8/17/2019 Reporte No.5 Cinetica Quimica
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UNIVERSIDAD
MICHOACANA DE
SAN NICOLÁS DEHIDALGO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO DE CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS
M.C MARIA TERESA REYES REYES
PRACTICA No.5
CINÉTICA DE LAS REACCIONES DE PRIMER ORDEN
(HIDRATACIÓN DEL ANHÍDRIDO ACÉTICO POR EL
MÉTODO COLORIMETRICO)
ALUMNO: CARMEN IVETTE AMEZCUA TOVARMATRÍCULA: 1025068B
SECCIÓN: 02 MÓDULO: 3
EQUIPO No. 2
Magdalena Martínez Arévalo 0967041H
José Alejandro morán Balderas 0935755G
Alexis Pérez Gazquez y Marín 1343578K
Gabriela Martínez Báez 0965810J
MORELIA, MICH. 08 DE FEBRERO DEL 2016.
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OBJETIVO
Mediante el método del colorímetro, determinar el orden de la reacción, la constante
específica de velocidad de la reacción y la energía de activación de la hidrolisis del anhídrido
acético, por método analítico y gráfico.
INTRODUCCION
La velocidad de interacción del anhídrido acético con el agua es grande y en este caso los
métodos calorimétricos no son válidos para las investigaciones cinéticas. Por ello para el
estudio de esta reacción se usan los métodos fisicoquímicos de análisis. Una de las
posibilidades de estudio de la cinética de esta reacción la brindas las investigaciones
colorimétricas.
El estudio de la cinética de las reacciones químicas se usa ampliamente en los métodosfisicoquímicos de análisis que permiten determinar la composición de la mezcla de reacción
por sus propiedades. Para ello se tiene gran significación el método colorímetro. A
diferencia de los métodos químicos, este requiere menos tiempo9 y por lo común la
sustancia se analiza directamente en la solución (sin aislarla) y en cantidades muy pequeñas.
Las determinaciones colorimetrías se basan en la comparación de la absorbancia o
transmitancia de la luz por las soluciones a investigar y la estándar, coloreadas. En la
práctica predomina la foto colorimetría, en la que para las mediciones se utilizan foto
células puesto que las reacciones visuales son menos objetivas.
El fundamento del método de la ley unificada del Louger- Lamber – Beer, se puedenexpresar en la siguiente ecuación.
= ,
Donde D es la densidad óptica:
= logI
I0 es la intensidad del haz luminoso incidente; l es la intensidad del haz luminoso después
de travesar la solución; C es la concentración dela sustancia disuelta, mol/L es el espesor de
la capa absorbente, cm; es el coeficiente molar de extinción.
El coeficiente molar de extinción representa la densidad óptica de la solución 1 M pues en
la cubeta con espesor de la capa 1 cm. Depende de la longitud de onda de la luz incidente,
d la temperatura de la solución y la naturaleza de la sustancia disuelta y del disolvente, pero
se mantiene constante al variar el espesor de la capa del absorbente.
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La relación I/I0 caracteriza la transparencia de la solución y se denomina trasmitancia T
puede variar de 0 a 1. A veces esa magnitud se expresa en tanto por ciento:
=I
100
Si la magnitud T está relacionada con el espesor de la capa de 1 cm, entonces ella sedenomina coeficientes de transmitancia. De este modo, = log , expresando T entanto por ciento.
= log100
T= 2
La densidad óptica se puede tomar los valores a ∞, sin embargo, los aparatos modernos
permiten medir sus valores dentro de los limites 0 a 2.
TECNICA EXPERIMENTAL Y CÁLCULOS
Se prepara el colorímetro, mientras se preparan una serie de soluciones estándar de yodo
mediante disolución en KI 0.025 M que se muestra en la tabla que aparece más adelante
con los datos obtenidos.
Para las mediciones colorimétricas se utiliza una celda de 10 mm de espesor.
Los resultados de las mediciones de la densidad óptica de las soluciones estándar se
muestran en la siguiente tabla:
Temperatura: Longitud de onda: 600 nm
Número dematraz
[I2] Cantidad desolución de I2para dilución
Transmitancia(%)
Densidad óptica
1 5x10
-2
12.5 40.5 0.39252 2.5x10-2 12.5 59.4 0.2262
3 1.25x10-3 12.5 79.8 0.0979
4 6.25x10-3 12.5 83.5 0.0783
5 3.125x10-3 12.5 94.4 0.0250
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A partir de los datos obtenidos se construye el gráfico de calibración, trazando en el eje de
abscisas la concentración de las soluciones de2 I y en el eje de las ordenadas, la densidad
óptica.
Los resultados de las observaciones y cálculos se reúnen en una tabla según el modelo:
Temperatura del experimento: 20 °C
Tiempo de inicio de disolución: 0 seg
Tiempo final de disolución: 1511 seg
Considerando:
= 0.398 = 1.024
y = 6.9799x + 0.0444R² = 0.9558
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
D O
[I2]
Densidad Óptica VS. Concentración de Yodo
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Tiempo desde elinicio de la
reacción, segDt
K1(min-1)
x103
20 0.402 6.41 x10-3 3.20540 0.50 0.1778 4.44
60 0.568 0.3168 5.2869 0.5869 0.3571 5.18
98 0.623 0.4453 4.54114 0.651 0.5177 4.54126 0.69 0.6282 4.98
136 0.715 0.7060 5.19
430 0.927 1.8646 4.33
440 0.934 1.9395 4.4
455 0.988 2.8558 6.2797 0.9934 3.0183 3.78
809 1.004 3.4436 4.25
833 1.006 3.5489 4.26840.03 1.010 3.8002 4.52
1511 1.020 5.0530 3.34∞ 1.024
. = . × − −
De forma gráfica la pendiente que se obtiene es igual a la cte. de velocidad ya es que es una
reacción de primer orden
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En el tratamiento de los datos experimentales se deben tomar en cuenta que la reacción de
hidratación del anhídrido acético es seudomolecular y que es una reacción de primer orden,
por ello la constante de velocidad se calcula por la ecuación:
=1
ln
= 1
ln
En esta ecuación la concentración inicial de la sustancia de partida se puede sustituir por
( ) y la concentración en el momento dado por ( ).
