UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. Facultad De Estudios Superiores Cuautitlán. Química Industrial Semestre: 5°
2019- I
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICAS SECCIÓN DE FISICOQUÍMICA LABORATORIO DE CINÉTICA QUÍMICA.
PRÁCTICA 2.- CINÉTICA DE LA “REACCIÓN RELOJ” DE YODO CON PERSULFATO
Equipo 1 Aguiñiga Vian Geraldine Geraldine Arely Arely Grimaldo Sánchez María Guadalupe
Prof. GRACIELA MARTINEZ CRUZ
Procedimiento experimental
Etiquetar 5 tubos con sistema A y 5 con sistema B.
A los tubos sistema A agregar las cantidades de disoluciones propuestas en la practica
A los tubos del sistema B añadir 1 ml de persulfato de potasio
Poner en agitación todos los tubos
Colocar en un vaso de precipitado con agua a temp. Ambiente
Añadir cada cierto tiempo el tubo Bl al tubo Al y así sucesivamente
Tomar el tiempo cuando cambie de color
R1
Pasara de incoloro a color azul
R1: se depositan en el frasco de residuos para su previo tratamiento correspondiente.
Introducción La cinética química se ocupa del estudio de las velocidades de reacción (que dependen, entre otros factores, de la naturaleza y de la concentración de los reactivos, la temperatura y la presencia de catalizadores) así como de la trayectoria seguida en reacción para pasar de los reactivos a los productos. En esta práctica vamos a incidir primordialmente en el primer apartado y por ello nos detendremos en repasar los conceptos relativos a la velocidad de reacción. Es muy importante hacer notar que dicha velocidad se define como el índice de cambio con el tiempo de algún reactivo o producto que interviene en la reacción estudiada; la expresión que da la velocidad de la reacción como función de la concentración de cada una de las sustancias que influyen en ella, se llama Ley de velocidad de reacción. Esta ley debe determinarse experimentalmente ya que no es posible deducir la a partir de la ecuación estequiométrica. La forma habitual de expresar la es por medio de una ecuación en la que aparece una constante, llamada constante de velocidad, multiplicada por la concentración de varias especies elevadas a un exponente, llamado orden. En el siguiente informe experimental se mostrara como intervienen varios factore para obtener el orden de reacción,la rapidez de la misma y su espontaneidad de la misma; por medio de la “reacción reloj” el que se caracteriza por el cambio brusco de color para detectar el punto final d ela reacción llevada a cabo, por lo que se utliza un indicador de tipo organico para forma complejos que formen ese color caracteristico azul.
Objetivos:
Estudiar el funcionamiento de las “reacciones reloj” de yodo con persulfato. Analizar los parámetros termodinámicos y cinéticos que rigen una reacción química. Determinar el grado de avance de reacción por medio de una valoración in situ. Utilizar el método integral de determinación de constantes y el método de Powell
MATERIAL
EQUIPO
REACTIVOS
Por equipo:
Por equipo
Por equipo
12 tubos de ensaye
parrilla con agitación magnética
1.5 mL de disolución KI 0.5 M
1 gradilla
5 mL de solución de persulfato de potasio 0.05 M
3 vasos de precipitados 10 ml
1.5 ml de tiosulfato de sodio 0.1 M
1 pipeta volumétrica de 1 mL
1 mL de sulfato de sodio 0.1 M
4 pipetas graduadas de 1 mL
1 mL de disolución indicadora de almidón
1 cronometro 1 termómetro 5 barras magnéticas para tubo de ensaye 1 piseta 1 vaso de precipitados de 600 mL 1 matraz aforado de 10 mL 1 matraz aforado de 25 mL
Resultados REACCIÓN
TIEMPO (s)
l
109
ll
620
lll
828
lV
1052
V
1804
ANÁLISIS DE RESULTADOS Escala termodinamica de potenciales para las especies en la mezcla de reacción, reacciones que se pueden llevar acabo:
E° (I 2 /I)= 0.54 V E° (S4O6 2- / S2 O32- )= 0.08 V E° (S2 O8 2- /SO42- )= 2.010 V
S4O6 2-
S2 O8 2
I3-
E° v
0.08 S2 O32-
0.54 -
2.010 SO42-
De acuerdo a la escala anterior, se pueden llevar a cabo las siguientes reacciones espontaneas termodinamicamente posibles:
2S2 O32-
I 3-
+
S2 O8 2-
3 I -
+
3 I -
↔ I 3-
