Descripción: laboratorio de reactores oxidación de yodo
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Cara langsung disebut iodimetri (digunakan larutan iodium untuk mengoksidasi reduktor-reduktor yang dapat dioksidasi secara kuantitatif pada titik ekivalennya). Namun, metode iodimetri ini j…Deskripsi lengkap
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PRÁCTICA No 2. RELOJ DE YODO, MÉTODO DE LA VELOCIDAD INICIAL
Daniel Benjumea, Camila González Arango, Juan Carlos Henao, Juan Camilo Morales Facultad de Ingeniería química, ni!ersidad "onti#icia Boli!ariana$ Cq$ % &'() a, &'(*+, Medellín, Antioquia$
Resumen-
.n el /resente in#orme, se a/lica el m0todo de la !elocidad inicial /ara determinar el orden 1 calcular la constante cin0tica de una reacci2n, además se estudia el e#ecto de un catalizador so3re la constante cin0tica /or medio del reloj de 1odo$ 4e estudian dos ti/os de reacciones- reacci2n no catalizada en la cual se determina la !elocidad inicial 1 los 2rdenes de reacci2n res/ecto a los reacti!os /ara calcular la constante cin0tica o3ser!ada 1 la reacci2n catalizada en donde se calcula la constante de reacci2n catalítica 1 no catalítica$ 4e o3tiene un !alor de +$+%5 67mol s /ara la constante de o3ser!aci2n /ara la reacci2n catalizada 1 ordenes de reacci2n % /ara cada uno de los reacti!os 1 /ara el caso de la reacci2n catalizada se o3tiene una constante de reacci2n catalizada 8c 9 +$5:+% 65 7mol 5 s 1 la constante /ara la reacci2n no no catalizada 8 nc 9 +$+%*: 67mol s$ nc 9 Palabras Clave: ;eloj
de 1odo, !elocidades iniciales, constante cin0tica, orden de
reacci2n$
1. MAT MATERIAL ERIALES ES Y MÉTOD MÉTODOS OS %$% "re/araci2n de las soluciones Se preparan 100mL una solución amortiguadora que contiene acetato de sodio y ácido acético glacial obteniendo un pH de 4.07. Simultáneamente se realiza una dilución del peróido de !idrogeno el cual se lle"a de una concentración de 0.04#$ de igual manera se realiza la dilución para el ácido n%trico el cual se lle"a a 0.&#. Se prepara una solución de almidón al '( en 100#l de agua y adicionalmente se preparan las soluciones de )iosul*ato de sodio penta!idratado y yoduro de potasio$ para estas +ltimas se preparan 100 #l 0.01# y 0.0,# respecti"amente. %$*$5 ;eacci2n no catalizada -ara la reacción no catalizada se realizan cinco ensayos en los cuales se mide el tiempo en el cual tarda en aparecer la coloración azul$ además de esto para los cinco ensayos se prepara una solución no catalizada la cual consiste en '&mL de solución bu**er$ '&mL de la solución de almidón y '&mL de la solución de )iosul*ato de sodio penta!idratado en 17&mL de agua destilada. -ara los tres primeros eperimentos se mantiene la concentración de / constante esto para encontrar el orden a de la reacción "ariando la concentración de agua destilada y peróido. 2n los dos +ltimos ensayos se mantu"o constante la concentración de -eróido de &0mL "ariando la de yoduro y agua destilada para encontrar el orden b de la reacción y encontrar la ley de "elocidad$ para encontrar esta "elocidad se usará el método de "elocidades iniciales3 r i=
[ I 2 ]i t
1
La concentración inicial de yodo se conoce a partir de la cantidad de 2 23 presente en el medio y el tiempo se mide desde el momento que inicia la reacción !asta que aparece la coloración azul. onocida la "elocidad inicial para casa ensayo$ es posible encontrar el orden de la reacción respecto a cada reacti"o a$ b y las concentraciones 5 H 5 <5 = y 5I =) teniendo en cuenta que la ley de "elocidad de la reacción tiene la siguiente *orma a un pH de 4.'3
−¿ ¿
I
¿ ¿
[
'
r = k obs H 2 O 2
a
]
¿
k obs
onocido todo lo descrito anteriormente se calcula el "alor de
para cada ensayo y se
promedian para encontrar el "alor de la constante para la reacción no catalizada a temperatura ambiente.
