influecia de la temperatura sobre la rapidez de la reacción

8/2/2019 influecia de la temperatura sobre la rapidez de la reaccin

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INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA RAPIDEZ DE LA REACCIN.

I. OBJETIVO GENERAL

Estudiar el efecto de la temperatura sobre la rapidez de reaccin

II. OBJETIVOS PARTICULARES

a. Determinar la constante de rapidez de reaccin a varias temperaturas

b. Obtener la energa de activacin de reaccin y el factor preexponencial de la ecuacin de

Arrhenius

III PROBLEMA

Obtener la ecuacin que relaciona la variacin de la constante de rapidez de reaccin con la

temperatura.

INTRODUCCIN.

A medida que se incrementa la temperatura, la rapidez de la mayor parte de las reacciones

qumicas as como la rapidez de muchos procesos fisiolgicos se incrementa. Los procesos de

descomposicin de los alimentos y medicamentos se hacen ms lentos al refrigerarlos.

Aproximadamente la velocidad de una reaccin se incrementa al doble por cada incremento de

10 OC en la temperatura.

Teora de Arrhenius: A + B C + DRelaciona la constante de velocidad con la temperatura.

Propone que el aumento de la temperatura provoca un aumento en la rapidez de la Reaccin;

esto es debido a que el nmero de colisiones (choques) entre los reactivos se incrementa.

Al aumentar la temperatura, aumenta la energa cintica de las molculas y por lo tanto existen

ms choques entre los reactivos. (el aumento de la E cinetica un movimiento trmico

colisiones reaccin)

A + B X cuando las molculas de A y B chocan se gana energa llamada (Ea), al

tener la energa necesaria, reaccionan para darme X.


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Las ecuacin solo se cumple para reacciones elementales que se efectan en una sola etapa

K = A e Ea /RT linearizando se tiene ln K = ln A (Ea/R x 1/T)

A = factor preexponencial, factor de Arrhenius o factor de frecuencia (depende del

mecanismo de Rx) esta relacionado con la frecuencia con la que ocurren las colisiones y la

probabilidad de que estas tengan una orientacin adecuada para que ocurra la reaccin

Ea = energa de activacin

R = constante de los gases 8.31 J/mol K

T = absoluta (K)

A medida que la Ea se incrementa, k (la constante de rapidez) se hace ms pequea debido a

que la fraccin de molculas que poseen la energa requerida, disminuye. Por lo tanto, la

rapidez de reaccin disminuye a medida que la barrera energtica se incrementa.

Teora de las colisiones (Lewis):

A + A productos o A + B productos

El modelo de las colisiones nos permite comprender tambin el efecto de la temperatura. Se

sabe por la teora cintico molecular de los gases que la temperatura incrementa la rapidez

de las molculas. A medida que las molculas se mueven ms rpido el nmero de colisiones o

frecuencia se incrementa, as como la fuerza con la que lo hacen, incrementando con ello la

rapidez de reaccin. Para que las molculas reaccionen se requiere algo ms que una simple

colisin, se requiere adems que las molculas posean una determinada cantidad de energa

para reaccionar.

No todos los choques entre molculas producen una reaccin, solo las colisiones en que la

energa de las molculas que colisionan es superior a la Ea.

Dice que los reactivos deben tener una orientacin espacial determinada que de lugar a la

ruptura, que permita el re arreglo de enlaces y que conduzca a la formacin de productos.

Se toman en cuenta las colisiones productivas y se introduce un factor de correccin que no

considera choque consigo mismas y el factor de probabilidad.

Es una forma sencilla, slo se aplica a reacciones bimoleculares (A + B X) en fase gaseosa

K = Z P e Ea /RT


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Z = # de colisiones A y B por cm3/s

P = factor de probabilidad de colisiones productivas

Teora del estado de transicin (Eyring): A + B AB* C + D

Esta teora tambin conocida como de las velocidades absolutas, considera que los reactivos

se encuentran en equilibrio con el estado de transicin o complejo activado para posteriormente

convertirse en productos

Nos dice que la activacin de los reactantes produce un desorden (S) y cuando este es

positivo (+) el estado de transicin es ms probable y la reaccin ser ms rpida.

