Velocidadad Del Hipoclorito de Sodio

DENSIDAD E INDICE DE REFRACCION DE

SISTEMAS BINARIOS LIQUIDOS A DIFERENTES

TEMPERATURAS

QUISPE BAUTISTA WILMER

Fisicoquímica

Ingº. PEREZ CHAUCA, Fernando

AYACHUCHO – PERÚ

2009

VELOCIDAD DE DESCOMPOSICION DEL HIPOCLORITO DE SODIO A DIFERENTES TEMPERATURAS.

I. OBJETIVOS:

a) Determinar el número de moles iniciales de NaClO presentes en la lejía.

b) Determinar el número de moles iniciales de O2(g) desprendido después de cada tiempo y el número de moles iniciales de NaClO que aun quedan sin reaccionar, por lo menos a dos temperaturas.

c) Calcular grafica y analíticamente la constante de velocidad para la reacción de primer orden a cada temperatura.

d) Determinar el tiempo de vida media (t (1/2)) del reactante a cada temperatura.

e) Calcular la energía de activación (Ea) de la reacción.

f) Formular la ecuación de dependencia de la constante de la velocidad de reacción con la temperatura.

II. EXTRACTO DE LA REVISION BIBLIOGRAFICA:

La cinética química es aquella rama de la fisicoquímica que estudia la velocidad de las reacciones y sus mecanismos. La velocidad de una reacción depende de la naturaleza de las sustancias, temperatura y concentración de los reactivos, un incremento de temperatura produce casi invariablemente un aumento de velocidad. De igual manera con excepción de algunas reacciones en las cuales no ejercen efecto la concentración, el aumento de la concentración inicial origina una aceleración en la velocidad. Esta no permanece constante durante el proceso de transformación, sino que es máxima al comienzo y decrece a medida que se consumen los reactivos. Además muchas reacciones se ven influidas por la presencia de sustancias con capacidad de acelerar o disminuir la velocidad y que se conocen como catalizadores y las reacciones afectadas se dice que son catalizadas. La velocidad de reacción puede medirse determinando la cantidad de sustancia reaccionante que desaparece o la del producto que se forma en la unidad de tiempo.

Los estudios cinéticos se llevan a cabo a temperaturas constantes. Se separa la mezcla de reacción de composición conocida y se termostatiza midiéndose la disminución de concentración de los reactivos y la aparición de productos en función del tiempo por un procedimiento adecuado a partir de los datos de concentración y tiempo se deduce el comportamiento del proceso.

La dependencia de la velocidad con la temperatura se obtiene al repetir el experimento a otras temperaturas. La forma más conveniente de seguir los cambios de concentración que tienen lugar en una reacción, es remover muestras en un sistema en distintos intervalos de tiempo, detener la reacción

usando alguna propiedad física que varía con el tiempo y desde la cual se puede deducir las concentraciones necesarias.

ORDEN DE REACCION: Por definición el orden de reacción es el exponente que afecta a la concentración de un reactante en la ley de velocidad. Por ejemplo, para una reacción donde x moles de A reaccionan con Y moles de B, se tiene la ecuación:

xA + yB PRODUCTOS (1)

Entonces la expresión para la velocidad de formación del producto esta dado por:

d [P]/dt = K1[A]a [B]b ………… (2)Donde: [ ] : concentración. K1 : es una constante denominada constante de velocidad, o constante

de velocidad especifica. a : orden de reacción con respecto al componente A. b : orden de reacción con respecto al componente B y a+b = n, es el orden total de la reacción.

El orden de reacción es una cantidad que se determina en forma experimental, puede tener valores enteros (0,1,2,,,,,,,,) o fraccionarios.

REACCION DE PRIMER ORDEN

Si consideramos la reacción:A Productos

La ecuación de velocidad esta dado por:

Vrx = -d[A]/dt = k1[A] ………………………… (3)

La expresión integrada tiene la forma:

ln[A]o / [A]= k1t …………………. (4)

Considerando que:

[A]= a que son la concentración inicial de A. x = es la cantidad de A que ha reaccionado al cabo de tiempo t. [A]= (a-x) –es lo que queda de A después del tiempo t.

