Estudio de La Velocidad de Descomposicion Catalitica Del H2O2

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

I. RESUMEN.

El presente informe tiene como objetivo la determinación de la constante de velocidad de la reacción.El Laboratorio se encontraba a las siguientes condiciones: Una presión atmosférica de 756 mmHg, a una temperatura de 20ºC y un porcentaje de humedad de 83%. Para poder realizar nuestros cálculos, primeramente graficamos (V∞-Vt) vs Tiempo seg para cada temperatura 30ºC y 40ºC respectivamente (ver grafica 1 y 2), en esta grafica la cual resulto ser curva tomamos 7 puntos tangentes, cada uno en un respectivo tiempo de esta forma se encontró la velocidad de la reacción en ese tiempo, observándose que esta disminuía a medida que avanzaba el tiempo, luego se grafico el Log(velocidad) vs el Log(V∞-Vt) (ver graficas 3 y 4) , en esta grafica la cual resulto ser una recta nos dio una pendiente la cual resulto ser el orden de la reacción para cada respectiva temperatura encontrándose, que para 30ºC es de orden 1 y para 40ºC de orden 2, finalmente se grafico también el Log(V∞-Vt) vs el Tiempo seg (ver graficas 5 y 6). La cual también fue una recta cuya pendiente multiplicándola por -2.3 nos dio como resultado la constante de velocidad de la reacción para cada temperatura respectivamente, (K30ºC=0.003312 y K40ºC=0.005382).Teniendo las constantes a dos temperaturas diferentes se pudo calcular la energía de activación de la reacción la cual es de 9.148Kcal/mol.Podemos concluir en que el aumento de temperatura aumenta la velocidad de las reacciones esto se manifiesta con el aumento de la constante de velocidad.Una recomendación importante es que el éxito de la experiencia es la destreza con que se nivele el volumen del agua desplazado por el oxigeno con que se genera en la descomposición del H2O2, para lo cual es muy importante verificar el estado del dispositivo con el cual vamos a realizar las mediciones y evitar la máxima cantidad de fuga de oxigeno por parte del experimentador.

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposición Catalítica del H2O2.1


II. INTRODUCCION.

Los estudios de catálisis se extienden a fenómenos que se relacionan

con el estudio del complejo activado formado cada vez que se lleva a

cabo una reacción química y su importancia a nivel industrial radica en

la posibilidad de obtener productos en menor tiempo, acelerando la

velocidad de reacción y logrando de este modo la optimización del

proceso. Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una

reacción. El proceso recibe la denominación de catálisis. Una definición

amplia de catálisis es la aceleración de reacciones químicas por la

adición de pequeñas cantidades de pequeñas sustancias al

sistema reaccionante. Entre los criterios mas importantes de la

catálisis estan:

- El catalizador permanece invariable al final de la reacción.

- Un catalizador no modifica el equilibrio, pues altera igualmente las

velocidades de las reacciones directa e inversa.

- El catalizador no inicia una reacción.

- Un catalizador esta generalmente presente en concentración

relativamente pequeña, la concentración del catalizador afecta

notablemente la velocidad de la reacción.

- La acción catalítica es especifica, no siendo apropiada todos los

catalizadores para catalizar una determinada reacción.

Entre las clases de catálisis tenemos.

Catálisis Homogénea: Donde el catalizador esta en la misma fase que las

sustancias reaccionantes.

Catálisis Heterogénea: En la cual el catalizador esta en fase distinta que

las sustancias reaccionantes.



Catálisis Enzimatica: (Procesos biologicos catalíticos), es decir, mediante

biocatalizadores, de los cuales los primeros conocidos fueron las

reacciones producidas por enzimas.

III. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.

Condiciones De Laboratorio

PRESION 756 mmHgTEMPERATURA 20 ºC% HUMEDAD 83

Tabla 1: Volúmenes de Agua, Tomado cada 30 seg y su Respectivo Volumen Infinito Para la Temperatura de 30

ºC.