Los reactivos siempre estn en equilibrio con complejos activados

A + B AB* P

La constante de equilibrio se plantea como: K = AB /AB

La ecuacin de rapidez para la formacin de los productos es:

dP/dt = AB = -k AB donde es la frecuencia con la cual el complejo activado se

convierte en los productos, sustituyendo la concentracin del complejo activado en funcin de la

constante de equilibrio se tiene: dP/dt = K AB

La constante del equilibrio de activacin en funcin de la energa de Gibbs de activacin G

est dada por: K = e (-G/RT) ya que G = H - TS, se llega a la siguiente expresin para la

constante de rapidez:

K = (RT/Nh) e S/R e H /RT se deduce que Ea = H

KNh/RT = e S/R e H /RT

ln KNh/RT = S/RH/RT

A.2. PROPUESTA DEL DISEO EXPERIMENTAL

Llevar a cabo una discusin grupal, identificar las variables involucradas y plantear la hiptesis

para proponer el diseo del experimento que pueda conducir a la resolucin del problema


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planteado (considerar que en el laboratorio se dispone del material indicado en el punto A3).

Anotar la propuesta en el Cuadro 1.

Qu queremos hacer?

Lo que queremos hacer es estudiar el efecto de la temperatura sobre la rapidez de reaccin.

Cmo lo vamos a hacer?

Determinando la constante de rapidez de reaccin a varias temperaturas

Para qu lo vamos a hacer?

Obtener la energa de activacin de reaccin y el factor preexponencial de la ecuacin de

Arrhenius y as mismo obtener la ecuacin que relaciona la variacin de la constante de rapidez

de reaccin con la temperatura.

Cuadro 1. Propuesta de diseo experimental.

Corrida T0C Vaso 1

(Acetona 1.33M)

Vaso 2

(HCl 0.323M + I2 0.002M

1 Temperatura

ambiente

8 ml 2 ml + 8 ml

2 Tamb + 10 40 ml 10 ml + 40 ml

Nota: La corrida 1 se realiza de igual manera que en la determinacin del orden de reaccin. Se

propone trabajar con dos temperaturas, pero queda a criterio del profesor trabajar con ms de

dos.

A3. REACTIVOS Y MATERIALES.

(I2KI) (0.002M- 0.2M)

HCl 0.323 MAcetona 1.33 M

3 vasos de precipitados de 250 ml

1 termmetros1 espectrofotmetro

2 celdas

1 cronmetros3 vasos de precipitados de 50 ml

A4. METODOLOGA EMPLEADA.


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Describir detalladamente en el cuadro 2 la metodologa empleada despus de haber realizado

el experimento.

Cuadro 2. Metodologa empleada.

1. ANTES DE MEZCLAR LAS SOLUCIONES ver tabla del diseo de experimento,

Primero realizar la mezcla la solucin de cido con la solucin de yodo. Esta solucin y la de

yodo por separado deben estar a la misma temperatura deseada.

2. Cuando se encuentren a la temperatura deseada, vaciarlos al mismo tiempo (acciona el

cronmetro)

3. Tomar lecturas de absorbancia (previamente calibrado con agua destilada) a la longitud

de onda seleccionada (espectro) cada 60 segundos registrarlos valores de absorbancia y

tiempo en la tabla 2.1 (hasta que la lectura de absorbancia sea cercano a cero). Tomar de la

mezcla de reaccin slo el volumen necesario y deschalo despus de efectuar la lectura

4. Calcular la concentracin a partir de la ecuacin obtenida de la curva patrn.

A5. DATOS, CLCULOS Y RESULTADOS


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1. Registrar los datos experimentales de absorbancia y concentracin de la curva patrn en la

tabla 1. (Obtenidos en la experiencia Conocimiento de Tcnicas Analticas)

2. Algoritmo de clculos

a. Determinar la concentracin de I2 a cada tiempo y temperatura, a partir de la curva patrn.

Registrar los datos en la tabla 2.

a.

Tabla 2.1

1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8.

y = 811x - 0.0456

R = 0.9995

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025

Absorbancia

Concentracin (mol/L)

Absorbancia vs Concentracin

(Curva patrn)

Absorbancia vs

Concentracion

Linear (Absorbancia vs

Concentracion)


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9. 10. 11.

12. 13. 14.

