Estudio de La Velocidad de Descomposicion Catalitica Del H2O2

(1)

I.

I. RESUMEN.RESUMEN.

El presente informe tiene como objetivo la determinación de la constante de

velocidad de la reacción.

El

El La

Labo

borat

ratori

orio

o se

se en

enco

cont

ntra

raba

ba a

a la

las

s si

sigu

guie

ient

ntes

es co

cond

ndic

icio

ione

nes:

s: Un

Una

a pr

pres

esió

ión

n

atmosférica de 756 mmHg a una temperatura de !"#$ % un porcentaje de

&umedad de '().

*ara poder reali+ar nuestros c,lculos primeramente graficamos -

//

0

tt

1 vs

2iempo seg para cada temperatura ("#$ % 3"#$ respectivamente -ver grafica 4

% !1 en esta grafica la cual resulto ser curva tomamos 7 puntos tangentes cada

uno en un respectivo tiempo de esta forma se encontró la velocidad de la

rea

reacc

cció

ión

n en

en es

ese

e ti

tiem

empo

po

 ob

obse

serv

rv,n

,ndo

dose

se u

ue

e es

esta

ta di

dism

smin

inu

ua

a a

a me

medi

dida

da u

uee

avan+aba el tiempo luego se grafico el Log-velocidad1 vs el Log-

//

0

tt

1 -ver

graficas ( % 31  en esta grafica la cual resulto ser una recta nos dio una

pendiente

pendiente la

la cual

cual resulto

resulto ser

ser el

el orden

orden de

de la

la reacción

reacción para

para cada

cada respectiva

respectiva

temperatura encontr,ndose ue para ("#$ es de orden 4 % para 3"#$ de orden

! finalmente se grafico también el Log-

//

0

tt

1 vs el 2iempo seg -ver graficas

5 % 61. La cual también fue una recta cu%a pendiente multiplic,ndola por 0!.(

nos dio como resultado la constante de velocidad de la reacción para cada

temperatura respectivamente -

("#$("#$

8".""((4! % 

3"#$3"#$

8".""5('!1.

2eniendo las constantes a dos temperaturas diferentes se pudo calcular la

energa de activación de la reacción la cual es

energa de activación de la reacción la cual es de 9.43'calmol.

de 9.43'calmol.

*odemos concluir en ue el aumento de temperatura aumenta la velocidad de

las reacciones esto se manifiesta con

las reacciones esto se manifiesta con el aumento de la constante de velocidad.

el aumento de la constante de velocidad.

Una recomendación importante es ue el é;ito de la e;periencia es la destre+a

con ue se nivele el volumen del agua despla+ado por el o;igeno con ue se

ge

gene

nera

ra en

en la

la de

desc

scom

ompo

posi

sici

ción

ón de

del

l H

H

!!

<

!!



 pa

para

ra lo

lo cu

cual

al es

es m

mu%

u% im

impo

port

rtan

ante

te

verificar el estado del dispositivo con el cual vamos a reali+ar las mediciones

% evitar la m,;ima cantidad de fuga

% evitar la m,;ima cantidad de fuga de o;igeno por parte del e;perimentador.

de o;igeno por parte del e;perimentador.

II.

II. INTRODUCCION.INTRODUCCION.

Los estudios de cat,lisis se e;tienden a fenómenos ue se relacionan con el estudio del Los estudios de cat,lisis se e;tienden a fenómenos ue se relacionan con el estudio del complejo activado formado cada ve+ ue se lleva a cabo una reacción umica % su complejo activado formado cada ve+ ue se lleva a cabo una reacción umica % su importancia a nivel industrial radica en la posibilidad de obtener productos en menor importancia a nivel industrial radica en la posibilidad de obtener productos en menor tiempo acelerando

(2)

proceso. Un catali+ador es una sustancia ue altera la velocidad de una reacción. El proceso recibe la denominación de cat,lisis. Una definición amplia de cat,lisis esla aceleración de reacciones químicas por la adición de pequeñas cantidades de pequeñas sustancias al

sistema reaccionante. Entre los criterios mas importantes de la cat,lisis estan:

-

El catali+ador permanece invariable al final de la reacción.