%$*$* ;eacci2n catalizada -ara la reacción catalizada se realizan cuatro ensayos en los cuales se mide nue"amente el tiempo en el cual tarda en aparecer la coloración azul además de esto para los cuatro ensayos se prepara una solución catalizada la cual a di*erencia de la no catalizada no contiene la solución bu**er y tiene '00mL de agua. -ara los cuatro eperimentos se mantu"o la concentración de / y de peróido$ "ariando la concentración de ácido n%trico y de agua$ con el *in de estudiar la in*luencia del pH del medio$ para este caso también se usa la ecuación 1 para encontrar las "elocidades iniciales de reacción$ pero la ley de "elocidad obser"ada tiene una *orma más general3 −¿ ¿ I ¿ +¿ −¿ ¿
I ¿ ¿ ¿
6
[
]
a
H H 2 O2 ¿ ¿
[
]
a
r = k nc H 2 O 2 ¿
el procedimiento realizado en reacción no catalizada se conocen los órdenes de reacción para los reacti"os y se calcula reacción sin catalizar
k nc
k obs
y >H ? = /ara cada ensayo para !allar la constante para la k c
y para la reacción catalizada
a temperatura ambiente
−¿¿ I
¿ ¿
teniendo en cuenta que al di"idir la ecuación 6 por
se obtiene3 a
[ H O ] ¿ 2
2
−¿¿ I
¿ ¿ ¿ +¿ ¿ b
4 a
[ H O ] ¿ 2
2
r
¿
2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3. *$% ;eacci2n no catalizada -ara !allar las "elocidades iniciales en la reacción catalizada$ es necesario calcular la concentración de / ' inicial$ la cual se calcula a partir de la cantidad de 2 23 presente en el medio$ para esto$ se calcula la concentración de 2 23 en el reactor 100 ml totales de reacción y por medio de la relación estequiometria dada en & se determina la concentración de yodo molecular inicial en el reactor encontrando un "alor de 0.0001'& mol8L. 2 −¿
−¿+ S O¿ ¿ 2−¿ → I ¿ I + 2 S O 4
2
2
6
&
3
onocido el tiempo que se tardó en producirse el / ' es decir !asta tomar el color azul se calcula entonces la "elocidad de reacción3 )abla 1. oncentración inicial de / ' y 9elocidades iniciales para la reacción no catalizada.
:sando los "alores de las reacciones 1$ ' y 6 en donde la concentración de @I es constante se calcula el orden de reacción respecto a '' el cual tiene concentración conocida$ linealizando la ecuación ' se obtiene3 k ln
(¿¿ obs)+ a ln [ H O ] ln ( r )=¿ 2
2
,
La concentración de H ';' es conocida al igual que la "elocidad de reacción$ por lo tanto$ al gra*icar 6n r s 6n >H 5< = y encontrar la pendiente se obtiene el "alor de a que corresponde al 5 orden de reacción para el peróido de !idrogeno. < continuación$ se muestran los datos y la grá*ica obtenida3
)abla '. atos de linealización para la "elocidad de reacción y la concentración de peróido de !idrogeno
=rá*ico 13 Linealización de la "elocidad de reacción contra la concentración de peróido de !idrogeno. )abla 6. ;rden de reacción para el peróido de !idrogeno.
2s posible aproimar este orden al entero más cercano$ es decir que el orden de reacción para el peróido de !idrogeno en la reacción no catalizada es 1. Se realiza el mismo procedimiento descrito anteriormente$ pero en este caso para conocer el orden de reacción respecto al I )$ en esta parte$ la concentración de peróido de !idrogeno es constante para los ensayos 6$ 4 y & por lo tanto la ecuación ' linealizada es de la *orma3 k
−¿¿ I
ln
(¿¿ obs )+ a ln ¿ ln ( r )=¿
Se obtiene entonces3
)abla 4. atos de linealización para la "elocidad de reacción y la concentración del ion yoduro.
7
=rá*ico '3 Linealización de la "elocidad de reacción contra la concentración de ion yoduro
> el orden de reacción para el yoduro es3 )abla &. ;rden de reacción para el ion yoduro.
/gualmente es posible aproimar el "alor de este orden de reacción al entero más cercano$ es decir que el orden de reacción para el yoduro se asume 1. onociendo la "elocidad de reacción r $ el orden de la reacción respecto a cada reacti"o a$ b y las concentraciones de H 5 <5 y I ), se puede !allar @ o3s reemplazando en '$ se obtiene un "alor de @ o3s para cada ensayo de reacción no catalizada y se calcula el promedio para !allar el "alor de @ o3s para la reacción3 )abla ,. onstante cinética obser"ada obs para la reacción no catalizada.