Obtenemos las ecuaciones In [ a/ (a-x)]= k1t …………. (5)

-In(a-x)= k1t – lna In(a-x)= - k1t + lna

Si al construir las gráficas In[a/(a-x)] vs t y – ln(a-x) vs t. correspondiente a una determinada temperatura, se obtienen rectas, la reacción estudiada es de primer orden. Las pendientes de dichas rectas son iguales a K1, cuyas unidades son (tiempo). Si construimos la gráfica ln (a-x) vs t obtenemos una recta. K1. Es necesario precisar que al graficar la ecuación (5) la recta pasa necesariamente por el origen, La gráfica correspondiente a la ecuación (5) y la determinación de K1 se muestra en tablas.

k1= pendiente = m k1= -pendiente = -m k1= pendiente = m

t tt

ln a = b ln a = b

Figura Nº 1 Representación gráfica de:

(a)ln [a / (a-x) ] vs t, (b) ln (a-x) vs t y (c)-ln (a-x) vs t, y determinación de K1

Si en una misma figura se representa la velocidad de reacción correspondiente a diversas temperaturas, las pendientes de las rectas que corresponden serán mayores a medida que aumenta la temperatura.

Analíticamente se puede determinar que la reacción es de primer orden cuando al calcular los valores de K1 para cada tiempo:

K1= {ln [a /(a-x)]} /t ……………………(6)

Se obtienen valores constantes dentro de márgenes razonables. Este valor es semejante al valor de K1 obteniendo gráficamente.

TIEMPO DE VIDA MEDIA(T1/2) DEL RESTANTE.- Es el tiempo requerido para que la concentración de dicho reactante alcance un valor intermedio(50%) entre sus valores inicial y final.

Si reemplazamos las siguientes igualdades t= t1/2 y x = (a/2) en la ecuación (6) resulta finalmente t1/2 = (ln 2) /K1 = 0.690 /K1

ENERGIA DE ACTIVACIÓN:La velocidad de la mayoría de las reacciones es muy sensible a la temperatura, observándose experimentalmente que al aumentar ésta, aumenta la velocidad.

L a constante de velocidad K1 y la temperatura termodinámica (K1) se relacionan según la expresión de Arrhenius:

K = A e-Ea/RT …………. (8)

Donde: A – es el llamado factor de frecuencia o preexponencial, tiene las mimas unidades de K.Ea – es la energía de activación de la reacción.R – es la constante universal de los gases, igual a 1.9872cal/(mol K) u 8.314 J/(mol K) yT – La temperatura absoluta, expresada en K.

Además la ecuación (8) se puede escribir en forma logarítmica de la siguiente forma :

ln k1 = (Ea/R)(1/T) + lnA ………. ………. . (9)

La ecuación (9) nos permite obtener el valor de la energía de activación, representando en una gráfica los valores ln K1 frente a 1 /T , a partir de la pendiente (m) de la recta obtenida se calcula la energía de activación (Ea = mR).

En este experimento se usará lejía comercial de marca “Clorox” que contiene 5.25% en peso de hipoclorito de sodio (NaCIO). Este producto se emplea como desinfectante y desodorante en lecherías, cremerías. Abastecimientos de aguas negras y para propósitos caseros de limpieza. También se utiliza como blanqueador en lavanderías, es muy útil para el algodón lino, yute, rayón y pulpa de papel. El hipoclorito de sodio en su reacción de descomposición del hipoclorito de sodio, presente en la lejía “Clorox” es catalizada por una solución de nitrato de cobalto de acuerdo a la ecuación. Co(NO3)2(ac)

NaClO(ac) NaCl(ac)+ ½ O2(g)

Para determinar el númer o de moles iniciales de NaClO presentes en el clorox utilizado se determinara previamente la densidad del cloros a la misma temperatura al que se midió el volumen de cloros por picnometria, ya utilizado en la practica de viscosidad de líquidos. Luego se evaluara en número de moles de O2 desprendido después de cada tiempo t, para cada volumen leído en la bureta de gases (que utiliza agua como fluido manometrico) asumiendo el comportamiento de un gas ideal, empleando la ecuación.

no2 = (P/RT)Vo2 ……………………………. (11)

La presión corregida (P) que corresponde al O2 se determina con la ecuación (ii.9):

P = PB – PW [1-(%HR/100)]

Donde:PB – Presión barométrica local en el instante de la experiencia.PW – Presión de saturación del vapor de agua a la temperatura del agua en la bureta.%HR – Porcentaje de humedad relativa durante la experiencia.