-

Un catali+ador no modifica el euilibrio pues altera igualmente las velocidades de las

reacciones directa e inversa.

-

El catali+ador no inicia una reacción.

-

Un catali+ador esta generalmente presente en concentración relativamente peue=a la

concentración del catali+ador afecta notablemente la velocidad de la reacción.

-

La acción cataltica es especifica no siendo apropiada todos los catali+adores para catali+ar

una determinada reacción.

Entre las clases de cat,lisis tenemos.

$at,lisis Homogénea: >onde el catali+ador esta en la misma fase ue las sustancias reaccionantes.

$at,lisis Heterogénea: En la cual el catali+ador esta en fase distinta ue las sustancias reaccionantes.

$at,lisis En+imatica: -*rocesos biologicos catalticos1 es decir mediante biocatali+adores de los cuales los primeros conocidos fueron las reacciones producidas por en+imas.

III. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS.

Condiciones De Laboratorio

*?E@A<B 756mmHg

2EC*E?D2U?D !" #$

) HUCE>D> '(

Tabla 1: Volúmenes de Agua, Tomado cada ! seg " su #especti$o

Volumen %n&inito 'ara la Temperatura de ! (C)

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del "#$#%!

(3)

2AEC*< seg <LUCEB ml (" !.(" 6" (.5" 9" 5.3" 4!" 6.(" 45" 7.7" 4'" '.!" !4" 9.3" !3" 9.9" !7" 4".5 ("" 44.! ((" 44.9 (6" 4!.' (9" 4(." 3!" 4(.' 35" 43.4 /8 4'." ml

Tabla *: Di&erencia entre el Volumen %n&inito " el Volumen Tomado cada

! seg " su respecti$o Logaritmo para una Temperatura de !(C

2AEC*< seg -/ 0 21 ml Log-/ 0 21

(" 45.7 4.496 6" 43.5 4.64" 9" 4!.6 4.4"" 4!" 44.7 4."6' 45" 4".( 4."4( 4'" 9.'" ".994 !4" '.6" ".9(3 !3" '.4" ".9"' !7" 7.5" ".'75 ("" 6.'" ".'(! ((" 6.4" ".7'5

(4)

(6" 5.!" ".746

(9" 5."" ".69'

3!" 3.!" ".6!(

35" (.9" ".594

Tabla : Velocidades Tomadas Tra+ando Tangentes de la ra&ica -V

.

/V

t

$s T0 con sus #especti$os Logaritmos para una Temperatura de !(C)

2AEC*< seg EL<$A>D>E@ mlseg Log -velocidad1

(" "."6"6" 04.!! 9" "."335" 04.(5 45" "."(""" 04.5! !4" "."!('" 04.6! (6" "."!""" 04.69 3!" "."4(4" 04.'' 35" ".""575 0!.!3

Tabla  : Volúmenes de Agua tomados cada ! seg " su respecti$o

Volumen %n&inito 'ara una Temperatura de ! (C

2AEC*< seg <LUCEB ml

(" (.!" 6" 7.5" 9" 4".5 4!" 4(." 45" 43.7 4'" 45.7 !4" 46.( !3" 47." !7" 47.5 ("" 47.7 ((" 4'." (6" 4'.! (9" 4'.3 3!" 4'.5

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del "#$#%3

(5)

35" 4'.6 / 8 !".3 ml

Tabla 2: Di&erencia entre el Volumen %n&inito " el Volumen Tomado cada

! seg " su respecti$o Logaritmo para una Temperatura de !(C

2AEC*< seg -/ 0 21 ml Log-/ 0 21

(" 47.! 4.!(6 6" 4!.9 4.44" 9" 9.9" ".996 4!" 7.3" ".'7" 45" 5.7" ".755 4'" 3.7" ".67! !4" 3.4" ".64! !3" (.3" ".5(4 !7" !.9" ".36! ("" !.7" ".3(4 ((" !.3" ".('" (6" !.!" ".(3! (9" !."" ".("4 3!" 4.9" ".!79 35" 4.'" ".!55

Tabla 3: Velocidades Tomadas Tra+ando Tangentes de la ra&ica -V

.

