Upload
jimmy-fiestas
View
18
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Informe de fisicoquimica cinetica quimica
Citation preview
FISICO-QUÍMICA
INTRODUCCIÓN
El estudio de la velocidad de las reacciones
es uno de los problemas más antiguos de
la Fisicoquímica. Las reacciones químicas
convierten sustancias con propiedades bien
definidas en otros materiales con
propiedades diferentes. Gran parte del
estudio de las reacciones químicas se
ocupa de la formación de nuevas
sustancias a partir de un conjunto dado de
reactivos. Por lo tanto, es necesario entender la rapidez con que pueden ocurrir
las reacciones químicas.
La experiencia nos dice que hay reacciones más rápidas que otras, debido a
este fenómeno, debemos comprender los factores que controlan o influyen en
la velocidad, respondiendo preguntas como:
¿Que determina la rapidez con que se oxida el acero?
¿Que determina la rapidez con que se quema el combustible de un
motor de un automóvil?
Veremos que la velocidad de las reacciones químicas está afectada por varios
factores, es decir, factores que influyen en la velocidad de dichas reacciones.
El cobre es uno de los pocos metales que pueden encontrarse en la naturaleza
en estado "nativo", es decir, sin combinar con otros elementos. Por ello fue uno
de los primeros en ser utilizado por el ser humano. Es muy empleado en la
industria eléctrica, ya que es un excelente conductor y su precio es cómodo.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 1
FISICO-QUÍMICA
OBJETIVOS:
Tener en cuenta los conocimientos adquiridos en el laboratorio anterior,
esto es, el correcto uso del colorímetro y la medición de la transmitancia.
Observar el efecto que tiene el ácido nítrico (HNO3) sobre la velocidad
de reacción del cobre.
Observar el comportamiento de cinética de reacción del cobre.
Calcular la concentración del cobre según va reaccionando con el ácido.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 2
FISICO-QUÍMICA
FUNDAMENTO TEÓRICO:
Cinética de Reacción para el Cobre
Se llama mecánica química a la parte de la Fisicoquímica que estudia la
afinidad química en sus modos de actuar siguientes: estático (“Estática
Química”; equilibrios químicos) y dinámico (“Dinámica Química”; cinética
química).
I.-CINÉTICA QUÍMICA:
Tiene por objetivo predecir la velocidad de las reacciones
químicas y describir el curso de las mismas. Es aquella
rama de la físico-química que estudia la velocidad de las
reacciones y sus mecanismos. La cinética complementa a
la termodinámica al proporcionar información de la
velocidad y mecanismos de transformación de reactivos
en productos. La velocidad de una reacción depende de
la naturaleza de las sustancias, temperatura y concentración de los reactivos.
Un incremento de temperatura produce casi invariablemente un aumento de
velocidad; el aumento de la concentración inicial origina una aceleración en la
velocidad.
a) Velocidad de Reacción:
La velocidad de una reacción química es aquélla a la que las concentraciones
de las sustancias reaccionantes varían con el tiempo, es decir, -dC/dt, donde C
es la concentración del reactivo y t el tiempo. El signo menos usado indica que
la concentración disminuye con el tiempo. Esta dependencia viene dada por la
ley de acción de masas, que se expresa de la forma siguiente: la velocidad de
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 3
FISICO-QUÍMICA
una reacción en cada instante es proporcional a la concentración de los
reactivos con cada concentración elevada a una potencia igual al numero de
moléculas de cada especie participe en el proceso.
La velocidad de una reacción se suele expresar en términos del número de
moles de reactivo transformada en un volumen unitario y por unidad de tiempo.
También en función de la velocidad de formación de un producto.
Cuantitativamente la posición de equilibrio viene dada por la constante de
equilibrio:
b) Molecularidad de una Reacción:
Es el número de moléculas que intervienen en cada paso de una reacción
química.
Se llama reacción monomolecular cuando sólo una molécula
reacciona a un tiempo. Puede romperse en partes más pequeñas; o
puede sufrir una modificación en su estructura.
Se llama reacción bimolecular cuando dos moléculas reaccionan en un
instante. Pueden ser de una misma sustancia como de diferentes.
