433.50 3.423.67 3.403.88 3.384.05 3.37

5.10 3.355.40 3.335.63 3.315.83 3.306.70 3.286.88 3.267.12 3.247.47 3.228.40 3.208.58 3.188.78 3.168.95 3.149.13 3.1110.08 3.0910.35 3.0710.78 3.0411.72 3.0212.12 3.0012.30 2.9712.60 2.9413.63 2.9214.02 2.8915.15 2.8615.70 2.8316.68 2.8016.95 2.7717.27 2.7417.58 2.7118.80 2.6719.10 2.6420.00 2.6020.25 2.5620.63 2.5321.80 2.4822.25 2.4422.57 2.4023.78 2.3524.05 2.3025.25 2.2525.57 2.20

Tiempo (min) 1/V0.00 0.0290.17 0.0290.27 0.0290.53 0.0301.75 0.0302.03 0.0312.23 0.0312.48 0.0322.67 0.0323.50 0.0333.67 0.0333.88 0.0344.05 0.0345.10 0.035

5.40 0.0365.63 0.0365.83 0.0376.70 0.0386.88 0.0387.12 0.0397.47 0.0408.40 0.0418.58 0.0428.78 0.0438.95 0.0439.13 0.04410.08 0.04510.35 0.04710.78 0.04811.72 0.04912.12 0.05012.30 0.05112.60 0.05313.63 0.05414.02 0.05615.15 0.05715.70 0.05916.68 0.06116.95 0.06317.27 0.06517.58 0.06718.80 0.06919.10 0.07120.00 0.07420.25 0.07720.63 0.08021.80 0.08322.25 0.08722.57 0.09123.78 0.09524.05 0.10025.25 0.10525.57 0.111

Orden cero: volumen de catalizador = 2.1 ml

vol al tiempo Tiempo (min) Volumen (ml)0.00 0.00 350.5 0.08 34.51 0.35 341.5 0.52 33.52 0.73 332.5 1.67 32.53 1.78 323.5 2.15 31.54 2.43 314.5 2.53 30.55 3.4 305.5 3.67 29.5

6 3.83 296.5 3.97 28.57 4.28 287.5 5.10 27.58 5.37 278.5 5.52 26.59 5.82 269.5 5.95 25.510 6.83 2510.5 7.00 24.511 7.13 2411.5 7.37 23.512 7.53 2312.5 8.42 22.513 8.67 2213.5 8.77 21.514 9.05 2114.5 9.20 20.515 10.08 2015.5 10.28 19.516 10.47 1916.5 10.60 18.517 10.73 1817.5 10.85 17.518 11.80 1718.5 11.97 16.519 12.22 1619.5 12.43 15.520 12.52 1520.5 13.47 14.521 13.70 1421.5 14.02 13.522 14.17 1322.5 15.05 12.523 15.23 1223.5 15.38 11.524 15.97 1124.5 17.12 10.525 17.42 10

Tiempo (min) Ln (vol)0.00 3.560.08 3.540.35 3.530.52 3.510.73 3.501.67 3.481.78 3.472.15 3.452.43 3.432.53 3.423.40 3.403.67 3.38

3.83 3.373.97 3.354.28 3.335.10 3.315.37 3.305.52 3.285.82 3.265.95 3.246.83 3.227.00 3.207.13 3.187.37 3.167.53 3.148.42 3.118.67 3.098.77 3.079.05 3.049.20 3.0210.08 3.0010.28 2.9710.47 2.9410.60 2.9210.73 2.8910.85 2.8611.80 2.8311.97 2.8012.22 2.7712.43 2.7412.52 2.7113.47 2.6713.70 2.6414.02 2.6014.17 2.5615.05 2.5315.23 2.4815.38 2.4415.97 2.4017.12 2.3517.42 2.30

Tiempo (min) 1/V0.00 0.0290.08 0.0290.35 0.0290.52 0.0300.73 0.0301.67 0.0311.78 0.0312.15 0.0322.43 0.0322.53 0.0333.40 0.0333.67 0.034

3.83 0.0343.97 0.0354.28 0.0365.10 0.0365.37 0.0375.52 0.0385.82 0.0385.95 0.0396.83 0.0407.00 0.0417.13 0.0427.37 0.0437.53 0.0438.42 0.0448.67 0.0458.77 0.0479.05 0.0489.20 0.04910.08 0.05010.28 0.05110.47 0.05310.60 0.05410.73 0.05610.85 0.05711.80 0.05911.97 0.06112.22 0.06312.43 0.06512.52 0.06713.47 0.06913.70 0.07114.02 0.07414.17 0.07715.05 0.08015.23 0.08315.38 0.08715.97 0.09117.12 0.09517.42 0.100

[Cat] Kp0.00123 0.96080.00219 0.95030.00296 0.9312

Análisis de resultados

1. ¿Del conjunto de gráficas para cada volumen de catalizador utilizado, cuál de ellas se aproxima más a una recta y cuál es su coeficiente de correlación?La gráfica de Ln(Vmax-Vt), teniendo como valor de correlación 0.9969

2. ¿Cuál es el orden de la reacción?Es de orden 1.

3. ¿Cuál es la constante aparente kap de rapidez de la reacción para cada volumen de catalizador?

4. ¿Cuáles son las unidades de la constante de rapidez aparente?L

mol seg5. ¿Qué forma tiene la gráfica de Ln k vs. Ln [Cat]?, ¿Qué significado tiene la

pendiente de ésta gráfica? ¿Qué significado tiene la ordenada al origen?Es una recta, donde la pendiente es el valor de Kc de la reacción llevada a cabo.

Conclusión

La rapidez de una reacción no solo depende de la presión, temperatura y la concentración de los reactivos, también depende de la presencia y concentración de un catalizador que es

una sustancia química que afecta la velocidad de la reacción sin reaccionar, es decir, el catalizador se puede recuperar al final de la reacción íntegramente, tal y como se ingresó en ella.

Se midieron los volúmenes de oxigeno producidos por la reacción con diferentes concentraciones de catalizador. Así mismo se elaboraron las gráficas correspondientes para encontrar el orden de la reacción. Se encontró que la reacción (sin catalizador) se ajusta a la gráfica ln[A] vs. t, por lo que se concluye que es una reacción de orden uno.

Se observó el comportamiento de la velocidad de la reacción química a las distintas concentraciones de catalizador. Para estos experimentos los órdenes de reacción fueron de igual manera uno.

Se concluye que la presencia del catalizador (a cualquier concentración) en la reacción influye únicamente en la constante de rapidez, mas no en el orden de la reacción.

Se observa además que, con la presencia de un catalizador, la energía de activación disminuye, por lo que, una misma reacción se puede llevar a cabo a la misma velocidad con la presencia de catalizador a menor temperatura, que otra sin catalizador. En otras palabras, cuando se tiene un catalizador en una reacción química, hay que proporcionar menor energía al sistema para que esta se pueda llevar a cabo, como se observa en la imagen, la energía de activación disminuye.

Conclusiones:

Bibliografía

P. W. Atkins, J De Paula. Química Física. 89ed. Editorial Panamericana, 2008, pp. 179-183

Fisicoquímica, Ira N. Levine, Mc Graw Hill, 4a edición, 1996.