INFORME DE LABORATORIO N° 13

8/12/2019 INFORME DE LABORATORIO N 13

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RAM REZ AGUDELO JUAN LUIS: 201315209LPEZ DAZ SERGIO ANDRS: 201314444QUMICA EXPERIMENTAL-TRECEAVO INFORME

CINTICA DE LA REDUCCIN DEL ION MnO4-

1. INTRODUCCIN

2. OBJETIVOS

Ilustrar los conceptos relacionados con la cintica de una reaccin qumica. Estudiar el efecto de la concentracin y la temperatura sobre la velocidad de

una reaccin.

3. MATERIALES Y REACTIVOS

3.1. MATERIALES 6 tubos de ensayo con capacidad de 15 mL. Gradilla. 4 vasos de precipitado de 250 mL. Pipeta aforada de 5 mL. Probeta de 50 mL.

Recipiente para el hielo.

3.2. REACTIVOS KMnO40,010 M.

H2C2040,50 M en H2SO41,0 M. MnCl22 M.

4. PROCEDIMIENTO

4.1. Efecto de la concentracin del ion MnO4-

4.1.1. En 6 tubos de ensayo, de capacidad de 15 mL, rotlelos y proceda aadicionar a cada uno una solucin de KMnO40.010 M y agua de acuerdo

con la siguiente tabla:Tubo KMnO4 (mL) H2O (mL)

1 5,0 0

2 4,0 1,0

3 3,0 2,04 2,5 2,5

5 2,0 3,0

6 1,0 4,0

4.1.2. Coloque los tubos de ensayo en un recipiente con hielo por 10 minutos. 4.1.3. En el mismo bao de hielo coloque tambin una probeta con 40 mL de una

solucin 0,50 M de cido oxlico en cido sulfrico 1,0 M.


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4.1.4. Luego de los 10 minutos, con una pipeta transfiera 5,0 mL de la solucin decido oxlico a cada uno de los tubos de ensayo, empiece a registrar el

tiempo cuando se haya adicionado la mitad del volumen de la solucin del

cido, y empiece inmediatamente a agitar los tubos de ensayo con la

solucin.

4.1.5. Observe los cambios de color que ocurren a medida que ocurre la reaccin,y anote el tiempo tarda en llegar cada tubo a un color mbar o amarillo

plido.4.1.6. Repita el experimento a temperatura ambiente, cuidando de registrar la

temperatura.

4.2. Efecto cataltico del ion Mn+2

4.2.1. Seleccione una de las temperaturas trabajadas en la primera parte.

4.2.2. Proceda de una manera similar a la primera parte, adicionando 5 gotas deuna solucin acuosa de MnCl2 2 M, a cada una de las mezclas contenidasen los tubos de ensayo.

5. RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS

5.1. Reaccin de reduccin de ion MnO4-

La reaccin entre el permanganato de potasio y el cido oxlico es una

reaccin de oxidacin-reduccin, donde el ion permanganato se reduce y el ion

oxalato se oxida en medio cido. La reaccin entre el permanganato de potasio

y el cido oxlico es la siguiente con los iones disociados (sinbalancear):MnO4

-(ac)+ H2C2O4 (ac)Mn

+2(ac)+ CO2 (g)

En donde los estados de oxidacin de cada uno de los elementos son:

(Mn+7O-24)-(ac)+ H

+12C

+32O

-24 (ac)Mn

+2(ac)+ C

+4O-22 (g)

De esta manera, como el cido oxlico se encontraba en cido sulfrico, la

reaccin se lleva a cabo en un medio cido y de esta manera, la reaccin se

balancea en este medio. Las semirreacciones de oxidacin y de reduccin, y la

ecuacin qumica balanceada en medio cido, se muestran como sigue:

2 [MnO4-(ac) + 8H

+(ac)+ 5e

-Mn2+

(ac) + 4H2O (l) ] Reaccin de Reduccin

5 [H2C+3

2O4 (ac)2C+4O2 + 2H

+(ac)+2e

- ] Reaccin de oxidacin

2MnO4-(ac) + 5H2C2O4 (ac) + 6H

+(ac) 2Mn

2+(ac) + 8H2O (l) + 10CO2 (g)