Tabla 2.2

1. 2. 3.

4. 5. 6.

7. 8. 9.

10. 11. 12.

b. Explicar en qu consiste el mtodo integral para determinar, con la informacin de la tabla,

el orden de reaccin y la constante de rapidez a cada temperatura

Del anlisis de las graficas obtenidas aplicando el mtodo integral la grfica que presenta un

comportamiento lineal ( r = 1 ).

AT A0

AT A0

AT A0

Para saber de qu orden es a reaccin, hay que graficar estas 3 ecuaciones, y la que tenga un

coeficiente de correlacin (r) ms cercano a 1, es la que elegimos.La pendiente de dicha grafica escogida es igual a -K

c. Explicar cmo se obtiene la energa de activacin y el factor pre-exponencial utilizando la

ecuacin de Arrhenius. (Mtodos grfico y analtico).


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Ecuacin de Arrhenius: Relaciona la constante de velocidad con la temperatura

K = A e Ea /RT

ln K = ln A (Ea/R x 1/T)

De la pendiente ( -Ea / R ) se calcula la energa de activacin

De la ordenada al origen ( ln A ) se calcula el factor pre-exponencial.

TABLA 2.1

b=811M-1 Temperatura: 22.2C ambiente = 460 nm

t (min) Abs C ln C 1/ C

0.28 0.663 0.00082 -7.1062 1219.51

0.83 0.648 0.00079 -7.1435 1265.82

2 0.58 0.00072 -7.2363 1388.88

3 0.541 0.00067 -7.3082 1492.54

4.33 0.465 0.00057 -7.4699 1754.39

5 0.426 0.00053 -7.5426 1886.79

6 0.371 0.00046 -7.6843 2173.91

7 0.316 0.00039 -7.8494 2564.1

8 0.289 0.00036 -7.9294 2777.77

9 0.206 0.00025 -8.294 4000

10 0.157 0.00019 -8.5685 5263.1611 0.114 0.00014 -8.8739 7142.86

12 0.061 0.00007 -9.567 14285.71

13 0.024 0.00003 -10.4143 33333.33

TABLA 2.2

b=811 M Temperatura: 31C = 460 nm

t (seg) Abs C ln C 1/ C

0.13 0.669 0.00083 -7.0941 1204.821.12 0.598 0.00074 -7.2089 1351.35

1.52 0.572 0.0007 -7.2644 1428.57

1.95 0.541 0.00067 -7.3082 1492.54

2.37 0.522 0.00064 -7.354 1562.5

3 0.487 0.0006 -7.4186 1666.67

3.5 0.425 0.00052 -7.5617 1923.07

4 0.375 0.00046 -7.6843 2173.91

4.5 0.342 0.00042 -7.7753 2308.95

5 0.334 0.00038 -7.8753 2631.58


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6 0.254 0.00031 -8.0789 3225.81

6.5 0.213 0.00026 -8.2548 3846.15

A6. ELABORACIN DE GRFICOS

Trazar las grficas de (C vs. t); (Ln C vs. t) y (1/C vs. t) para cada temperatura, y comprobar el

orden y las constantes de rapidez.

Graficas hechas con la tabla 2.1.

Grafica 1. Concentracin Vs Tiempo.

Grafica 2. Ln Concentracin vs Tiempo

y = -6E-05x + 0.0008

R = 0.9978

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0 5 10 15

Concentracin(M)

Tiempo (min)

Concentracin vs Tiempo 22.2C

Concentracin vs

Tiempo

Linear (Concentracin

vs Tiempo)


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Grafica 3. 1/Concentracin vs Tiempo.

Debido a que esta es una grafica exponencial, no se debe hacer una regresin lineal. Ya que

no se ve como una lnea recta.