/V

t

$s T0 con sus #especti$os Logaritmos para una Temperatura de !(C)

2AEC*< seg EL<$A>D>E@ mlseg Log -velocidad1

6" ".4"67" 0".97 9" "."'(3" 04."' 4!" "."69!" 04.46 45" "."('9" 04.34 ("" "."4!9" 04.'9 (6" ".""7!4 0!.43 35" ".""!6( 0!.5'

Tabla 4: 5rden " Constante de Velocidad -60 a su #especti$a

Temperatura)

2emperatura  (4(.45 ("(.45

<rden ! 4

(6)

Energa de Dctivación Ea 8 9.43' calmol

IV. EJEMPLO DE CALCULOS.

a0 ra&ique -V / V

t

0 $s) Tiempo seg, para cada temperatura)

*ara 28("$ ∞84'." ml $uando t 8 (" segundos: ∞ 0 t 8 -4'." F !.(1ml 8 45.7ml *ara 283"$ ∞8!".3ml $uando t 8 ("segundos: ∞ 0 t8 -!".3 F (.!1ml 8 47.!ml.

>e la misma manera se calculan los valores ue se encuentran en las tablas 4 % 3 Los resultados se pueden observar en las tablas ! % 5 de estas se reali+an los gr,ficos 4 % ! de -∞ 0 t1 vs. 2iempo seg ue resultan ser curvas en las cuales toma 7 puntos en los ue se

(7)

tra+an tangentes a la curva obteniendo as velocidades de reacción a diferentes concentraciones las cuales se observan en las tablas ( % 6 con su respectivo logaritmo para el calculo de la parte b.

b0 ra&ique el logaritmo de la $elocidad de la reacción para di&erentes

inter$alos de tiempo en &unción del log-V / V

t

0 " 7alle el orden de la

reacción)

2omando tangentes en 7 puntos de las gr,ficas 4 % ! -ver grafica ( % 61 *ara el caso 28("$:

Log 8 04.!! t 8 (" seg Log 8 04.6! t 8 !4"seg

2omando log-∞ 0 t1 en cada respectivo tiempo.

 log-∞ 0 ("1 8 4.496

 log-∞ 0 !4"1 8 ".9("

Entonces el valor del orden de la reacción para ("#$ *ara este caso

0m 8 orden 8 0-4.!!0 -04.6!11-4.490".9(1 8 4.53 G !

Esto indica ue la reacción de descomposición cataltica del H!<! es de segundo orden.

>e la misma manera se reali+a para la temperatura de 3"#$ encontr,ndose ue es de orden 4 -graficas ( % 31 los valores se encuentran en la tabla numero 7.

c0 ra&ique el log-V / V

t

0 $s) t

Esta gr,fica resulta ser una recta de cu%a pendiente se obtiene la constante de velocidad -1 ver graficas 5 % 6:

(8)

*ara el caso 28("$ m 8 0".""433 8 0I!.(  4 8 (.(4!;4"0( *ara el caso 283"$ m 8 0".""!(3 8 0I!.(  ! 8 5.('!;4"0(

d0 8alle la energía de acti$ación de la reacción:

*ara este c,lculo se necesita conocer las constantes de velocidad a dos diferentes temperaturas lo ue se obtiene a partir de las gr,ficas 5 % 6.

Entonces la energa de activación es igual:

>onde:

 !%  4: constantes de velocidad a temperaturas absolutas 24 % 2!.