Conociendo la temperatura T del O2 se determina el factor constante (P/RT) que multiplicado por cada volumen de O2 nos da directamente no2

Desprendidos después de cada tiempo t.Teniendo en cuenta la estequiometria de la ecuación (10) una mol de NaClO origina ½ mol de O2, ó

nRx NaClO = 2 nO2

nq NaClO = no NaClO - nRx NaClO

nq NaClO = no NaClO - 2no2

donde: no NaClO = a es numero iniciales de NaClOnRx NaClO = X es el numero de moles de NaClO que reaccionan al cabno de cada tiempo t.nq NaClO = (no NaClO - 2no2) = (a-x), es el numero de moles de NaClO que quedan sin reaccionar después de cada tiempo t.

Teniendo en cuenta la ecuación (5) y las igualdades anteriores se procede a reemplazar valores, construir las graficas y determinar k1, t1/2, Ea y a formular la ecuación de Arrhenius partiendo de:

ln [no NaClO no NaClO - 2no2)] = k1t …………………… (14)

III. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS:

Materiales: 1 picnómetro 1 crenómetro al 0, 01 s 1 fiola de 50mL 1 espátula 1 varilla de vidrio 1 balón de 5mL de vidrio con cuello en “Y”

Equipos 1 balanza analítica digital 2 termostatosReactivos Hipoclorito de sodio NaClO (lejía comercial marca “cloros” contenido neto 5.25%). Solución de nitrato de cobalto, Co(NO3)2,aproximadamente 0.1M Agua Destilada

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

a) Determinar la densidad de la lejía clorox a la temperatura de la misma, por el método del picnómetro.

b) Instalar el equipo gasométrico preparado para este experimento de acuerdo a la figura nº2. Se llena la cantidad necesaria de agua y luego se prueba su hermeticidad del sistema, cerrando la llave G y manteniendo abierta la llave J. para verificar la hermeticidad del sistema, inicialmente se nivela la pera al valor cero de la bureta, se cierra la llave G , luego se eleva a su posición mas alta y se mantiene unos 3 minutos dejándose finalmente al nivel inicial “cero” si no existe variaciones con respecto al nivel, se dice que el sistema se encuentra en perfectas condiciones de trabajo, es hermético.

c) Encender el termostato y regular a la temperatura elegida, 15, 20, ó 25.

d) En el balón con cuello en Y introducir 3 ó 4 ml de lejía en el otro balón verter 1ml de nitrato de cobalto 0.1M luego se temostatizan por intervalos de 5 a 7 min.

e) Se verifica la instalación del sistema para que la marca cero de la bureta se mantenga constante es necesario mantener abierta la llave G , donde se encuentra ubicado el te del vidrio , con la finalidad de que loa valores a obtener no sean alteados por la acumulación de presión, es decir , en el tiempo cero el valor es cero.

f) Transcurrido el tiempo de que las dos soluciones se encuentren a la misma temperatura de trabajo, se vierte el nitrato de cobalto a la solución de clorox. En ese momento se debe tomar nota del tiempo cero y se pone en funcionamiento del cronometro y debe nivelar permanentemente la pera con el nivel de agua en la bureta anotándose el tiempo cada 30 a 40 segundos hasta completar la descomposición o hasta se llegue al limite del volumen de la bureta.