Graficas hechas con la tabla 2.2

y = -0.2186x - 6.6429

R = 0.8505

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 5 10 15

LnConcentracin

Tiempo (min)

Ln Concentracin vs Tiempo 22.2C

Ln Concentracion vs

Tiempo

Linear (Ln

Concentracion vs

Tiempo)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 5 10 15

1/Concentracin(M-1)

Tiempo (min)

1/Concentracin vs Tiempo 22.2C

1/Concentracin vs

Tiempo


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Grafica 4. Concentracin vs Tiempo

Grafica 5. Ln Concentracin vs Tiempo

Grafica 6. 1/Concentracin vs Tiempo

y = -9E-05x + 0.0008

R = 0.9946

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0 2 4 6 8

Concentracin(M)

Tiempo (min)

Concentracin vs Tiempo 31C

Concentracin vs

Tiempo

Linear (Concentracin

vs Tiempo)

y = -0.1819x - 6.9729R = 0.975

-8.4

-8.2

-8

-7.8

-7.6

-7.4

-7.2

-7-6.8 0 2 4 6 8

LnConcentracin

Tiempo (min)

Ln Concentracin vs Tiempo 31C

Ln Concentracin vs

Tiempo

Linear (Ln

Concentracin vs

Tiempo)


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Debido a que esta si seguimos registrando datos, lo que obtenemos es una grafica exponencial,

no se debe hacer una regresin lineal. Ya que no es una lnea recta.

TABLA 3. Con los valores de K construir la siguiente tabla:

T 0C T (K) 1/T K ln K

22.2 295.2 0.003387 0.00006 -9.721231 304 0.003289 0.00009 -9.3157

Trazar la grfica de ln K vs 1/T. Determinar la Ea y A

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 2 4 6 8

1/Concentracin(M-1)

Tiempo (min)

1/Concentracin vs Tiempo 31C

1/Concentracin vs

Tiempo

y = -4137.8x + 4.2934

R = 1

-9.75

-9.7

-9.65

-9.6

-9.55

-9.5

-9.45

-9.4

-9.35

-9.3

-9.25

0.00325 0.0033 0.00335 0.0034

LnK

1/T (K-1)

ln K vs 1/T

ln K vs 1/T

Linear (ln K vs 1/T)


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y = -4137.8x + 4.2934

R = 1

De esta ecuacin de la recta tenemos que la pendiente es igual a Ea/R

( )

Tambin sabemos que en esta ecuacin de la recta, de la forma y=mx+b; b=Ln A

A7. ANLISIS DE RESULTADOS1. De qu orden es la reaccin?

De acuerdo a los coeficientes de correlacin de las diferentes graficas, en la que se observa un

valor de r ms cercano a 1, es en las graficas de concentracin vs Tiempo.

Por lo tanto es de orden cero.

2. Cmo cambia la constante de rapidez de reaccin con la temperatura?

Al aumentar la temperatura aumenta la constante de rapidez de reaccin.

3. Qu valor tiene la energa de activacin? Cules son sus unidades?

( )

4. Qu valor tiene el factor pre-exponencial? Cules son sus unidades?

A8. CONCLUSIONES.

Practicamente casi cualquier reaccin se acelera cuando se le aumenta la temperatura

Cuanto mayor es la T en una reaccin, mayor es el valor del coeficiente cintico k y por tanto,

mayor es la velocidad de reaccin; esto es porque la velocidad de reaccin aumenta al

aumentar la temperatura ya que al aumentar la energa cintica de las molculas, las colisiones

son ms frecuentes y rpidas por lo que la reaccin se da ms rpidamente. La frecuencia de


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las colisiones que se lleva a cabo en la reaccin en la cual se expresa como A y se le conoce

como el factor pre-exponencial de la ecuacin de Arrhenius, esto nos da esto una relacin con

la constante de velocidad, ya que la constante de velocidad es directamente proporcional a la

frecuencia de colisiones.

A9. MANEJO DE RESIDUOS

(I2 KI) (0.002M- 0.2M), HCl 0.323 M, Acetona 1.33 M

Solo trabajamos com la mezcla de estos 3 componentes, as que la mezcla se agrega a un bote

de resduos para despues llevarla a um tratamiento de resduos.

Agua destiladaEsta se puede ir a la tarja.

A10. BIBLIOGRAFA

Keith J. Laidler, John H. Meiser Fisicoqumica, , CECSA, 1a. Edicin, 1997.

Atkins P., Addison Wesley Fisicoqumica, Iberoamericana, 3 Edicin, 1991.

Ira N. Levine Fisicoqumica, , Mc Graw Hill, 4 edicin, 1996.

Castellan G. W Fisicoqumica,., Addison Wesley Longman, 2 Edicin, 1987.

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