UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, Decana de Amrica)

Facultad de Qumica e Ingeniera QumicaE.A.P. Ingeniera Qumica 0.72pRCTICA n 13ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE DESCOMPOSICIN CATALTICA DEL H2O2Profesor: Ajerico PantojaAlumno: Lpez Daz Alan Jos Cdigo: 13070043

Ciudad Universitaria, 24 de Junio del 2015.I. RESUMENAl estudio de las velocidades a las que tiene lugar las reacciones qumicas se denomina cintica qumica. Este tema es importante ya que nos da a conocer como son afectadas las velocidades de reaccin por las variaciones de temperatura, presin y concentracin.

Por ser este tema importante, en esta prctica se plantea determinar la constante de velocidad, el orden y la energa de activacin, para la reaccin

Para el desarrollo de la prctica se coloc en el tubo 1mL de solucin catalizadora y se introdujo en el termostato que an no est prendido, luego de que el tubo este 5 minutos en el termostato se toma la temperatura que es igual a 22 C (se realiza lo mismo para la T=34C)se agreg 0,5 mL de H2O2 y se tap; se empez a tomar medidas de volumen para cada intervalo de tiempo hasta llegar a un tiempo infinito donde el volumen de O2(g) no cambia.

Puesto que el eudimetro est invertido, los volmenes reales obtenidos sern la diferencia entre la medida total del eudimetro y la medida tomada. Se efecta esta diferencia para ambas temperaturas.

Con estos datos obtenidos se procede a graficar; de la Grfica N1(T=22C) y N2 (T=34C) se calcula la velocidad de reaccin para 4 puntos, para esto se toma un punto y se traza la tangente a la curva, la pendiente nos determina el valor de la Velocidad a diferentes intervalos de tiempo.

De la Grfica N3 y N4, nos indican que la reaccin es de primer orden dado que la grfica tierne tendencia lineal.

Para la Grfica N5 y N6, como sabemos que la reaccin es de primer orden graficamos log (V- Vt) vs t para el clculo de la constante de reaccin, el valor de las constantes son las siguientes: para 22 C es 0.06126 min-1 y para 34 C es 0.12782 min-1

Finalmente con el valor de las constantes de velocidad a las temperaturas absolutas se calcula la energa de activacin dndonos 46.204 KJ/mol.

Podemos concluir que la relacin de la velocidad con la temperatura son directamente proporcionales.

II. INTRODUCCIN

Al estudiar la velocidad de las reacciones qumicas se llega a comprender como es que los reactantes a una determinada concentracin se consumen en un tiempo dado, estos datos permiten formular ecuaciones con los cuales se pueden concluir las etapas por las cuales pasan las reacciones; es decir, se elimina las etapas rpidas donde se forman los productos intermedios. Para ello es necesario controlar la temperatura as como la presin a la que se realizan las reacciones qumicas.En este informe se estudia la descomposicin cataltica del perxido de hidrgeno con el fin de determinar el grado de reaccin es decir el nmero de etapas por las que pasa transcurre para formar el oxgeno molecular.

III. OBJETIVOS Determinar de la constante de velocidad de la reaccin Determinar del de la reaccin Determinar la energa de activacin, para la reaccin. Determinar la funcin del catalizador en descomposicin H2O2

IV. PRINCIPIOS TERICOS Determinacin de la ley de velocidad.Los datos cinticos primarios son las concentraciones de las sustancias a distintos tiempos. Hay diversos modos de obtener la ley de velocidad a partir de estos datos.En el mtodo de velocidades iniciales, la velocidad se mide al comienzo de la reaccin para varias concentraciones iniciales de reactivos diferentes. Despus el mtodo considera que la ley de velocidad para una reaccin entre A y B es supuestamente A = k[A]a[B]b , A =d[A]/dtentonces su velocidad inicial (A ,0) est dada por los valores iniciales de las concentraciones [A]0 y [B]0 como A ,0 = k[A]ao [B]bo tomando logaritmo:log A,0 = logk + alog[A]o + blog[B]o (1)

