LABORATORIO N6CINTICA DEL SISTEMA PERDISULFATO YODUROCINETICA QUMICA

El estudio de una reaccin qumica puede hacerse desde el punto de vista termodinmico o desde el cintico. El estudio termodinmico permite conocer la posicin en la cual la reaccin alcanzar el equilibrio. Cuantitativamente la posicin de equilibrio viene definida por la constante de equilibrio, que representa el cociente de las actividades de productos y reaccionantes:A+BC+DEl valor de la constante es una indicacin de la extensin en la que se producir la reaccin. Sin embargo, no da ninguna informacin relacionada con la duracin del proceso. Los criterios termodinmicos no incluyen la variable tiempo, puesto que slo consideran .la diferencia de propiedades del sistema entre los estados inicial y final y, por lo tanto, no se ocupan de la velocidad a la que tiene lugar la reaccin ni los estados intermedios por los que transcurre, .Debido a sto, existen procesos termodinmicamente espontneos que no se producen a velocidad apreciable o que lo hacen a velocidades muy pequeas. Un ejemplo es la formacin de agua a temperatura ambiente a partir de la combustin de hidrgeno:H2 + 1/2 02 < = > H20 /\G = - 198 Kj /molA temperatura ambiente, este proceso prcticamente no tiene lugar a pesar de que la variacin de energa libre a 25 C es muy negativa. Para que la reaccin se produzca, el proceso debe acelerarse utilizando un catalizador (tal como negro de platino) o bien iniciarse en algn punto con una chispa que produzca un aumento de temperatura suficiente.

Para completar los conocimientos termodinmicos de los procesos qumicos, la cintica qumica trata dos aspectos bsicos: la descripcin del mecanismo de reaccin o conjunto de pasos y estados intermedios que se producen durante la reaccin, y la formulacin de una ley de velocidad que describa adecuadamente y en detalle la velocidad de la reaccin.

MECANISMOS DE REACCIN

Desde el punto de vista termodinmico, en una reaccin qumica, los reactivos constituyen el estado inicial y los productos el estado final. Al pasar del estado inicial al estado final, se produce un cambio de la energa libre. Cuando el cambio es negativo se dice que la reaccin es espontnea y no existe ningn impedimento termodinmico para que la reaccin se produzca, sin embargo este enfoque slo tiene en cuenta las propiedades de reactivos y productos aislados, no incluye los posibles obstculos que puedan existir durante la reaccin. Consideremos la siguiente reaccin:AB + C < = >A + BCLa formacin del nuevo enlace B-C requiere que las molculas de los reactivos AB y C se acerquen a distancias lo suficientemente cortas para permitir un solapamiento eficaz de sus orbitales. Sin embargo, la disminucin de la distancia comporta un aumento de la repulsin entre las nubes electrnicas. Para vencer la repulsin, las molculas de los reactivos deben acercarse con suficiente energa cintica. Por encima de una determinada energa que permita el solapamiento eficaz, se empezarn a formar los nuevos enlaces de los productos, a la vez que se debilitarn los enlaces de los reactivos, formndose una especie integrada por todas las molculas de reactivos y en la cual unos enlaces se estn rompiendo mientras otros se estn formando. Esta especie se conoce como complejo activado. Finalmente, se acabaran de romper los enlaces de los reactivos para conducir a la formacin de los productos de la reaccin. El proceso global se puede esquematizar en la forma:AB+ C< = >A ... B .. C< =>A+ BCLa figura siguiente muestra la variacin de la energa en funcin de la coordenada de reaccin:ABCA+BCPuesto que para formar el complejo activado los reactivos deben vencer las fuerzas de repulsin, la energa del complejo activado es ms alta que las energas de los reactivos y de los productos. La diferencia entre la energa de los reactivos y la del complejo activado se denomina energa de activacin, y puede considerarse como una barrera energtica que deben sobrepasar los reactivos para transformarse en productos.La reaccin anterior se produce con la formacin de un solo complejo activado y superando una sola barrera de energa de activacin. Este tipo de procesos se llama reacciones elementales. Una reaccin puede transcurrir tambin mediante dos o ms procesos elementales. En tal caso, diremos que la reaccin es compleja.El nmero de molculas que toman parte como reactivos en un proceso elemental se denomina rnolecularldad. Se conocen reacciones elementales unimoleculares, bimoleculares y trirnoieculares, aunque estas ltimas son muy escasas. La descomposicin del ozono nos proporciona un buen ejemplo de reaccin compleja, con una etapa un molecular y dos etapas bimoleculares:03 02 oSumando las etapas elementales se obtienen la reaccin global:El conjunto de los procesos elementales de una reaccin se denomina mecanismo de reaccin.DETERMINACIN EXPERIMENTALDE LA ECUACIN DE VELOCIDADCuando se aborda el estudio cintico de una reaccin, el primer objetivo es establecer la ecuacin de velocidad. Lo cual supone la determinacin de los rdenes de reaccin y de la constante de velocidad. As, si se estudia una reaccin de la forma:a A+ b 8--> PComo primera aproximacin, podemos suponer una ley general del tipo:Para determinar los rdenes de reaccin se puede hacer uso del mtodo de las velocidades iniciales, el cual se basa en la medida de la velocidad inicial, v.; para a diversas mezclas de reaccin en las que se mantienen constantes todas lasConcentraciones excepto una. En esas condiciones la velocidad aparece como una funcin de la nica concentracin variable y, por lo tanto, se puede determinar fcilmente el orden de reaccin respecto a dicha especie. As, en la reaccin anterior, para determinar n se mantendra constante la concentracin de B y se hara uso de la expresin:Donde k' incluye el trmino constante de concentracin de B. Tomando logaritmos resulta:log v0 = log k' + n log [AJQue es la ecuacin de una recta. Una serie de experiencias realizada para diversas concentraciones iniciales de A nos permitir obtener diversos puntos de la recta. El orden de reaccin, n, es la pendiente de la recta, que puede obtenerse ajustando por mnimos cuadrados

