universidad nacional autónoma de...

“EFECTO DE LA TEMPERATURA

EN LA RAPIDEZ DE REACCIÓN

DE LA YODACIÓN DE LA

ACETONA”

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

Departamento de Fisicoquímica

Laboratorio de Equilibrio y Cinética

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el efecto de la

temperatura sobre la rapidez

de reacción.

a. Determinar la constante de

rapidez de reacción a varias

temperaturas.

b. Obtener la energía de

activación de reacción y el factor

preexponencial de la ecuación

de Arrhenius.

c. Interpretar físicamente los

parámetros de la ecuación de

Arrhenius (energía de activación

y factor preexponencial).

OBJETIVOS PARTICULARES:

PROBLEMA:

Obtener la ecuación que relaciona la variación de la

constante de rapidez de reacción con la temperatura.

Reacción de formación del ion I3‒:

- -

2 3I ( ) I ( ) I ( )ac ac ac

Reacción de yodación de la acetona:

ECUACIÓN DE ARRHENIUS:

k: Constante de rapidez (mol/L)1-n(min)-1

A: Factor preexponencial (mismas unidades de k).

Ea: Energía de activación (J/mol).

T: Temperatura absoluta (K).

R = 8.314 J/molK.

kA B C D

/aE RTk Ae

La ecuación de

Arrhenius relaciona la

constante de rapidez

(k) con la temperatura

para una determinada

reacción química.

x y

r k A B

INTERPRETACIÓN DE LOS PARÁMETROS

DE LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS:

aE

RTk Ae

La energía de activación (Ea) es la energía mínima necesaria

que deben poseer las moléculas de reactivo para que

colisionen de manera efectiva, de tal manera que sea posible

romper los enlaces químicos y se lleve a cabo la reacción.

A mayor energía de activación, la rapidez de reacción es más

lenta.

En general, la rapidez de

una reacción química,

aumenta, al incrementarse

la temperatura.

El factor preexponencial (A) es la frecuencia de colisiones

entre las moléculas de reactivo, el cual es independiente de

la temperatura. A mayor factor preexponencial, la rapidez de

la reacción aumenta.

TIPOS DE COLISIONES:

COLISIÓN EFECTIVA:

COLISIÓN NO EFECTIVA:

DIAGRAMA ENERGÉTICO:

LINEALIZACIÓN DE LA ECUACIÓN DE

ARRHENIUS:

aE

RTk Ae

ln ln aEk A

RT

1ln lnaE

k AR T

y m x b

■

■

■ ln

k

1/T / (K-1)

aEm

R lnb AbA e

aE mR

Factor preexponencial:

Energía de activación:

TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN

DE EYRING

1

0

/ /

n

S R H RT

A

C RTk e e

N h

1

0

/

n

G RT

A

C RTk e

N h

G H T S

/aE RTk Ae

Comparación con la ecuación de Arrhenius:

1

0

/

n

S R

A

C RTA e

N h

aE H

A B A-B P

MÉTODO DE AISLAMIENTO DE OSTWALD:

kA B C D x y

r k A B

A B 0

B B cte

0

y xr k B A Haciendo:

0

y

obsk k B

x

obsr k A

Esta ecuación se integra,

suponiendo órdenes

parciales de reacción x con

respecto al reactivo A. Este

tratamiento se conoce como

método integral.

APLICACIÓN DEL MÉTODO INTEGRAL:

x

obsr k A Pero: d A

rdt

x

obs

d Ak A

dt O bien:

x

obs

d Ak A

dt

Orden supuesto:

Cero (x = 0)

Uno (x = 1)

Dos (x = 2)

kA B C D

t = 0

t = t

0

A 0

B 0 0

A B C D

ORDEN CERO:

0

obs

d Ak A

dt

obs

d Ak

dt

00

A t

obsA

d A k dt

0 obsA A k t

0obsA k t A

y m x b

■

■

■

■

■

[A]

/ (m

ol/

L)

t / (min)

obsm k

Unidades:

kobs (mol/L min)

ORDEN UNO:

obs

d Ak A

dt

00

A t

obsA

d Ak dt

A

0

ln ln obsA A k t

0

ln lnobsA k t A

y m x b

■

■

■

■

■

ln [

A]

t / (min)

obsm k

Unidades:

kobs (min-1)

0

ln obs

Ak t

A

ORDEN DOS:

2

obs

d Ak A

dt

02 0

A t

obsA

d Ak dt

A

0

1 1obsk t

A A

0

1 1obsk t

A A

y m x b

■

■

■ ■

■ 1

/[A

] / (L

/mo

l)

t / (min)

obsm k

Unidades:

kobs (L/mol min)

Encender el

espectrofotómetro y

esperar 15 min.

Seleccionar la longitud de onda (460

nm) y calibrar el espectrofotómetro

introduciendo la celda con el blanco

en el porta-celda, esperar a que se

ponga en ceros la absorbancia.

En un vaso de precipitados agregar 1 mL de HCl 0.323 M

junto con 4 mL acetona 1.33 M, y adicionar 4 mL de la

solución de (I2-KI) 2 x 10-3 M, mezclando las soluciones.

Registrar la temperatura ambiente.

Llenar la otra celda con la mezcla de

las las soluciones anteriores y leer la

absorbancia cada 0.5 minutos, hasta

que la reacción se termine. Calibrar

con el blanco en cada determinación.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Realizar dos experimentos más: a 30ºC y a

35ºC. Colocar en un vaso 10 mL de HCl

0.323 M junto con 40 mL de acetona 1.33 M.

Mezclar con 40 mL de la solución (I2-KI)

2 x 10-3 M. Repetir el procedimento anterior.

A bc B

■

■ ■

■

■

Ab

so

rban

cia

t / (min)

y m x B

Se mide experimentalmente la absorbancia como función del tiempo.

0B Cálculo de la

concentración de I2:

CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN A PARTIR DE LA ABSORBANCIA:

■

■

/c A B b

■

■ ■

■

■

C / (

mo

l/L

)

t / (min)

■

■

■

■

■

■

■

■

Usar los datos

de pendiente y

ordenada de

curva patrón.

TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES

Para cada temperatura, construir la tabla anterior y trazar las gráficas de

C vs t (orden cero), lnC vs t (orden uno) y 1/C vs t (orden dos), realizando

la regresión lineal correspondiente.

Determinar el valor de la pendiente y el coeficiente de correlación r.

De acuerdo con el método integral, el mejor ajuste será aquel que

tenga el valor de r más cercano a 1 (r ≈ 1).

Temperatura (ºC): _________

Tiempo (min) Absorbancia: [I2] (mol/L) ln [I2] 1/[I2] (L/mol)

0.5

1.0

etc…

0obsA k t A

0ln lnobsA k t A

01/ 1/obsA k t A

ORDEN CERO: ORDEN UNO: ORDEN DOS:

TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES

Construir la siguiente tabla:

1ln lna

obs

Ek A

R T

y m x b

■

■

■

1/T (K-1)

lnb A

Trazar la gráfica ln kobs vs

1/T. Realizar la regresión lineal

correspondiente.

aEm

R

ln k

ob

s

t (ºC) kobs (mol/Lmin) T (K) 1/T (K-1) ln kobs

Parámetros a determinar:

ECUACIÓN DE ARRHENIUS:

aE mR bA e

Por su atención

¡Gracias!

e-mail: omar.termo@hotmail.com

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

¡Gracias por su atención!