Por tanto , una presentacin del logaritmo de la velocidad inicial del cambio de la concentracin en funcin del logaritmo de la concentracin inicial de A (manteniendo constante [B]o ) debe ser una lnea recta con pendiente a. Igualmente , el orden con respecto a B se puede determinar representando log A,o en funcin de log[B]o manteniendo [A]o constante.El mtodo de las pendientes iniciales podra no poner de manifiesto la ley de velocidad completa, pues en una reaccin compleja los propios productos pueden afectar a la velocidad. Para evitar esta dificultad, la ley de velocidad se debe ajustar a los datos obtenidos en el transcurso de la reaccin. Esto se puede hacer, al menos en los casos sencillos, utilizando una ley de velocidad propuesta para predecir la concentracin de cualquier componente en cualquier instante y comparndola con los datos. Dado que las leyes de velocidad son ecuaciones diferenciales, se deben resolver(es decir, integrarlas) para las concentraciones como funciones del tiempo. Reacciones de primer ordenLa ley de velocidad de primer orden para la desaparicin de un reactivo A es -d[A]/dt = k[A] ..(2)(Un ejemplo de este tipo de proceso es el decaimiento radiactivo de un nclido). sta ecuacin diferencial se reordena a(1/[A])d[A] = -kdt , que se puede integrar directamente .Dado que inicialmente ( a t= 0) la concentracin de A es [A]o y a un tiempo posterior t es[A]t , resulta que

La solucin se puede expresar de dos formas tiles :ln[A]t/[A]o = -kt ,[A]t = [A]oe-ktLa ltima de estas ecuaciones indica que en una reaccin de primer orden la concentracin de reactivo decrece exponencialmente con el tiempo, con una velocidad determinada por k . La primera solucin indica que si se representa ln[A]t/[A]o en funcin de t , la reaccin de primer orden dar una lnea recta. Si la representacin es lineal, entonces la reaccin es de primer orden y el valor de k se puede obtener a partir de la pendiente (la pendiente es k).

V. DETALLES EXPERIMENTALES

a. MATERIALES Equipo instalado tal como se muestra en la figura, pipetas de 10 y 1ml, vasos y bagueta.b. REACTIVOS Solucin de 0,05M de FeCl3, H2O2 al 1% en volumen.

VI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEn el reactor a manera de tubo se coloc 1ml de la solucin catalizadora y se introdujo en el termostato que an no est prendido para que esta solucin se aclimate a la temperatura del agua en l. Despus de unos 5 minutos sin sacar del termostato el tubo se agreg 0,5ml de H2O2 y se tap el tubo que est conectado a la bureta la cual tiene agua que esta nivelada, luego se empez a tomar las medidas de volumen cada ciertos intervalos de tiempo hasta llegar a un tiempo infinito donde el volumen producido de O2(g) no cambia, este es el volumen infinito.Este procedimiento se vuelve a repetir pero ahora el termostato se conect llevando la temperatura del agua a 34 donde se introdujo nuevamente por unos 5 minutos el reactor y luego se agreg el H2O2 y se procedi de igual manera tomando los volmenes a ciertos intervalos de tiempo segn se indica en las tablas de datos.

VII. TABULACIN DE DATOS TABLA N 1, condiciones del laboratorio

PRESIN (mmHg)TEMPERAURA (C)%HR

7562393

TABLA N 2 Volmenes de O2 registrados a diversos valores de tiempo al agregar 1 mL de catalizador FeCl3 a una Temperatura de 22CTiempo (t) (min)Volumen de O2 generado (V) (mL)

0,53

14,6

1,56,3

28,0

2,59,4

310,6

3,511,7

412,8

4,514,0

515,0

616,9

718,5

819,9

921,1

1022,1

1223,0

1424,6

1625,8

1826,6

2027,5

2228,0

2428,4

2628,6

2828,7

3028,9

3229,1

3429,2

TABLA N 3, Volmenes de O2 registrados a diversos valores de tiempo al agregar 1 mL de catalizador FeCl3 a una Temperatura de 34C

Tiempo (t) (min)Volumen de O2 generado (V) (mL)

0,510,0

0,7515,0

1,020,5

1,2524,0

1,526,0

1,7527,0

2,027,7

2,2528,1

2,528,5

2,7528,8

3,029,1

3,529,5

4,029,8

4,530,0

5,030,4

6,030,7

7,030,9

8,031,0

9,031,0

10,031,0

11,031,0

12,031,0

TABLA N 3 Volumen del O2 al tiempo

T (C) (mL)

2233,6

3434,5

TABLA N 4 para la Grfica N 1 y N5 (T=22C)

Tiempo (t) (min)(V- Vt)Log(V- Vt)

0,530.61.4857

1291.4624

1,527.31.4362

225.61.4082

2,524.21.3838

3231.3617

3,521.91.3404

420.81.3181

4,519.61.2923

518.61.2695

616.71.2227

715.11.1790

813.71.1367

912.51.0969

1011.51.0607

1210.61.0253

1490.9542

167.80.8921

1870.8451

206.10.7853

225.60.7482

245.20.7160

2650.6990

284.90.6902

304.70.6721

324.50.6532

344.40.6435

TABLA N 5 para la Grfica N 2 y N6 (T=34C)