MATERIALES Y EQUIPOS

Tubos de ensayo, 30ml ~on tapones de corcho (20 por equipo de estudiante) Cronometro Baono de agua 40C Bao de hielo Termmetro, 0-100C Pipetas.REACTIVOS Perdisulfato de potasio, 0,02M: Agregar 5,4g de perdisulfato de potasio a agua destilada y diluir a un litro Reactivo de yoduro de potasio/ almidn/tiosulfato: Disolver 49,8g de KI, 50ml de sol. De almidn y 0,2g de Na2S203, en agua destilada y diluir a 1 litro. Este reactivo es 8,06x10-4M 520'32 y 0,3M en KI.PROCEDIMIENTO1. En diez tubos de ensayo limpios y secos, aqi~ionar utilizando una pipeta 10, 9,8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 mi respectivamente de la solucin de 52082 En los ltimos nueve tubos agregar agua destilada hasta completar el volumen en cada uno a 10 mi. Utilizar tambin una pipeta.2. Agregar al primer tubo rpidamente 10 mi de solucin Kl-almidon-52032 empezando a la vez a cronometrar el tiempo. Mezclar perfectamente las soluciones (inmediatamente despus de poner en marcha el cronometro). Registrar el tiempo de la primera aparicin de un color azul.3. Repetir este procedimiento con los otros nueve tubos, adicionando cada vez rpidamente 10 mi de sol Kl-almidon-S2032 Si el tiempo lo permite repetir el experimento y utilizar los valores promedios en clculos.Efecto de las temperaturas sobre la velocidad de reaccin1. A un tubo de ensayo limpio y seco aadir con una pipeta 4 ml de solucin 0,02M de K2S208 y 6 ml de agua destilada. En un segundo tubo de ensayo colocar 10 ml de sol. Kl-almidon-S2032 Colocar ambos tubos en vaso de precipitado con agua y hielo. Cuando la temperatura de ambos tubos sea constante, verter el contenido del tubo de Kl-almidon-S2032 dentro del otro y cronometrar el tiempo.2. Repetir el procedimiento anterior sumergiendo ambos tubos en agua a una temperatura aproximada de 10 C. (Medir la temperatura exacta).

Hallando la energa. De activacin:

De la ecuacin: hallamos In.A.

Experiencia N 1:

Experiencia N 2:

Experiencia N3:

Experiencia N 4: