“EFECTO DE LA TEMPERATURA
EN LA RAPIDEZ DE REACCIÓN
DE LA YODACIÓN DE LA
ACETONA”
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
Departamento de Fisicoquímica
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
OBJETIVO GENERAL
Estudiar el efecto de la
temperatura sobre la rapidez
de reacción.
a. Determinar la constante de
rapidez de reacción a varias
temperaturas.
b. Obtener la energía de
activación de reacción y el factor
preexponencial de la ecuación
de Arrhenius.
c. Interpretar físicamente los
parámetros de la ecuación de
Arrhenius (energía de activación
y factor preexponencial).
OBJETIVOS PARTICULARES:
PROBLEMA:
Obtener la ecuación que relaciona la variación de la
constante de rapidez de reacción con la temperatura.
Reacción de formación del ion I3‒:
- -
2 3I ( ) I ( ) I ( )ac ac ac
Reacción de yodación de la acetona:
ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
k: Constante de rapidez (mol/L)1-n(min)-1
A: Factor preexponencial (mismas unidades de k).
Ea: Energía de activación (J/mol).
T: Temperatura absoluta (K).
R = 8.314 J/molK.
kA B C D
/aE RTk Ae
La ecuación de
Arrhenius relaciona la
constante de rapidez
(k) con la temperatura
para una determinada
reacción química.
x y
r k A B
INTERPRETACIÓN DE LOS PARÁMETROS
DE LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
aE
RTk Ae
La energía de activación (Ea) es la energía mínima necesaria
que deben poseer las moléculas de reactivo para que
colisionen de manera efectiva, de tal manera que sea posible
romper los enlaces químicos y se lleve a cabo la reacción.
A mayor energía de activación, la rapidez de reacción es más
lenta.
En general, la rapidez de
una reacción química,
aumenta, al incrementarse
la temperatura.
El factor preexponencial (A) es la frecuencia de colisiones
entre las moléculas de reactivo, el cual es independiente de
la temperatura. A mayor factor preexponencial, la rapidez de
la reacción aumenta.
TIPOS DE COLISIONES:
COLISIÓN EFECTIVA:
COLISIÓN NO EFECTIVA:
DIAGRAMA ENERGÉTICO:
LINEALIZACIÓN DE LA ECUACIÓN DE
ARRHENIUS:
aE
RTk Ae
ln ln aEk A
RT
1ln lnaE
k AR T
y m x b
■
■
■ ln
k
1/T / (K-1)
aEm
R lnb AbA e
aE mR
Factor preexponencial:
Energía de activación:
TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
DE EYRING
1
0
/ /
n
S R H RT
A
C RTk e e
N h
1
0
/
n
G RT
A
C RTk e
N h
G H T S
/aE RTk Ae
Comparación con la ecuación de Arrhenius:
1
0
/
n
S R
A
C RTA e
N h
aE H
A B A-B P
MÉTODO DE AISLAMIENTO DE OSTWALD:
kA B C D x y
r k A B
A B 0
B B cte
0
y xr k B A Haciendo:
0
y
obsk k B
x
obsr k A
Esta ecuación se integra,
suponiendo órdenes
parciales de reacción x con
respecto al reactivo A. Este
tratamiento se conoce como
método integral.
APLICACIÓN DEL MÉTODO INTEGRAL:
x
obsr k A Pero: d A
rdt
x
obs
d Ak A
dt O bien:
x
obs
d Ak A
dt
Orden supuesto:
Cero (x = 0)
Uno (x = 1)
Dos (x = 2)
kA B C D
t = 0
t = t
0
A 0
B 0 0
A B C D
ORDEN CERO:
0
obs
d Ak A
dt
obs
d Ak
dt
00
A t
obsA
d A k dt
0 obsA A k t
0obsA k t A
y m x b
■
■
■
■
■
[A]
/ (m
ol/
L)
t / (min)
obsm k
Unidades:
kobs (mol/L min)
ORDEN UNO:
obs
d Ak A
dt
00
A t
obsA
d Ak dt
A
0
ln ln obsA A k t
0
ln lnobsA k t A
y m x b
■
■
■
■
■
ln [
A]
t / (min)
obsm k
Unidades:
kobs (min-1)
0
ln obs
Ak t
A
ORDEN DOS:
2
obs
d Ak A
dt
02 0
A t
obsA
d Ak dt
A
0
1 1obsk t
A A
0
1 1obsk t
A A
y m x b
■
■
■ ■
■ 1
/[A
] / (L
/mo
l)
t / (min)
obsm k
Unidades:
kobs (L/mol min)
Encender el
espectrofotómetro y
esperar 15 min.
Seleccionar la longitud de onda (460
nm) y calibrar el espectrofotómetro
introduciendo la celda con el blanco
en el porta-celda, esperar a que se
ponga en ceros la absorbancia.
En un vaso de precipitados agregar 1 mL de HCl 0.323 M
junto con 4 mL acetona 1.33 M, y adicionar 4 mL de la
solución de (I2-KI) 2 x 10-3 M, mezclando las soluciones.
Registrar la temperatura ambiente.
Llenar la otra celda con la mezcla de
las las soluciones anteriores y leer la
absorbancia cada 0.5 minutos, hasta
que la reacción se termine. Calibrar
con el blanco en cada determinación.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Realizar dos experimentos más: a 30ºC y a
35ºC. Colocar en un vaso 10 mL de HCl
0.323 M junto con 40 mL de acetona 1.33 M.
Mezclar con 40 mL de la solución (I2-KI)
2 x 10-3 M. Repetir el procedimento anterior.
A bc B
■
■ ■
■
■
Ab
so
rban
cia
t / (min)
y m x B
Se mide experimentalmente la absorbancia como función del tiempo.
0B Cálculo de la
concentración de I2:
CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN A PARTIR DE LA ABSORBANCIA:
■
■
/c A B b
■
■ ■
■
■
C / (
mo
l/L
)
t / (min)
■
■
■
■
■
■
■
■
Usar los datos
de pendiente y
ordenada de
curva patrón.
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES
Para cada temperatura, construir la tabla anterior y trazar las gráficas de
C vs t (orden cero), lnC vs t (orden uno) y 1/C vs t (orden dos), realizando
la regresión lineal correspondiente.
Determinar el valor de la pendiente y el coeficiente de correlación r.
De acuerdo con el método integral, el mejor ajuste será aquel que
tenga el valor de r más cercano a 1 (r ≈ 1).
Temperatura (ºC): _________
Tiempo (min) Absorbancia: [I2] (mol/L) ln [I2] 1/[I2] (L/mol)
0.5
1.0
etc…
0obsA k t A
0ln lnobsA k t A
01/ 1/obsA k t A
ORDEN CERO: ORDEN UNO: ORDEN DOS:
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES
Construir la siguiente tabla:
1ln lna
obs
Ek A
R T
y m x b
■
■
■
1/T (K-1)
lnb A
Trazar la gráfica ln kobs vs
1/T. Realizar la regresión lineal
correspondiente.
aEm
R
ln k
ob
s
t (ºC) kobs (mol/Lmin) T (K) 1/T (K-1) ln kobs
Parámetros a determinar:
ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
aE mR bA e
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