2n la literatura se reportan los "alores teóricos para las "ariables calculadas$ se obtienen los siguientes porcenta?es de error los datos teóricos de la reacción no catalizada se encuentran a '6@ ;--2A$ 1BBC )abla 7. -orcenta?es de error p ara la constante obser"ada y los órdenes de reacción en la reacción no catalizada
Se realiza además el cálculo de la constante de reacción por medio de m%nimos cuadrados$ obteniendo un "alor de 0.01&'1 L8mol s$ dic!o "alor se compara con el "alor encontrado en la literatura Herrera$ ;. D$ et. al para la E obs calculada a partir de regresión no lineal$ obteniendo3 )abla C. -orcenta?es de error p ara la constante obser"ada calculada a partir de m%nimos cuadrados en la reacción no catalizada
2l !ec!o de que la reacción se lle"e a cabo a un pH especi*ico de 4.'$ permite tener conocimiento del comportamiento eacto de la ley de "elocidad de la reacción del relo? de yodo$ que corresponde a '. e esta manera si conozco la "elocidad y los órdenes de reacción para los reacti"os se puede calcular la constante cinética obser"ada. -or medio del método de las "elocidades iniciales es posible realizar el cálculo de los órdenes de reacción de cada reacti"o$ resultando un orden de 1 para cada reacti"o$ lo que permite concluir que el orden global de reacción es ' aproimadamente$ los "alores encontrados para el orden de reacción no di*ieren signi*icati"amente de los reportados en la literatura a '6@. H ? =, 5H 5< = y 5I =) para cada 5 ensayo y se calcula la "elocidad inicial de reacción con la ecuación 13 )abla B. 9elocidad inicial de reacción y concentraciones de reacti"os para la reacción catalizada.
2s posible conocer E obs ya que las concentraciones de peróido y yoduro son conocidos y además los órdenes de reacción de ambos se conocen del procedimiento de reacción no catalizada sección '.1$ por lo tanto$ se calcula E obs para los 4 ensayos3 )abla 10. onstante cinética obser"ada obs para la reacción catalizada.
Se gra*ica 8 o3s en contra de la concentración de 5H FG para encontrar 8 nc y 8 c que seg+n la ecuación 4 corresponden al intercepto con el e?e y a la pendiente de la l%nea respecti"amente3
kobs vs [H+] 0.06 0.05
f(x) = 0.24x + 0.02 R² = 0.99
0.04 kobs
0.03 0.02 0.01 0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
[H+]
=rá*ico 63 obs 9s concentración de HF para la reacción no catalizada
e la grá*ica se obtiene3
)abla 11. 9elocidad espec%*ica para la reacción no catalizada Enc y constante de reacción para la catalizada Ec
omparando los resultados con los reportados en a '4$C@ se obtienen los siguientes porcenta?es de error$ ;--2A$ 1BBC3 )abla 1'. -orcenta?es de error para la constante obser"ada y las constantes cinéticas de reacción no catalizada y catalizada.
-ara esta reacción se obser"an tiempos de reacción muc!o más cortos ya que esta catalizada y la reacción ocurre más rápido$ nue"amente se obtiene el "alor de las constantes cinéticas de reacción a partir del método de las "elocidades iniciales y con la grá*ica E obs "s concentración de 5HFG$ los "alores calculados presentan errores más altos comparados con los de la constante de reacción$ esto se debe igualmente a la alta sensibilidad que se presenta respecto a la preparación de las soluciones analizado anteriormente.
4. CONCLUSIONES Se aplica el método de la "elocidad inicial con el *in de determinar el orden y calcular la constante cinética en dos tipos de reacciones$ la primera corresponde a la no catalizada en donde a partir del método de las "elocidades iniciales se encuentra el orden de reacción para los reacti"os dando como resultado orden de reacción 1 para cada uno y un orden ' global de reacción y el "alor de E obs igual a 0.01&' L8mol s$ teniendo un buen a?uste con los "alores reportados en la literatura para los órdenes de reacción y un error un poco más alto en la constante. -or otro lado$ en la reacción catalizada se determina el "alor de las constantes cinéticas de reacción catalizadas y no catalizadas siendo 8 c 0.'401 L '8mol' s y 8 nc 0.0164 L8mol s. -or +ltimo$ se e"idencia el e*ecto de un catalizador sobre una reacción ya que se obtienen tiempos más cortos de reacción para el caso de la reacción catalizada.
5. BIBLIOGRA!A ;--2A$ !ristine and ;:I2$ 2dJard. < Einetics eperiment to demonstrate t!e role o* catalyst in c!emical reaction. 2n3 Kournal o* c!emical education$ 9ol. 7&$ o 1 Kan 1BBC p C7M B0. Herrera$ ;. D. <.$ !acón$ S. -. .$ árcamo$ A. <. =.$ -az$ H. <. #.$ N oduro por -eróido de Hidrógeno.
