reporte no.5 cinetica quimica

8/17/2019 Reporte No.5 Cinetica Quimica

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UNIVERSIDAD

MICHOACANA DE

SAN NICOLÁS DEHIDALGO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS

M.C MARIA TERESA REYES REYES

PRACTICA No.5

CINÉTICA DE LAS REACCIONES DE PRIMER ORDEN

(HIDRATACIÓN DEL ANHÍDRIDO ACÉTICO POR EL

MÉTODO COLORIMETRICO)

ALUMNO: CARMEN IVETTE AMEZCUA TOVARMATRÍCULA: 1025068B

SECCIÓN: 02 MÓDULO: 3

EQUIPO No. 2

Magdalena Martínez Arévalo 0967041H

José Alejandro morán Balderas 0935755G

Alexis Pérez Gazquez y Marín 1343578K

Gabriela Martínez Báez 0965810J

MORELIA, MICH. 08 DE FEBRERO DEL 2016.


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OBJETIVO

Mediante el método del colorímetro, determinar el orden de la reacción, la constante

específica de velocidad de la reacción y la energía de activación de la hidrolisis del anhídrido

acético, por método analítico y gráfico.

INTRODUCCION

La velocidad de interacción del anhídrido acético con el agua es grande y en este caso los

métodos calorimétricos no son válidos para las investigaciones cinéticas. Por ello para el

estudio de esta reacción se usan los métodos fisicoquímicos de análisis. Una de las

posibilidades de estudio de la cinética de esta reacción la brindas las investigaciones

colorimétricas.

El estudio de la cinética de las reacciones químicas se usa ampliamente en los métodosfisicoquímicos de análisis que permiten determinar la composición de la mezcla de reacción

por sus propiedades. Para ello se tiene gran significación el método colorímetro. A

diferencia de los métodos químicos, este requiere menos tiempo9 y por lo común la

sustancia se analiza directamente en la solución (sin aislarla) y en cantidades muy pequeñas.

Las determinaciones colorimetrías se basan en la comparación de la absorbancia o

transmitancia de la luz por las soluciones a investigar y la estándar, coloreadas. En la

práctica predomina la foto colorimetría, en la que para las mediciones se utilizan foto

células puesto que las reacciones visuales son menos objetivas.

El fundamento del método de la ley unificada del Louger- Lamber – Beer, se puedenexpresar en la siguiente ecuación.

= ,

Donde D es la densidad óptica:

= logI

I0 es la intensidad del haz luminoso incidente; l es la intensidad del haz luminoso después

de travesar la solución; C es la concentración dela sustancia disuelta, mol/L es el espesor de

la capa absorbente, cm; es el coeficiente molar de extinción.

El coeficiente molar de extinción representa la densidad óptica de la solución 1 M pues en

la cubeta con espesor de la capa 1 cm. Depende de la longitud de onda de la luz incidente,

d la temperatura de la solución y la naturaleza de la sustancia disuelta y del disolvente, pero

se mantiene constante al variar el espesor de la capa del absorbente.


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La relación I/I0 caracteriza la transparencia de la solución y se denomina trasmitancia T

puede variar de 0 a 1. A veces esa magnitud se expresa en tanto por ciento:

=I

100

Si la magnitud T está relacionada con el espesor de la capa de 1 cm, entonces ella sedenomina coeficientes de transmitancia. De este modo, = log , expresando T entanto por ciento.

= log100

T= 2

La densidad óptica se puede tomar los valores a ∞, sin embargo, los aparatos modernos

permiten medir sus valores dentro de los limites 0 a 2.

TECNICA EXPERIMENTAL Y CÁLCULOS

Se prepara el colorímetro, mientras se preparan una serie de soluciones estándar de yodo

mediante disolución en KI 0.025 M que se muestra en la tabla que aparece más adelante

con los datos obtenidos.

Para las mediciones colorimétricas se utiliza una celda de 10 mm de espesor.

Los resultados de las mediciones de la densidad óptica de las soluciones estándar se

muestran en la siguiente tabla:

Temperatura: Longitud de onda: 600 nm

Número dematraz

[I2] Cantidad desolución de I2para dilución

Transmitancia(%)

Densidad óptica

1 5x10

-2

12.5 40.5 0.39252 2.5x10-2 12.5 59.4 0.2262

3 1.25x10-3 12.5 79.8 0.0979

4 6.25x10-3 12.5 83.5 0.0783

5 3.125x10-3 12.5 94.4 0.0250


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A partir de los datos obtenidos se construye el gráfico de calibración, trazando en el eje de

abscisas la concentración de las soluciones de2 I y en el eje de las ordenadas, la densidad

óptica.

Los resultados de las observaciones y cálculos se reúnen en una tabla según el modelo:

Temperatura del experimento: 20 °C

Tiempo de inicio de disolución: 0 seg

Tiempo final de disolución: 1511 seg

Considerando:

= 0.398 = 1.024

y = 6.9799x + 0.0444R² = 0.9558

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

D O

[I2]

Densidad Óptica VS. Concentración de Yodo


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Tiempo desde elinicio de la

reacción, segDt

K1(min-1)

x103

20 0.402 6.41 x10-3 3.20540 0.50 0.1778 4.44

60 0.568 0.3168 5.2869 0.5869 0.3571 5.18

98 0.623 0.4453 4.54114 0.651 0.5177 4.54126 0.69 0.6282 4.98

136 0.715 0.7060 5.19

430 0.927 1.8646 4.33

440 0.934 1.9395 4.4

455 0.988 2.8558 6.2797 0.9934 3.0183 3.78

809 1.004 3.4436 4.25

833 1.006 3.5489 4.26840.03 1.010 3.8002 4.52

1511 1.020 5.0530 3.34∞ 1.024

. = . × − −

De forma gráfica la pendiente que se obtiene es igual a la cte. de velocidad ya es que es una

reacción de primer orden


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En el tratamiento de los datos experimentales se deben tomar en cuenta que la reacción de

hidratación del anhídrido acético es seudomolecular y que es una reacción de primer orden,

por ello la constante de velocidad se calcula por la ecuación:

=1

ln

= 1

ln

En esta ecuación la concentración inicial de la sustancia de partida se puede sustituir por

( ) y la concentración en el momento dado por ( ).