? : constante universal de los gases su valor es 4.9'7 calmol I. Ea : Energa de activación.

Log 5.('!;4"0(8 Ea ; (4(.450("(.45 (.(4!;4"0( _-!.(;4.9'71 _{(4(.45;("(.45}

Ea 8 9.43' calmol.

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del "#$#%'











 −

=

4 ! 4 ! 4 ! ( . ! _T_xT T T xR Ea K K Log

(9)

V. DISCUSION DE RESULTADOS.

• La descomposición del peró;ido de &idrogeno es un ejemplo claro de reacciones de primer

orden. E;perimentalmente en laboratorio se trabajo a una temperatura de !"#$ de donde se obtuvo para ("#$ la descomposición del peró;ido de &idrogeno un orden de reacción igual a 4 mientras ue para una temperatura de 3"#$ no fue as se obtuvo un orden de reacción igual a !. Este incremento o variación del orden de la reacción se pudo &aber debido a ue el volumen final obtenido es menor al volumen obtenido a una temperatura de 3"#$.

• Hubo errores al reali+ar esta practica las cuales pueden ser ue dejo abierto muc&o tiempo

el orificio de salida del aire dej,ndose escapar muc&o volumen de o;igeno el cual no pudo ser calculado el aparato para efectuar las mediciones se encontraba defectuoso el cual tenia muc&as fugas adem,s el calculo de la altura a la ue se deba sostener la pera era mu% ine;acto.

• <tra posible e;plicación podra ser ue la concentración del peró;ido de &idrogeno %a ue

al reali+ar el e;perimento a 3"#$ se observo ue al trasladar el reactor al agua caliente la lectura en el manómetro no disminua % luego cuando este se trasladaba al recipiente donde se contena el agua a 3"#$ se observaba en la lectura del manómetro ue suba demasiado r,pido &asta sobrepasar los volJmenes tomados anteriormente cada (" segundos por lo tanto no se pudo tomar una medida e;acta del volumen infinito.

(10)

V%) C59CL;%59<;)

• El aumento de al temperatura ocasiona un correspondiente aumento en la velocidad de las

reacciones ello se manifiesta mediante el aumento del valor de al constante de la velocidad.

• El método gr,fico empleado para determinar la constante de velocidad de reacción resulta

ser tan apro;imado como lo permite el calcular el valor de la pendiente.

• La velocidad de reacción disminu%e con el tiempo siendo independiente de la

concentración inicial del peró;ido de &idrogeno.

• El Ke$l( actJa como catali+ador de la reacción % aunue este no vare su composición una

ve+ concluida la reacción si intervienen como intermediario disminu%endo la energa de activación de las mismas.

• El catali+ador tiene ue acelerar la reacción inversa tanto como la directa de modo ue la

constante de euilibrio no se vea afectada %a ue la posición del euilibrio umico es independiente del mecanismo.

• El catali+ador esta generalmente presente en concentración relativamente peue=a.

• El catali+ador no inicia una reacción sino ue solo acelera una transformación ue se

produce por si misma en forma e;traordinariamente lenta.

• $uando se aumenta la temperatura el orden de la reacción se ve incrementada.

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del "#$#%4"

(11)

• La constante de la elocidad de ?eacción es directamente proporcional a la temperatura.

• La Energa de activación siempre es positiva. lo cual uiere decir ue se debe suministrar

energa para producir moléculas activadas.

(12)

• Es mu% importante saber ue el é;ito de la e;periencia depende de la destre+a con

ue se nivele el volumen de agua despla+ado por el o;igeno ue se genera durante la descomposición del peró;ido de &idrogeno.

• @e recomienda mantener constante la temperatura para as poder obtener una grafica ue

nos a%ude a &allar el orden % la constante de velocidad de la reacción.