↔
S4O6 2-
+
2SO 42-
+
Las reacciones que se llevan acabo en la aparicion del color azul a tiempos diferentes, con respecto a la escala. 3I – + S2O82- ↔ I3 – I3 –
+
+ 2S2O32- ↔ 3I –
I3 – +
almidón
2SO42 – +
Reacción 1, principal
S4O62 –
↔ complejo azul
Reacción 2, secundaria, muy rápida Reacción 3, secundaria, rápidas
Tabla 1. Tabla de cantidades molares de reacción (tiempo 0 y tiempo ). Primera reacción
3I – Inicio
[A]0=0.05 M
Reacción
1/3 X
Tiempo 0
[A]0
Tiempo t
+
S2O82-
I3 –
↔
+
2SO42 –
[B] 0=0.05M 3X [B]0
[A]0 -1/3Xt
[B]0-3Xt
3x
1/2 x
Tabla 2. Tabla de cantidades molares de reacción (tiempo 0 y tiempo ). Segunda reacción
I3 – Inicio
[A]0=0.05 M
+
2S2O32-
X
1/2 X
Tiempo 0
[A]0
[B]0
[A]0 -Xt
3I –
+
S4O62 –
[C] 0=0.1M
Reacción
Tiempo t
↔
[B]0-1/2Xt
1/3x
2x
Tabla 3. Tabla de cantidades molares de reacción (tiempo 0 y tiempo ). Tercera reacción
I3 –
+
almidón
[A]0=0.05 M
Inicio Reacción
X
Tiempo 0
[A]0
Tiempo t
[A]0 -Xt
↔
complejo azul
[B]0 X [B]0 [B]0-Xt
x
Para calcular la concentración inicial del persulfato de potasio, yoduro de potasio, tiosulfato de sodio y sulfato de sodio en cada sistema se realizo el siguiente cálculo
[ ] = [ ] = [ ] = =
] [ ] = [ ] [
[−] = [0.5](0.23)=0.075 Sistema
KI
Na2S2O3
Na2SO4
K2S2O8
(0.5M)
(0.1M)
(0.1M)
(0.05)
I
0.075
0.005
0.02
0.025
II
0.075
0.01
0.015
0.025
III
0.075
0.015
0.01
0.025
IV
0.075
0.02
0.005
0.025
V
0.075
0.025
0
0.025
ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS ¿Qué diferencia existe entre el tipo de “reacciones reloj” y las denominadas “reacciones oscilantes”?
Una reacción reloj es una reacción química en la que un cambio de color súbito marca el final de la transformación de los reactivos en productos. El tiempo que transcurre hasta el final de la reacción depende de la concentración de las especies químicas implicadas en la misma. Este tipo de reacciones son muy utilizadas en el estudio de la cinética de las reacciones químicas, es decir, para conocer a qué velocidad tiene lugar una transformación química. Uno de los factores que afecta a esta velocidad es la concentración de los reactivos. Para una reacción del tipo: A + B → productos La expresión matemática que recoge esta dependencia es: v = k [A] a [B]b Donde v es la velocidad de reacción, k es la constante de velocidad, y [A] y [B] son las concentraciones de los reactivos. El exponente a se llama orden de la reacción con respecto a A y el exponente b, orden de la reacción con respecto a B. La suma a + b se conoce como orden total de la reacción. Estos exponentes se determinan experimentalmente.
Una reacción oscilante se caracteriza por presentar variaciones rítmicas en concentración de alguna de las sustancias químicas que participan en ella. Los periodos de estas oscilaciones se mantienen constantes mientras las condiciones externas así se mantengan, por lo que pueden funcionar como verdaderos relojes químicos. Aunque las reacciones oscilantes son complejas y poco comunes, pueden utilizarse como modelo para estudiar los relojes biológicos que se observan con frecuencia en los procesos naturales (por ejemplo, el latido del corazón). 2.- Investiga un ejemplo de reacciones oscilantes. Reacción de Briggs-Rauscher La transformación global que ocurre en esta reacción puede representarse así: IO3 – (aq) + 2 H2O2 (aq) + CH2(COOH)2 (aq) + H+ (aq) → ICH(COOH)2 (aq) + 2 O2 (g)+ 3 H2O (l)
En realidad, esta transformación global se realiza en dos etapas: IO3 – (aq) + 2 H2O2 (aq) + H+ (aq) → HIO (aq) + 2 O2 (g) + 2 H2O (l) HIO (aq) + CH2(COOH)2 (aq) → ICH(COOH)2 (aq) + H2O (l) La primera de estas dos reacciones puede ocurrir a través de dos mecanismos de reacción diferentes, que implican la formación de yodo (I 2) y de un complejo yodoalmidón. Las oscilaciones aparecen debido a los diferentes caminos que va atravesando la reacción hasta alcanzar el punto final.
Bibliografía Jesús, A. (1998). Reacciones químicas oscilantes su historia . Recuperado de: http://bdigital.unal.edu.co/20914/1/17166-54302-1-PB.pdf.