TIEMPO seg VOLUMEN ml30 2.3060 3.5090 5.40120 6.30150 7.70180 8.20210 9.40240 9.90270 10.5300 11.2330 11.9360 12.8390 13.0420 13.8450 14.1

V∞ = 18.0 ml



Tabla 2: Diferencia entre el Volumen Infinito y el Volumen Tomado cada 30 seg y su respectivo

Logaritmo para una Temperatura de 30ºC

TIEMPO seg (V∞ - VT) ml Log (V∞ - VT)30 15.7 1.19660 14.5 1.61090 12.6 1.100

120 11.7 1.068150 10.3 1.013180 9.80 0.991210 8.60 0.934240 8.10 0.908270 7.50 0.875300 6.80 0.832330 6.10 0.785360 5.20 0.716390 5.00 0.698420 4.20 0.623450 3.90 0.591

Tabla 3: Velocidades Tomadas Trazando Tangentes de la Grafica (V∞-Vt vs T) con sus Respectivos Logaritmos

para una Temperatura de 30ºC.

TIEMPO seg VELOCIDADES ml/seg Log (velocidad)30 0.06060 -1.2290 0.04450 -1.35

150 0.03000 -1.52210 0.02380 -1.62360 0.02000 -1.69420 0.01310 -1.88



450 0.00575 -2.24

Tabla 4 : Volúmenes de Agua tomados cada 30 seg y su respectivo Volumen Infinito Para una Temperatura de

40 ºC

TIEMPO seg VOLUMEN ml30 3.2060 7.5090 10.5120 13.0150 14.7180 15.7210 16.3240 17.0270 17.5300 17.7330 18.0360 18.2390 18.4420 18.5450 18.6

V∞ = 20.4 ml

Tabla 5: Diferencia entre el Volumen Infinito y el Volumen Tomado cada 30 seg y su respectivo

Logaritmo para una Temperatura de 40ºC

TIEMPO seg (V∞ - VT) ml Log (V∞ - VT)30 17.2 1.23660 12.9 1.11090 9.90 0.996

120 7.40 0.870150 5.70 0.755180 4.70 0.672210 4.10 0.612240 3.40 0.531



270 2.90 0.462300 2.70 0.431330 2.40 0.380360 2.20 0.342390 2.00 0.301420 1.90 0.279450 1.80 0.255

Tabla 6: Velocidades Tomadas Trazando Tangentes de la Grafica (V∞-Vt vs T) con sus Respectivos Logaritmos

para una Temperatura de 40ºC.

TIEMPO seg VELOCIDADES ml/seg Log (velocidad)60 0.10670 -0.9790 0.08340 -1.08

120 0.06920 -1.16150 0.03890 -1.41300 0.01290 -1.89360 0.00721 -2.14450 0.00263 -2.58

Tabla 7: Orden y Constante de Velocidad (K) a su Respectiva Temperatura.

Temperatura K 313.15 303.15Orden 2 1

K 0.005382 0.003312Energía de Activación Ea = 9.148 Kcal/mol



IV. EJEMPLO DE CALCULOS.

a) Grafique (V - Vt) vs. Tiempo seg, para cada

temperatura.

Para T=30°C

V=18.0 ml

Cuando t = 30 segundos:

V - Vt = (18.0 – 2.3)ml = 15.7ml

Para T=40°C

V=20.4ml

Cuando t = 30segundos:

V - Vt = (20.4 – 3.2)ml = 17.2ml.

De la misma manera se calculan los valores que se encuentran en las

tablas 1 y 4, Los resultados se pueden observar en las tablas 2 y 5 de

estas se realizan los gráficos 1 y 2 de (V - Vt) vs. Tiempo seg, que

resultan ser curvas, en las cuales toma 7 puntos, en los que se trazan

tangentes a la curva, obteniendo así, velocidades de reacción a

diferentes concentraciones las cuales se observan en las tablas 3 y 6

con su respectivo logaritmo para el calculo de la parte b.

b) Grafique el logaritmo de la velocidad de la reacción

para diferentes intervalos de tiempo en función del

log(V - Vt) y halle el orden de la reacción.Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposición Catalítica del H2O2.7


Tomando tangentes en 7 puntos de las gráficas 1 y 2 (ver grafica 3 y 6)

Para el caso T=30°C:

LogV = -1.22 t = 30 seg

LogV = -1.62 t = 210seg

Tomando log(V - Vt) en cada respectivo tiempo.