Los datos experimentales deben representarse en forma gráfica, según la ecuación:

Ln( ) = l n ( )

O bien

Ln CA = Ln CAo -

Cuando no se logra determinar en el momento de comienzo de la reacción, estamagnitud se determina por el gráfico mediante la extrapolación hasta t=0.

Cuando no se logra determinar0

D en el momento de comienzo de la reacción, esta

magnitud se determina por el gráfico mediante la extrapolación hasta 0t .

En el caso de la reacción en estudio, al calcular k de la reacción, se determina su valor

medio y se compara con med k obtenido a partir de los gráficos )(log 0 t f C C A A

o )(log t f D D t como la tangente del ángulo de inclinación de la recta al eje t .

Por el mismo gráfico se determina la constante media de velocidad. Este valor se compara

con la constante media calculada con la ecuación.

Los resultados de las observaciones y cálculos primero se procedió a calcular la0

D por

extrapolación de datos obtenidos.


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CONCLUSIÓN

En esta práctica se comprobó de manera experimental la cinética de una reacción de

primer orden mediante la medición de la densidad óptica de la solución en diferentes

tiempos.

BIBLIOGRAFÍA

Ingeniera de la cinética químicaJ.M. SmithEditorial continentalMéxico, 1998

Introducción a la termodinámica en ingeniera químico

J.M Smith, H.C. van NessSéptima edición


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CUESTIONARIO

1.

¿cuáles son las leyes que forman la base del método colorimétrico de análisis?

Ley de Beer- Lambert

2. ¿qué es la densidad óptica de una solución y de que depende ella?

Es la medida de la absorción, lo cual se refiere a un fotón de la radiación que puede

ser absorbido por una molécula solo si interactúan con esta. La densidad óptica o

absorbancia es la radiación electromagnética absorbida por las moléculas, iones y

átomos de una muestra se desplazan de un estado energético permisible a otro,

esto depende de las concentraciones de las soluciones.

3. ¿En qué consiste el principio de funcionamiento del fotoelectrocolorímetro?

Las determinaciones colorimétricas se basan en la comparación de la absorbancia o

transmitancia de la luz. La fuente de luz es una lámpara a baja presión de un gas.

Este método y funcionamiento del aparato determina el máximo pico de absorción

a una determinada longitud de anda característica.

4. ¿cómo puede verificarse el orden de la reacción y calcularse la constante de su

velocidad por el método gráfico?

Con la ecuación empleada para las reacciones de primer orden, solo que se utilizaran

las absorbancias en lugar de las concentraciones y se graficara absorbancia en

función del tiempo.

5. La cinética de hidrólisis de 1-cloro-1-metilcicloundecano en el alcohol etílico al 80%

a 25 ° C se ha estudiado mediante la valoración del ácido formado después de

ciertos intervalos de tiempo con una solución de NaOH, se han obtenido los

siguientes datos:

t(h) 0 1.0 3.0 5.0 9.0 12.0 ∞ NaOH(mL) 0.035 0.295 0.715 1.055 1.505 1.725 2.197


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Demostrar que esta reacción es de primer orden, calcular la constante media de velocidad

(s-1) y determinarla mediante: a) Método integral; b) Método diferencial; c) Método de la

vida media y d) método de mínimos cuadrados.

Solución:

Como ya sabemos que la reacción es de PRIMER ORDEN

Planteamos las ecuaciones para cada método.

a)

Método integral

=

Tenemos que

=

=()

Puesto que / es contante se tiene: = . = . La ecuación integrada nos queda

=

Ajustando la ecuación a una línea recta

= = +

donde

= =

Mediante mínimos cuadrados:

= . = = .

−

= .


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b) Método diferencial

=

=

=

= ( )

Los datos de la tabla se ajustan a un polinomio de tercer grado con lo cual

podemos encontrar las derivadas en cualquier punto con lo cual se obtuvieron las

siguientes ctes.a = 7.63344 x10-15

b = -1.15627 x10-9

c = 7.47852 x10-5

d = -2.160360

En la siguiente tabla se resumen los cálculos:

t(seg)

CA f (CA)

0 -2.162 -2.160360 7.4785 x10-5

3600 -1.902 -1.905763 6.6756 x10-5

10800 -1.482 -1.477932 5.2480 x10-5

18000 -1.142 -1.144341 4.0579 x10-5

32400 -0.692 -0.691499 2.3898 x10-5

43200 -0.472 -0.472103 1.7620 x10-5


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=

= + Donde:

=

= = ~

Aplicando mínimos cuadrados

= 1.01987 x10-6

= k1= 3.4684 x10-5 s-1

= 0.9993

c)

Método de la vida media

=

⁄

Si t = 43 200 s

t ½ = 21 600 s

= 2

21 600 = 3.2090 × 10− −

d) Mínimos cuadrados

= ( )

( )


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t

(seg)

( )

( )

0 0

3600 0.1281

10800 0.3776

18000 0.6382

32400 1.1392

43200 1.5218

= ( )( )

= (0.035 2.194)

( 2.197)=

(2.162)( 2.197)

reporte no.5 cinetica quimica

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