Los datos experimentales deben representarse en forma gráfica, según la ecuación:
Ln( ) = l n ( )
O bien
Ln CA = Ln CAo -
Cuando no se logra determinar en el momento de comienzo de la reacción, estamagnitud se determina por el gráfico mediante la extrapolación hasta t=0.
Cuando no se logra determinar0
D en el momento de comienzo de la reacción, esta
magnitud se determina por el gráfico mediante la extrapolación hasta 0t .
En el caso de la reacción en estudio, al calcular k de la reacción, se determina su valor
medio y se compara con med k obtenido a partir de los gráficos )(log 0 t f C C A A
o )(log t f D D t como la tangente del ángulo de inclinación de la recta al eje t .
Por el mismo gráfico se determina la constante media de velocidad. Este valor se compara
con la constante media calculada con la ecuación.
Los resultados de las observaciones y cálculos primero se procedió a calcular la0
D por
extrapolación de datos obtenidos.
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CONCLUSIÓN
En esta práctica se comprobó de manera experimental la cinética de una reacción de
primer orden mediante la medición de la densidad óptica de la solución en diferentes
tiempos.
BIBLIOGRAFÍA
Ingeniera de la cinética químicaJ.M. SmithEditorial continentalMéxico, 1998
Introducción a la termodinámica en ingeniera químico
J.M Smith, H.C. van NessSéptima edición
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CUESTIONARIO
1.
¿cuáles son las leyes que forman la base del método colorimétrico de análisis?
Ley de Beer- Lambert
2. ¿qué es la densidad óptica de una solución y de que depende ella?
Es la medida de la absorción, lo cual se refiere a un fotón de la radiación que puede
ser absorbido por una molécula solo si interactúan con esta. La densidad óptica o
absorbancia es la radiación electromagnética absorbida por las moléculas, iones y
átomos de una muestra se desplazan de un estado energético permisible a otro,
esto depende de las concentraciones de las soluciones.
3. ¿En qué consiste el principio de funcionamiento del fotoelectrocolorímetro?
Las determinaciones colorimétricas se basan en la comparación de la absorbancia o
transmitancia de la luz. La fuente de luz es una lámpara a baja presión de un gas.
Este método y funcionamiento del aparato determina el máximo pico de absorción
a una determinada longitud de anda característica.
4. ¿cómo puede verificarse el orden de la reacción y calcularse la constante de su
velocidad por el método gráfico?
Con la ecuación empleada para las reacciones de primer orden, solo que se utilizaran
las absorbancias en lugar de las concentraciones y se graficara absorbancia en
función del tiempo.
5. La cinética de hidrólisis de 1-cloro-1-metilcicloundecano en el alcohol etílico al 80%
a 25 ° C se ha estudiado mediante la valoración del ácido formado después de
ciertos intervalos de tiempo con una solución de NaOH, se han obtenido los
siguientes datos:
t(h) 0 1.0 3.0 5.0 9.0 12.0 ∞ NaOH(mL) 0.035 0.295 0.715 1.055 1.505 1.725 2.197
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Demostrar que esta reacción es de primer orden, calcular la constante media de velocidad
(s-1) y determinarla mediante: a) Método integral; b) Método diferencial; c) Método de la
vida media y d) método de mínimos cuadrados.
Solución:
Como ya sabemos que la reacción es de PRIMER ORDEN
Planteamos las ecuaciones para cada método.
a)
Método integral
=
Tenemos que
=
=()
Puesto que / es contante se tiene: = . = . La ecuación integrada nos queda
=
Ajustando la ecuación a una línea recta
= = +
donde
= =
Mediante mínimos cuadrados:
= . = = .
−
= .
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b) Método diferencial
=
=
=
= ( )
Los datos de la tabla se ajustan a un polinomio de tercer grado con lo cual
podemos encontrar las derivadas en cualquier punto con lo cual se obtuvieron las
siguientes ctes.a = 7.63344 x10-15
b = -1.15627 x10-9
c = 7.47852 x10-5
d = -2.160360
En la siguiente tabla se resumen los cálculos:
t(seg)
CA f (CA)
0 -2.162 -2.160360 7.4785 x10-5
3600 -1.902 -1.905763 6.6756 x10-5
10800 -1.482 -1.477932 5.2480 x10-5
18000 -1.142 -1.144341 4.0579 x10-5
32400 -0.692 -0.691499 2.3898 x10-5
43200 -0.472 -0.472103 1.7620 x10-5
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=
= + Donde:
=
= = ~
Aplicando mínimos cuadrados
= 1.01987 x10-6
= k1= 3.4684 x10-5 s-1
= 0.9993
c)
Método de la vida media
=
⁄
Si t = 43 200 s
t ½ = 21 600 s
= 2
21 600 = 3.2090 × 10− −
d) Mínimos cuadrados
= ( )
( )
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t
(seg)
( )
( )
0 0
3600 0.1281
10800 0.3776
18000 0.6382
32400 1.1392
43200 1.5218
= ( )( )
= (0.035 2.194)
( 2.197)=
(2.162)( 2.197)