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El estado de oxidacin +7 del Mn, es de color prpura (permanganato de

potasio). En este estado el Mn es un agente oxidante fuerte, pero los productos

de la reduccin dependen fuertemente de que la reaccin ocurra en medio

cida o bsica (Atkins, 2008. P.485). Es as, como la solucin de

permanganato de potasio era prpura, y el cambio de color durante el

transcurso de la reaccin se deba a reduccin del ion permanganato a un esta

do de oxidacin +2. Se vea la transicin del cambio de color, desde un color

violeta fuerte, hasta su posterior decoloracin y prdida de la intensidad del

color, pasando por un color amarillo plido, y finalmente la solucin se vuelve

incolora, puesto que el ion Mn2+en disolucin diluida es incoloro. As, al

mezclar los reactivos se observa el color violeta y con el transcurso del tiempo

el color se va desvaneciendo hasta que la mezcla de reaccin aparece

incolora.

5.2. Tabla 1 de concentracin del ion permanganato en cada tubo deensayo:

La concentracin de KMnO4para cada tubo de ensayo se obtiene a partir de:

En el primer tubo no se aade agua, por la tanto, corresponde a la

concentracin de la solucin inicial, para lo otros tubos la cantidad el volumen

de KMnO4 disminuye a medida que se aade agua, y en cada caso para dar un

volumen final de 5.0 mL, por eso la concentracin final de la muestra es:

5.3. Resultados del experimento para una temperatura de 0 C (recipiente

con hielo)

5.3.1. Tabla 2 con la concentracin del ion permanganato, el tiempo dedecoloracin (en segundos) y el ln[KMnO4], para cada tubo de ensayo a

una temperatura de 0C (en el hielo):

Tubo KMnO4 (mL) H2O (mL) [KMnO4](M)1 5,0 0 0,010

2 4,0 1,0 0,0080

3 3,0 2,0 0,0060

4 2,5 2,5 0,0050

5 2,0 3,0 0,0040

6 1,0 4,0 0,0020


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y = -0,0015x + 0,0901

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 1000 2000 3000 4000 5000

ln[KMnO4]t

t (segundos)

Grfica 2

5.3.2. Grfica 1 de concentracin Vs. Tiempo:

5.3.3. Grfica 2 de ln[KMnO4] Vs. Tiempo:

Una reaccin de primer orden es una reaccin cuya rapidez depende de la

concentracin de un reactivo elevada a la primera potencia. En una

reaccin de primer orden del tipo: A producto

Tubo t (seg) [KMnO4](M) ln[KMnO4]

1 2952 0,010 -4,605

2 3270 0,008 -4,828

3 3450 0,006 -5,116

4 3680 0,005 -5,298

5 3693 0,004 -5,521

6 3927 0,002 -6,215

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0 1000 2000 3000 4000 5000

[KMnO4]t

t (segundos)

Grfica 1


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La rapidez es: A partir de la ley de la rapidez, tambin conocemos que:

Al combinar las dos primeras ecuaciones para la rapidez, obtenemos:

Dado que la velocidad instantnea es la derivada de la concentracin con

respecto al tiempo, se pueden usar las tcnicas del clculo integral para

encontrar el cambio en como una funcin del tiempo. Primero, se divideambos miembros por y se divide por :

Ahora integramos ambos miembros entre los lmites (cuando ) y el tiempo de inters, (cuando ):

Para evaluar la integral de la izquierda, usamos:

Y obtenemos:

Se concluye que:

La ecuacin puede reordenarse como sigue:

La ecuacin tiene la forma de la ecuacin de una recta , dondees la pendiente de la recta de la grfica de la ecuacin:

Como se podra esperar durante el curso de una reaccin, la concentracin

del reactivo A disminuye con el tiempo. Para una reaccin de primer orden,si elaboramos contra el tiempo (contra ), obtenemos una recta conuna pendiente igual a y una interseccin en igual a . Por tantopodemos, podemos calcular la constante de rapidez con base en la

pendiente de la grfica. (Atkins, 2008. P. 541).


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De esta manera, de la grfica 2, se puede comprobar que el orden de

reaccin de reaccin respecto al ion permanganato es de uno para una

temperatura de 0C (en el recipiente con hielo), ya que la linealidad

obedece a una lnea recta con pendiente negativa.

y = -0,0015x + 0, 0901

5.3.4. Constante de velocidad:La constante de velocidad para la reduccin del ion permanganato a la

temperatura de 0 C es de:

y = -0,0015x 0, 0901

De esta manera, al comparar la ecuacin tenemos que , deesta manera tenemos que la constante de velocidad es de .