Se llama reacción trimolecular cuando se combinan tres moléculas
iguales o distintas. Son las mas escasas y complejas; en realidad
involucran una serie de etapas rápidas y lentas, cada una de las cuales
es generalmente una reacción mono o bimolecular.
c) Mecanismo de Reacción:
El mecanismo de reacción es el conjunto de las fases o estados que
constituyen una reacción química. Los mecanismos de reacción están ligados a
la cinética química.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 4
FISICO-QUÍMICA
Conceptos básicos
Desde una vista termodinámico, una ecuación química, los reactivos son el
estado inicial y los productos el estado final, hay una variación de energía libre.
La energía libre debe ser negativa ya que será una reacción espontánea, es
decir, que la reacción podrá llevarse a cabo sin ningún impedimento
termodinámico. Para hacer más fácil la explicación será mejor hacerla con un
ejemplo:
Para hacer el enlace A-B, los reactivos se tienen que cortar las distancias, pero
esto aumenta la fuerza de repulsión de los electrones. Para evitar esta
repulsión, los reactivos tendrán que acercarse con suficiente energía cinética.
Por encima de esta energía, las moléculas A y B forman enlaces y a la vez, las
moléculas B y C están rompiendo el suyo. En este momento hay un complejo
formado por A, B y C, llamado complejo activado. Al final todos los enlaces del
B y C serán rotos y los enlaces A y B serán formados, es decir, los productos.
También hay que hacer mención de la energía de activación , que es la
diferencia entre la energía de los reactivos y la del complejo activado. Se puede
considerar como una barrera energética que debe pasar los reactivos para
pasar a ser productos.
Tipos
Hay dos tipos de mecanismo, dependiendo del número de etapas que
conlleven:
*Reacciones elementales o concertadas
Transcurre en solo una etapa. Esta reacción se produce con la formación de un
solo complejo activado y solo tiene que superar una barrera energética. Se
representa en una sola ecuación química.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 5
Mecanismo de reacción
Reacciones simples
R P d R dt k Rk [ ] [ ]
A B C D d A dt k A Bk [ ] [ ][ ]
Reacciones complejas
R I
I P
k
k
1
2
Mecanismo y estequiometría
O NO NO
NO SO NO SO
2 2
2 2 3
2 2
O SO SO2 2 32 2 estequiometría
mecanismo
Ea > 0
FISICO-QUÍMICA
*Reacciones complejas
Transcurre en 2 o más etapas, con formación de intermediarios. También
podemos decir que es un conjunto de reacciones elementales, donde hay más
de una formación de complejos activados diferentes y supera diferentes
barreras energéticas. Se expresa en varias ecuaciones químicas o una global.
En la ecuación química global, representa el estado inicial y el estado final del
global de las reacciones, pero no presenta como ha transcurrido la reacción.
Los intermediarios son moléculas que aparecen en el mecanismo de la
reacción, pero no en la ecuación inicial.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 6
FISICO-QUÍMICA
d) Orden de una Reacción:
Esta dado por la suma de los exponentes de las concentraciones que figuran
en la expresión de la velocidad de la reacción directa. De acuerdo a ello, se
clasifican en:
*Reacciones de 1er Orden:
Son aquellas en las cuales se encuentran experimentalmente que, a una
temperatura dada, la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la
concentración de la única sustancia reaccionante. Esto puede expresarse por
la relación matemática siguiente:
*Reacciones de 2do Orden:
Son aquellas cuya velocidad de reacción es proporcional al cuadrado de la
concentración de un único reactivo o al producto de las concentraciones de dos
especies de reaccionantes. Para estas situaciones, la ecuación es la siguiente:
*Reacciones de 3er Orden:
MATERIALES:
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 7
FISICO-QUÍMICA
Los materiales empleados en el presente laboratorio son los siguientes:
Balanza. 8 tubos de ensayo. Ácido Nítrico. Vasos de precipitado
Colorímetro 3 gr. de cobre. 1 pipeta. 1 cronómetro
1 gradilla. Agua destilada
PROCEDIMIENTO:
Pesar 3 gr. de cobre electrolítico en la balanza y colocarlo dentro de un
vaso de precipitado lleno con 100ml. de agua destilada.
Medir 120ml. de (HNO3) en otro vaso de precipitado.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 8
FISICO-QUÍMICA
Luego verter ácido en el vaso que contiene al cobre, observar la
reacción que ocurre, tomando a partir de su inicio el tiempo en
determinados intervalos, hasta que el cobre se disuelva completamente.
Separar las muestras obtenidas para intervalos de tiempo diferentes y
colocarlas en un tubo de ensayo.