Para determinar el número de moles iniciales de NaCIO presente en el clorox utilizado se determinará previamente la densidad de “Clorox” a la misma temperatura a la que se midió el volumen de “Clorox” por picnometría, y utilizado en la práctica de viscosidad de líquido. Luego se evaluará el número de moles de O2 desprendido después de cada tiempo t, para cada volumen leído en la bureta de gases (que utiliza agua como fluido manométrico) asumiendo el comportamiento de un gas ideal empleando la ecuación.

g) anotar para cada intervalo de tiempo el volumen leído en la tabla nº2

h) registrar las temperaturas de bulbo seco y húmedo.

i) Anotar la temperatura de agua de la pera de nivel, con el termómetro C.

j) Registrar la temperatura aproximada de O2 desprendido, manteniendo por 3 ó 4 minutos un termómetro adyacente a la bureta donde se encuentra el gas desprendido.

k) Incrementar en 10ºC la temperatura del termostato y repetir la secuencia de d) a la j). A l incrementar la temperatura se disminuye los intervalos de tiempo en 5 y 10 segundos.

l) Luego se sigue incrementando en 10ºC la temperatura para la tercera determinación.

V. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO:

DENSIDAD DEL CLOROX:

- 4ml de lejía “clorox”- Peso de picnometro = 15.9636g- Wp+sust = 43.3523g- Wp+agua = 41.2635g- Masa de sust = 27.3887g-MOLES DE NaClO

T = 25ºC T = 35ºC T =43 ºCtiempo

(s)VolumenO2

(ml) tiempo(s)VolumenO2

(ml) tiempo(s)VolumenO2

(ml)2 1 2 2.9 2 3.3

4 2.3 4 6.5 4 11.76 5.2 6 9.1 6 17.68 6.4 8 10.7 8 23.0

10 7.1 10 13.1 10 25.912 9.2 12 15.1 12 27.914 10.7 14 17.7 30.316 11.7 16 19.318 13.1 18 20.620 14.6 20 21.5

VI. CALCULOS:

calcular la densidad experimental de la lejía cloros a su temperatura.

- Peso de picnómetro = 8.6999g- Wp+CLt = 20.3603g- Wp+agua = 19.3860g- ρ(agua)= 0.9982323 g/ml (24ºC)

ρ0 = ( WP+s - Wp ) x ρT(agua) (Wp+w -WP )A 24ºCρlejia = 20.3603– 8.6999 x 0.9982323 ρlejia =1.09 g/lm 19.3860 – 8.6999

Calcular los números de moles iniciales de hipoclorito de sodio (NaClO) en lo 4 ml de clorox (no NaClO=a)

. E n la práctica se trabajo con 4ml de clorox.

ρlejia = m/v mlej = ρlejia x vlej = 1.09 x 4ml X 0.0525= 3.0875X10-3

PM(NaClO) 74.45

Calcular la presión del oxigeno producido, usando la expresión P=PB - PW [1-(%HR/100)]

A 25ºCTbs = 23 Tabla %HR = 70Tbh = 19

PB =548mmHg -23.756[1-0.7]=540.8732

A 35ºCTbs =.23ºC Tabla %HR = 75Tbh =19.5ºC

PB =548mmHg -42.175 [1-0.75 ]=537.4563

A 43ºCTbs = 22.9 Tabla %HR = 70Tbh = 19

PB =548mmHg -63.895[1-0.7]=528. 8315

Calcular el factor constante (P/RT).FC=(P/RT).

T = 25ºC FC(1)=P/RT =540.8732mmHg/(62.36x298.15)=0.0291

FC=(P/RT).

T = 35ºC FC(2)=P/RT =537.4563mmHg/(62.36x308.15)=0.02757

FC=(P/RT).

T = 43ºC FC(3)=P/RT =528.8315mmHg/(62.36x316.15)=0.0268

Calcular números de moles de oxigeno (no2) desprendido después de cada tiempo empleando la ecuación (11).

no2 = (P/RT)Vo2

Para FC(1)=0.0291

Reemplazando en la ecuación 11 tenemos:

1. nO2 = 0.0291X1 = 0.0291mol2. nO2 = 0.0291X2.3=0.669mol3. nO2 = 0.0291X5.2=0.1513mol4. nO2 = 0.0291X6.4=0.186mol5. nO2 = 0.0291X7.1=0.207mol6. nO2 = 0.0291X9.2=0.268mol7. nO2 = 0.0291X10.7=0.3114mol8. nO2 = 0.0291X11.7=0.3405mol9. nO2 = 0.0291X13.1=0.3812mol10.nO2 = 0.0291X14.6=0.423mol

Los otros datos se muestran en el cuadro de cálculos. Calcular los números de moles de hipoclorito de sodio (NaClO) que reaccionan después de cada tiempo. ( no

NaClO = 2no2 = x).