• Dsegurarse ue no &alla fuga de o;geno para esto verificar si el aparto se encuentra en

perfectas condiciones % también tener cuidado al reali+ar la e;periencia evitando la m,;ima cantidad de fugas de o;igeno puesto ue el volumen final debe ser ma%or al obtenido en el ultimo minuto.

VIII. APENDICE.

1)/ =Cuando se dice que las mol>culas se encuentran en estado acti$ado?

@ =Como in&lu"e la temperatura?)

Laboratorio de Fisicoquímica II – Estudio de la Velocidad de Descomposicin !atalítica del "#$#%4!

(13)

El aumento de temperatura produce casi invariablemente un aumento

significativo de velocidad de una reacción umica.

Las moléculas reaccionantes no solamente deben colisionar entre si si no ue

también deben ser correctamente orientadas % c&ocar con suficiente energa

o sea estar acti$adas)

El numero de colisiones ue son efectivas es muc&o mas peue=o % debe ser

claramente diferenciado de las colisiones totales. Las moléculas ue

reaccionan est,n en un estado e;cepcional uno de alta energa comparado con

el promedio molecular. Las colisiones ue causan reacciones entre dos o mas

moléculas son pocas % solamente pueden ocurrir por colisiones de molécula

de alta energa. Las moléculas ue reaccionan se llaman mol>culas acti$adas

% una colisión ue causa reacción se llama una colisión de rica energía)

La velocidad del aumento de la velocidad de reacción con la temperatura

consiste en ue el aumento de temperatura favorece considerablemente el

aumento de la fracción de moléculas ue posee gran e;ceso de energa sobre

el promedio &abiendo as un numero ma%or de colisiones de moléculas ue

posee la necesaria energía de acti$ación para ue se efectué la reacción.

Los conceptos de estado acti$ado % energa de activación se &an introducido

para e;plicar el peue=o numero de colisiones fructferos en las reacciones

umicas. La reacción Jnicamente tiene lugar cuando las moléculas

reaccionantes poseen una cantidad adicional de energa por encima de las ue

poseen el promedio de las moléculas. Esta energa adicional se denomina

energa de activación % cuando unas moléculas la poseen se dice ue est,n en

estado activado.

$uanto ma%or es la energa de activación para una reacción menor ser, el

numero de moléculas ue la poseen % mas lenta ser, la reacción a una

temperatura determinada de otro lado cuanto ma%or es la temperatura ma%or

ser, el numero de moléculas en estado activado.

(14)

<nergía de Acti$ación de una #eacción)

*)/ = Cual es la &unción de un catali+ador en una reacción ?

Un catali+ador es una sustancia ue aumenta la velocidad de reacción umica

sin consumirse el catali+ador puede reaccionar para formar un intermediario

pero se regenera en paso subsecuente de la reacción.

La función de un catali+ador es la de efectuar la reacción deseada con una

menor energía de acti$ación

 lo ue produce una reacción mas r,pida. *or

ue mas moléculas alcan+an a poseer la cantidad de energa de activación

necesaria para reaccionar.

<&ecto del Catali+ador sobre la <nergía de Acti$ación)

)/ <plique el proceso de autocatalisis)

(15)

$uando en un proceso se produce una sustancia capa+ de actuar como

catali+ador sobre la reacción se dice ue esta es autocatalitica.

Ds ocurre en el desdoblamiento del acetato de etilo en etanol % ,cido acético

ue empie+a por ser mu% lenta pero cuando se &a formado algo de ,cido

acético la rapide+ aumenta por ue este ,cido influ%e sobre la saponificación

por lo iones Hidronio ue se forman con le solvente agua. <tro ejemplo es la

valoración de ,cido o;,lico con perganmanato sobre la solución caliente de

,cido o;alico transcurre un tiempo antes de ue se decolore sin embargo la

segunda porción se decolora r,pidamente debido a las @ales manganosas ue

se &an formado al consumirse la primera porción del permanganato catali+an

la reacción.

IX. BIBLIOGRAFIA.

Kisicoumica *on+ Cu++o aston

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