° log(V - V30) = 1.196

° log(V - V210) = 0.930

Entonces el valor del orden de la reacción para 30ºC

Para este caso

-m = orden = -(1.22- (-1.62))/(1.19-0.93) = 1.54 <> 2

Esto indica que la reacción de descomposición catalítica del H2O2 es de

segundo orden.

De la misma manera se realiza para la temperatura de 40ºC

encontrándose que es de orden 1 (graficas 3 y 4) los valores se

encuentran en la tabla numero 7.

c) Grafique el log(V - Vt) vs. t

Esta gráfica resulta ser una recta de cuya pendiente se obtiene la

constante de velocidad (K) ver graficas 5 y 6:

Para el caso T=30°C

m = -0.00144 = -k/2.3

K1 = 3.312x10-3

Para el caso T=40°C

m = -0.00234 = -k/2.3



K2 = 5.382x10-3

d) Halle la energía de activación de la reacción:

Para este cálculo se necesita conocer las constantes de velocidad a dos

diferentes temperaturas, lo que se obtiene a partir de las gráficas 5 y 6.

Entonces la energía de activación es igual:

Donde:

K2 y K1: constantes de velocidad a temperaturas absolutas T1 y T2.

R : constante universal de los gases su valor es 1.987 cal/mol k.

Ea : Energía de activación.

Log 5.382x10 -3 = Ea x 313.15-303.15 3.312x10-3 (2.3x1.987) 313.15x303.15

Ea = 9.148 Kcal/mol.



V. DISCUSION DE RESULTADOS.

La descomposición del peróxido de hidrogeno es un ejemplo claro de

reacciones de primer orden. Experimentalmente, en laboratorio se

trabajo a una temperatura de 20ºC de donde se obtuvo para 30ºC la

descomposición del peróxido de hidrogeno un orden de reacción igual a

1, mientras que para una temperatura de 40ºC, no fue así, se obtuvo un

orden de reacción igual a 2. Este incremento o variación del orden de la

reacción se pudo haber debido a que el volumen final obtenido es menor

al volumen obtenido a una temperatura de 40ºC.

Hubo errores al realizar esta practica las cuales pueden ser que dejo

abierto mucho tiempo el orificio de salida del aire, dejándose escapar

mucho volumen de oxigeno el cual no pudo ser calculado, el aparato

para efectuar las mediciones se encontraba defectuoso el cual tenia

muchas fugas, además el calculo de la altura a la que se debía sostener

la pera, era muy inexacto.

Otra posible explicación podría ser que la concentración del peróxido de

hidrogeno ya que al realizar el experimento a 40ºC se observo que al

trasladar el reactor al agua caliente la lectura en el manómetro no

disminuía y luego cuando este se trasladaba al recipiente donde se

contenía el agua a 40ºC se observaba en la lectura del manómetro que

subía demasiado rápido hasta sobrepasar los volúmenes tomados

anteriormente cada 30 segundos, por lo tanto no se pudo tomar una

medida exacta del volumen infinito.



VI. CONCLUSIONES.

El aumento de al temperatura ocasiona un correspondiente aumento en

la velocidad de las reacciones, ello se manifiesta mediante el aumento

del valor de al constante de la velocidad.

El método gráfico empleado para determinar la constante de velocidad

de reacción resulta ser tan aproximado como lo permite el calcular el

valor de la pendiente.

La velocidad de reacción disminuye con el tiempo, siendo independiente

de la concentración inicial del peróxido de hidrogeno.

El FeCl3 actúa como catalizador de la reacción, y aunque este no varíe

su composición, una vez concluida la reacción, si intervienen como

intermediario, disminuyendo la energía de activación de las mismas.

El catalizador tiene que acelerar la reacción inversa tanto como la

directa de modo que la constante de equilibrio no se vea afectada, ya

que la posición del equilibrio químico es independiente del mecanismo.

El catalizador esta generalmente presente en concentración

relativamente pequeña.

El catalizador no inicia una reacción, sino que solo acelera una

transformación que se produce por si misma en forma

extraordinariamente lenta.



Cuando se aumenta la temperatura, el orden de la reacción se ve

incrementada.

La constante de la Velocidad de Reacción es directamente proporcional

a la temperatura.

La Energía de activación siempre es positiva., lo cual quiere decir que se

debe suministrar energía para producir moléculas activadas.