Tiempo (t) (min)(V- Vt)Log(V- Vt)

0,524.51.389

0,7519.51.290

1,0141.146

1,2510.51.021

1,58.50.929

1,757.50.875

2,06.80.833

2,256.40.806

2,560.778

2,755.70.756

3,05.40.732

3,550.699

4,04.70.672

4,54.50.653

5,04.10.613

6,03.80.580

7,03.60.556

8,03.50.544

9,03.50.544

10,03.50.544

11,03.50.544

12,03.50.544

VIII. CLCULOS Y GRFICOSa. Grafique (- Vt) vs t, para cada temperatura.

T= 22C

T=34C

b. Grafique el log de la velocidad de la reaccin para diferentes intervalos de tiempo en funcin del log(- Vt), y halle el orden de la reaccin.T= 22C

T= 34C

Se tomaron 4 puntos tangentes a la curvas de los grficos anteriores con el objetivo de calcular la pendiente que nos dar el valor de la velocidad de reaccin. Los puntos obtenidos se detallan en la tabla de resultados.Reaccin de primer orden, ya que las grficas son rectas.c. Grafique el log (- Vt) 1/(- Vt) vs t, de acuerdo al orden obtenido en b) y halle las constantes de velocidad de reaccin.

Para orden N 1, tenemos las siguientes grficas:T=22C +273,15K=295.15K

T=34C+273.15=307.15K

d. Calcule la energa de activacin de la reaccin.

La energa de activacin () se obtiene de la siguiente ecuacin:

IX. TABLA DE RESULTADOS

TABLA N6 para los 4 puntos tangentes a la curva a diferentes temperaturasT=22C(V- Vt)VRxnlog(V- Vt)log VRxn

25.63.101.40820.4914

18.62.301.26950.3617

15.21.511.18180.1790

11.40.801.0569-0.0969

T=34C

(V- Vt)VRxnlog(V- Vt)log VRxn

10.6121.02531.0792

7.53.20.87510.5051

6.41.560.80620.1931

50.750.6990-0.1249

TABLA N 7 constantes de velocidad a diferentes temperaturas

TKk (min-1)

295.150,06126

307.150,12782

TABLA N 8 energa de activacin (Ea)

Ea (kJ/mol)

46,204

X. DISCUSION DE RESULTADOS Hubo errores al realizar esta prctica las cuales pueden ser que dejo abierto mucho tiempo el orificio de salida del aire, dejndose escapar mucho volumen de oxigeno el cual no pudo ser calculado, el aparato para efectuar las mediciones se encontraba con pequeas fugas, adems el clculo de la altura a la que se deba sostener la pera, era muy inexacto. La descomposicin del perxido de hidrogeno es un ejemplo claro de reacciones de primer orden. Experimentalmente, en laboratorio se trabaj a una temperatura de 23C de donde se obtuvo para 22C la descomposicin del perxido de hidrogeno un orden de reaccin igual a 1, mientras que para una temperatura de 34C, tambin se obtuvo un orden de reaccin igual a 1. El desprendimiento de O2 con la ayuda de un catalizador se lleva a cabo de manera ms rpida y eficiente, siendo un factor importante la temperatura, el catalizador no inicia una reaccin, sino que solo acelera una transformacin que se produce por si misma en forma extraordinariamente lenta. El catalizador provoca una disminucin de la energa de activacin, aumentando la velocidad de reaccin.

XI. CONCLUSIONES De acuerdo a la grfica log(V Vt) vs t , la constante de velocidad a 22C es 0.06126 min-1 ( Grafica N 5 , pag 13). De acuerdo a la grfica log(V Vt) vs t , la constante de velocidad a 34C es 0.12782 min-1 ( Grafica N 6 , pag 14) A partir de los graficos log(Vrxn) vs log(V Vt) , se pudo establecer que la reaccin es de primer orden, pues las grficas tienen tendencia lineal. ( Graficas N3 y N 4 , pag12) La energa de activacin del H2O2 con el catalizador es de 46.204 KJ/mol) La energa de activacin del H2O2 sin el catalizador es de 69.100 KJ/mol)

XII. RECOMENDACIONES

Se recomienda mantener constante la temperatura, para obtener una curva que contenga al mayor nmero de puntos y de esta manera hallar la velocidad de la reaccin, el orden y la constante de velocidad. Evitar fuga de oxgeno, debido al volumen final debe ser mayor al obtenido en cada segundo. Durante el calentamiento el vaso nivelador se mantiene en la posicin ms alta posible.