1. noNaClO = 2no2 = 2 x 2.91 = 0.582mol = x

2. noNaClO = 2no2 = 2 x 0.669 = 0.1338mol = x

3. noNaClO = 2no2 =0.30264mol







10.noNaClO = 2no2 =0.84972mol

Los otros datos se muestran en el cuadro de cálculos.

Calcular número de moles de hipoclorito de sodio (NaClO) que quedan sin reaccionar después de cada tiempo,

nqNaClO = (no

NaClO - 2no2) = (a-x).

1. nqNaClO =3.0875 X10-3mol – 0.0582mol = 0.055 mol.

2. nqNaClO =3.0875 X10-3mol – 0.1338mol = 0.131 mol.

3. nqNaClO =3.0875 X10-3mol –0.30264mol = 0.4334mol.

4. noNaClO = 3.0875 X10-3mol –0.3724mol=0.3693mol

5. noNaClO =3.0875 X10-3mol –0.4132mol=0.4101mol

6. noNaClO = 3.0875 X10-3mol -0.5354mol=0.5323mol




10.noNaClO = 3.0875 X10-3mol –0.84972mol=0.85mol

Los otros datos a las temperaturas de 35ºC y 43ºC se encuentran en la tablas.

Construir la grafica nº1 : nq NaClO vs tT=25ºC

T= 35ºC

A 43ºC

Construir la grafica nº 2,3 Y 4.

A 35ºC a) ln [a/(a-x)]vs t

GRAFICO 2A 35ºC

A 25ºC

A 43 ºC

GRAFICO 3A 25ºC

A 35ºC

A 43ºC

GRAFICA 4

Calcular analíticamente la constante de velocidad k1 correspondiente a cada tiempo haciendo uso de la ecuación (6). Luego reportar el promedio de k1 en la tabla nº 2.

K1= {ln [a /(a-x)]} /t, ya hallamos lo que esta de azul lo reemplazamos para halla k

K1 = 2.87997/2=1.44K2= 3.748/4=0.937K3= 4.9443/6=0.82

Los otros datos se muestran en el cuadro de cálculos para cada temperatura.

Repetir los cálculos anteriores para las otras temperaturas y representar en las graficas anteriores los puntos que corresponden a cada temperatura.

Se muestran en el cuadro de cálculos 2.…………………………………………………………………………………………………..

Determinar el tiempo de vida media del NaClO para cada temperatura.

t1/2 = (ln 2) /K1 = 0.690 /K1

t1/2 = 0.690 /0.937 = 0.7364

Los otros datos se muestran en el cuadro de cálculos.

Construir la grafica nº5: ln k1vs (1/T) y determinar la energía de activación (Ea).

La grafica salio para este sentido entonces la pendiente es negativa m=-=-Ea/RCalculo de la Ea

y = -0.1458x + 1.5046R=es una constante universal=1.9872InK=-Ea. 1 + InAº

R T-Ea=-0.458xR-Ea=-0.458x1.9872Ea=0.9101

InAº=1.5846Aº=4.877

LA GRAFICA SALIO DEL SENTIDO CONTRARIO ENTONCES LA PENDIENTE ES POSITIVA m=+=+Ea/RCalculo de la Ea

y = 3.756x + 1.5029R=es una constante universal=1.9872InK=-Ea. 1 + InAº

R TEa=-0.3.756xREa=3.756x1.9872Ea=7.4639

InAº=0.1529Aº=1.1652

LA GRAFICA SALIO DEL SENTIDO CONTRARIO ENTONCES LA PENDIENTE ES POSITIVA m=+=+Ea/RCalculo de la Ea

y = 0.2758x – 0.0705R=es una constante universal=1.9872InK=-Ea. 1 + InAº

R T

Ea=-0.2758xREa=0.2758x1.9872Ea=0.5481

InAº=0.0705Aº=1.073

VII. RESULTADOS: Temperatura de reacción …………… 25ºCVolumen de lejía …………………………….. 4mlnº NaClO : …………………………………..3.0875x 10-3 moles Factor constante (P/RT) : ………………….. 0.0921mol/L