Se mide la transmitancia de las muestras obtenidas, haciendo uso del
colorímetro.
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 9
FISICO-QUÍMICA
Cálculos y Resultados:
Con los datos obtenidos en la experiencia; se procede a calcular el valor
de la absorbancia; para ello hacemos uso de la siguiente ecuación:
*Para 3 gr. de cobre:
*Para 3,5 gr. de cobre:
Luego de realizados los cálculos, se procede a rellenar el cuadro:
TIEMPO (s) TRANSMITANCIA (%) ABSORBANCIA3 gr. de 3,5 gr. de 3 gr. de 3,5 gr. de 3 gr. de 3,5 gr. de
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 10
FISICO-QUÍMICA
Cobre Cobre Cobre Cobre Cobre Cobre
6 5 99,8 75 8,69x10-4 0,128 10 89 69 5,06x10-2 0,1614 14 77 68 0,11 0,1717 23 67 32 0,17 0,4920 32 62 30 0,21 0,5224 40 47 27 0,33 0,5728 45 40 26 0,40 0,5832 48 36 20 0,44 0,7041 52 31 15 0,51 0,82
Finalmente se calcula la concentración, se calcula sabiendo que:
*Para 3 gr. de cobre: *Para 3,5 gr. de cobre:
Cuestionario
1.- Grafique C vs. A.
*Muestra de cobre (3 gr.):
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 11
FISICO-QUÍMICA
*Muestra de cobre (3,5 gr.):
2.- Grafique A vs. C.
*Muestra de cobre (3 gr.):
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 12
FISICO-QUÍMICA
*Muestra de cobre (3,5 gr.):
3.- Grafique T vs. C.
*Muestra de cobre (3 gr.):
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 13
FISICO-QUÍMICA
*Muestra de cobre (3,5 gr.):
RECOMENDACIONES:
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 14
FISICO-QUÍMICA
Antes de realizar cualquier experimento, se debe priorizar que los
instrumentos a emplear sean lo más exactos posibles para evitar el
margen de error.
Verificar que los instrumentos recibidos sean los necesarios para el
experimento.
Tener mucho cuidado con los materiales porque son muy frágiles y el
costo es muy alto.
A la hora de manipular las muestras, hay que tener mucho cuidado, ya
que la solución de ácido nítrico esta muy concentrada, lo que provocaría
leves quemaduras.
Tener presente que hay que ajustarla longitud de onda a 620nm., para
poder hallar la transmitancia.
Calibrar el colorímetro al 100% antes de empezar a utilizarlo; luego, tras
una limpieza constante, verificar que siga calibrado, para proceder a
medir las transmitancias de las siguientes muestras.
Evitar mover o golpear el colorímetro, ya que es muy sensible a cambios
bruscos.
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 15
FISICO-QUÍMICA
A pesar de seguir las recomendaciones (en especial la primera) el
margen de error prima en los experimentos, debido a deficiencias en los
materiales a disposición y/o errores cometidos por quienes experimentan
con ellos.
Se comprueba con los datos que a mayor concentración, menor es la
transmitancia.
Los diferentes procedimientos realizados sirven para hallar el porcentaje
de mineral en una muestra cualquiera dependiendo de los disolventes.
Se puede notar que la tendencia del gráfico es una función exponencial
correspondiente a la parte teórica que nos expresa que la velocidad de
la reacción varía en forma proporcional a la concentración.
BIBLIOGRAFÍA
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 16
FISICO-QUÍMICA
-¨ Física - Calor….Teoría y Práctica ¨ - Ing. Alejandro Vera Lázaro – Ed. Cuzcano
Pág. 57-99.
-¨ Química, análisis de principios y aplicaciones ¨- César Vallejo – 3ra Edición. Tomo 2
Pág. 199-221.
-¨ Química Física ¨ - Ediciones Grijalbo.
Pág. 320-370.
-¨ ¨ Fisicoquímica ¨-Gaston Pons Muzzo – 3ra Edición.
Pág. 501-518.
-Referencias en la Web:
http://www.monografias.com/trabajos14/cinetica-quimica/cinetica-quimica.shtml
http://es.wikipedia.org/wiki/Cin%C3%A9tica_qu%C3%ADmica
http://www.monografias.com/trabajos16/cinetica-quimica/cinetica-quimica.shtml
Facultad de Ingeniería de Geológica, Minera y Metalúrgica 17