XIII. BIBLIOGRAFA

Maron y Prutton Fundamentos de Fisicoqumica, 1ra. edicin, Edit. Limusa, Mxico, 1978, pginas: 834-837

Atkins P.N. Fisicoqumica 2da Edicin. Edit Addison Wesley, Mxico, 1928, Iberoamericana, Mxico 1988

Ponz Muzzo. Fisicoqumica, 1era. edicin, Edit. Universo, Iberoamericana, Mxico, 1988, pginas: 515-518

Castellan G. Fisicoqumica, 2da. edicin, Edit. Addison Wesley Iberoamericana, Mxico, 1987, pginas: 841-848

Maron, Land J. Fisicoqumica Fundamental, 1ra. edicin, Edit. Limusa, Mxico, 1978, pginas: 890-894

http://www.celso-foelkel.com.br/artigos/outros/04_Estudio%20cin%E9ticowre%20de%20la%20reacci%F3n%20entre%20per%F3xido%20de%20hidr%F3ge.pdf

XIV. ANEXO

CUESTIONARIO1.- Cundo se dice que las molculas se encuentran en estado activado? Y Cmo influye la temperatura?

El aumento de temperatura produce casi invariablemente un aumento significativo de velocidad de una reaccin qumica.Las molculas reaccionantes no solamente deben colisionar entre s, sino que tambin deben ser correctamente orientadas y chocar con suficiente energa, o sea estar activadas. El nmero de colisiones que son efectivas es mucho ms pequeo y debe ser claramente diferenciado de las colisiones totales. Las molculas que reaccionan estn en un estado excepcional, uno de alta energa comparado con el promedio molecular. Las colisiones que causan reacciones entre dos o ms molculas, son pocas y solamente pueden ocurrir por colisiones de molcula de alta energa. Las molculas que reaccionan se llaman molculas activadas, y una colisin que causa reaccin se llama una colisin de rica energa. La velocidad del aumento de la velocidad de reaccin con la temperatura, consiste en que el aumento de temperatura favorece considerablemente el aumento de la fraccin de molculas que posee gran exceso de energa sobre el promedio, habiendo as un nmero mayor de colisiones de molculas que posee la necesaria energa de activacin para que se efectu la reaccin.Los conceptos de estado activado y energa de activacin se han introducido para explicar el pequeo nmero de colisiones fructferos en las reacciones qumicas. La reaccin nicamente tiene lugar cuando las molculas reaccionantes poseen una cantidad adicional de energa, por encima de las que poseen el promedio de las molculas. Esta energa adicional se denomina energa de activacin, y cuando unas molculas la poseen, se dice que estn en estado activado.Cuanto mayor es la energa de activacin para una reaccin, menor ser el nmero de molculas que la poseen y ms lenta ser la reaccin a una temperatura determinada de otro lado, cuanto mayor es la temperatura, mayor ser el nmero de molculas en estado activado.

Energa de Activacin de una Reaccin.

2.- Cul es la funcin de un catalizador en una reaccin ?

Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reaccin qumica sin consumirse, el catalizador puede reaccionar para formar un intermediario, pero se regenera en paso subsecuente de la reaccin.La funcin de un catalizador es la de efectuar la reaccin deseada con una menor energa de activacin, lo que produce una reaccin ms rpida. Por qu ms molculas alcanzan a poseer la cantidad de energa de activacin necesaria para reaccionar.

Efecto del Catalizador sobre la Energa de Activacin.

3.- Explique el proceso de auto catlisis.

Cuando en un proceso se produce una sustancia capaz de actuar como catalizador sobre la reaccin, se dice que esta es auto cataltica. As ocurre en el desdoblamiento del acetato de etilo en etanol y cido actico, que empieza por ser muy lenta, pero cuando se ha formado algo de cido actico la rapidez aumenta, porque este cido influye sobre la saponificacin, por lo iones Hidronio que se forman con le solvente agua. Otro ejemplo es la valoracin de cido oxlico con permanganato sobre la solucin caliente de cido oxlico, transcurre un tiempo antes de que se decolore, sin embargo la segunda porcin se decolora rpidamente, debido a las Sales manganosas que se han formado al consumirse la primera porcin del permanganato, catalizan la reaccin.

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