t sVo2

ml no2 molesnºNaClO moles

nqNaClOmoles LN a/(a-x) K1 en s-1 T1/2

2 1 0.0291 0.0582 0.055 2.87997 1.44 0.48125

4 2.3 0.0669 0.1338 0.131 3.748 0.9370.7395944

5

6 5.2 0.15132 0.30264 0.4334 4.9443 0.820.8451219

5

8 6.4 0.1862 0.3724 0.3693 4.784 0.5981.1588628

8

10 7.1 0.2066 0.4132 0.4101 4.889 0.4891.4171779

1

12 9.2 0.2677 0.5354 0.5323 5.1498 0.431.6116279

1

14 10.7 0.3114 0.6228 0.62 5.3024 0.3791.8284960

4

16 11.7 0.3405 0.681 0.678 5.392 0.3372.0563798

2

18 13.1 0.38121 0.76242 0.76 5.506 0.3282.1128048

8

20 14.6 0.84972 0.84972 0.85 5.5118 0.2592.6756756

8K 1 promedio = 0.6017

Temperatura de reacción …………… 35ºC Volumen de lejía …………………………….. 4mlnº NaClO : …………………………………..3.0875x 10-3 moles Factor constante (P/RT) : ………………….. 0.02797mol/L

t sVo2

mlno2

molesnºNaC

lO

nqNaClO

moles

LN a/(a-x)

K1 en s-1 T1/2

2 2.9 0.08110.161

20.159 3.942 1.971 0.35159817

4 6.5 0.18181 0.364 0.361 4.7621.190

50.58210836

6 9.1 0.255 0.51 0.507 5.101 0.852 0.81338028

8 10.7 0.29930.598

60.5955 5.26 0.658 1.05319149

10 13.1 0.366 0.733 0.327 4.6630.466

31.4861677

12 15.1 0.422 0.845 0.842 5.6084 0.467 1.4839400414 17.7 0.495 0.99 0.987 5.767 0.412 1.68203883

16 19.3 0.59 1.18 1.077 5.85960.360

41.92286349

18 20.6 0.575 1.15 1.147 5.918 0.329 2.1063829820 21.5 0.5999 1.997 1.994 6.471 0.324 2.13888889

K 1 promedio = 0.70302 Temperatura de reacción …………… 43ºC

Volumen de lejía …………………………….. 4mlnº NaClO : …………………………………..3.0875x 10-3 moles

Factor constante (P/RT) : ………………….. 0.268mol/L

t sVo

2

ml

no2

molesnºNaCl

O

nqNaClO

moles

LN a/(a-x)

K1 en s-1 T1/2

2 3.3 0.0884 0.17690.173

84.0305 2.0153 0.3438694

411.7

0.3136 0.6270.159

63.945 0.9863 0.70262598

617.6

0.472 0.94340.940

35.719 0.9532 0.72702476

8 23 0.616 1.2331.229

95.5873 0.748 0.92647059

1025.9

0.694 1.388 1.385 6.10610.6106

11.13493064

1227.9

0.748 1.495 1.492 6.1805 0.515 1.34563107

1430.3

0.812 1.6241 1.621 6.2634 0.4474 1.54894949

K 1 promedio = 0.89654429

VIII. CONCLUSIONES:

Las graficas muestran líneas rectas lo cual de acuerdo a la pendiente nos indica que son reacciones de primer orden.

Se lograron determinar satisfactoriamente la constante de velocidad del hipoclorito de sodio y la energía de activación con la vida media.

IX. BIBLIOGRAFIA:

1. SEMISHIN,V, “PRACTICAS DE QUIMICQ GENERAL INORGANICA”. Editorial. Mir Moscu. 1967

2. LAIDLER,K.J MEISER “FISICOQUIMICA”Edit. CECSA.Mexico 1997

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