VII. RECOMENDACIONES.

Es muy importante saber que el éxito de la experiencia depende de

la destreza con que se nivele el volumen de agua desplazado por el

oxigeno que se genera durante la descomposición del peróxido de

hidrogeno.

Se recomienda mantener constante la temperatura, para así poder

obtener una grafica que nos ayude a hallar el orden y la constante de

velocidad de la reacción.

Asegurarse que no halla fuga de oxígeno para esto verificar si el aparto

se encuentra en perfectas condiciones y también tener cuidado al

realizar la experiencia evitando la máxima cantidad de fugas de

oxigeno, puesto que el volumen final debe ser mayor al obtenido en el

ultimo minuto.



VIII. APENDICE.

1.- ¿Cuando se dice que las moléculas se encuentran en estado activado? Y ¿Como influye la temperatura?.El aumento de temperatura produce casi invariablemente un aumento significativo de velocidad de una reacción química.Las moléculas reaccionantes no solamente deben colisionar entre si, si no que también deben ser correctamente orientadas y chocar con suficiente energía, o sea estar activadas. El numero de colisiones que son efectivas es mucho mas pequeño y debe ser claramente diferenciado de las colisiones totales. Las moléculas que reaccionan están en un estado excepcional, uno de alta energía comparado con el promedio molecular. Las colisiones que causan reacciones entre dos o mas moléculas, son pocas y solamente pueden ocurrir por colisiones de molécula de alta energía. Las moléculas que reaccionan se llaman moléculas activadas, y una colisión que causa reacción se llama una colisión de rica energía. La velocidad del aumento de la velocidad de reacción con la temperatura, consiste en que el aumento de temperatura favorece considerablemente el aumento de la fracción de moléculas que posee gran exceso de energía sobre el promedio, habiendo así un numero mayor de colisiones de moléculas que posee la necesaria energía de activación para que se efectué la reacción.Los conceptos de estado activado y energía de activación se han introducido para explicar el pequeño numero de colisiones fructíferos en las reacciones químicas. La reacción únicamente tiene lugar cuando las moléculas reaccionantes poseen una cantidad adicional de energía, por encima de las que poseen el promedio de las moléculas. Esta energía



adicional se denomina energía de activación, y cuando unas moléculas la poseen, se dice que están en estado activado.Cuanto mayor es la energía de activación para una reacción, menor será el numero de moléculas que la poseen y mas lenta será la reacción a una temperatura determinada de otro lado, cuanto mayor es la temperatura, mayor será el numero de moléculas en estado activado.

Energía de Activación de una Reacción.

2.- ¿ Cual es la función de un catalizador en una reacción ?Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción química sin consumirse, el catalizador puede reaccionar para formar un intermediario, pero se regenera en paso subsecuente de la reacción.



La función de un catalizador es la de efectuar la reacción deseada con una menor energía de activación, lo que produce una reacción mas rápida. Por que mas moléculas alcanzan a poseer la cantidad de energía de activación necesaria para reaccionar.

Efecto del Catalizador sobre la Energía de Activación.

3.- Explique el proceso de autocatalisis.Cuando en un proceso se produce una sustancia capaz de actuar como catalizador sobre la reacción, se dice que esta es autocatalitica. Así ocurre en el desdoblamiento del acetato de etilo en etanol y ácido acético, que empieza por ser muy lenta, pero cuando se ha formado algo de ácido acético la rapidez aumenta, por que este ácido influye sobre la saponificación, por lo iones Hidronio que se forman con le solvente agua. Otro ejemplo es la valoración de ácido oxálico con perganmanato sobre la



solución caliente de ácido oxalico, transcurre un tiempo antes de que se decolore, sin embargo la segunda porción se decolora rápidamente, debido a las Sales manganosas que se han formado al consumirse la primera porción del permanganato, catalizan la reacción.

IX. BIBLIOGRAFIA.

Fisicoquímica Ponz Muzzo, Gaston

Sexta edición. Pgns 515, 516,520,522 y 523

Editorial Universo

Química Raymond Chang.

Sexta edicion. Pgns 539 y 540.

Editorial Mc Graw- Hill interamericana.

Maron S.- Prutton.

Fundamentos De Fisicoquimica.

Tercera edicion. Pgns 595 y 598.

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