5.4. Resultados del experimento para una temperatura de 18 C(Temperatura ambiente de Bogot)

5.4.1. Tabla 3 con la concentracin del ion permanganato, el tiempo dedecoloracin (en segundos) y el ln[KMnO4], para cada tubo de ensayo a

temperatura ambiente en Bogot ( 18 C):

5.4.2. Grfica 3 de concentracin Vs. Tiempo:


1 414 0,010 -4,6052 439 0,008 -4,828

3 445 0,006 -5,116

4 450 0,005 -5,298

5 477 0,004 -5,521

6 486 0,002 -6,215


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De igual forma como en la grfica 2, se hacqe el mismo anlisis para la

grfica 4. Como en la grfica de ln[KMnO4] Vs. Tiempo, se obtiene una

lnea recta con pendiente negativa, se comprueba que la reduccin del ion

permanganato a temperatura ambiente de Bogot (18 C) es de orden de

reaccin de uno.

y = -0,0204x + 3,9695

y = -0,0204x + 3,9695

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

400 420 440 460 480 500

ln[KMnO4]t

t (segundos)

Grfica 4

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

400 420 440 460 480 500

[KMnO4]t

t (segundos)

Grfica 3


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5.4.4. Constante de velocidad:La constante de velocidad para la reduccin del ion permanganato a la

temperatura de 18 C es de:

y = -0,0204x 3,9695

De esta manera, al comparar la ecuacin tenemos que , deesta manera tenemos que la constante de velocidad es de .

5.5. Energa de activacin para la reaccin de reduccin del ion MnO4-

Antes de encontrar el valor de la energa de activacin, es conveniente resaltar

algunos conceptos fundamentales, que ayudarn a la comprensin detrs de

ese valor. La energa de activacin , es la mnima cantidad de energa quese requiere para iniciar una reaccin qumica. La dependencia de la constante

de rapidez de una reaccin de la temperatura se expresa mediante la siguiente

ecuacin, conocida como la ecuacin de Arrhenius (Chang, 2010. P.583):

Donde es la energa de activacin de la reaccin, es la constante de losgases , es la temperatura absoluta y es la base de loslogaritmos naturales. La cantidad representa la frecuencia de las colisiones yse llama factor de frecuencia. La ecuacin muestra que la constante de rapidez

es directamente proporcional a , y por tanto a la frecuencia de las colisiones.Adems, debido al signo negativo asociado al exponente , la constante develocidad disminuye cuando aumenta la energa de activacin y aumenta con elincremento de la temperatura. Por esta razn, para la reaccin a temperaturaambiente es mayor que el cuando la reaccin se llev a cabo en el recipientecon hielo, dando que , y el .La anterior ecuacin se puede expresar de una forma ms til aplicando

logaritmo natural ambos lados:

Una ecuacin que relaciona las constantes de rapidez y las temperaturasy puede utilizarse para calcular la energa de activacin o para encontrarla constante de velocidad a otra temperatura, si se conoce la energa de

activacin. Para ello se utiliza la ecuacin inmediatamente anterior:


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( )

[ ]

Al restar de , se tiene:

(

)

(

)

De este modo se tiene que la energa de activacin , para la reaccin dereduccin del ion permanganato es de:

5.6. Efecto cataltico del ion Mn2+

5.6.1. Tabla 3 con el tiempo de decoloracin en cada tubo con la adicin de laadicin de la solucin acuosa de MnCl2 2M a temperatura ambiente:


1 2 0,010 -4,605

2 3 0,008 -4,828

3 6 0,006 -5,116

4 7 0,005 -5,298

5 8 0,004 -5,521

6 8 0,002 -6,215


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Antes de analizar el efecto cataltico del ion Mn2+

, es conveniente retomar lareaccin de reduccin del ion permanganato con cido oxlico:

2MnO4-(ac) + 5H2C2O4 (ac) + 6H

+(ac) 2Mn

2+(ac) + 8H2O (l) + 10CO2 (g)

Se observa que como parte del producto de la reaccin se tiene el ion Mn2+,

corresponde precisamente al mismo ion utilizado para la catlisis de la reaccin.

Es as, como esta reaccin representa un tipo de catlisis llamado autocatlisis.Los autocatalizadores, son por lo tanto productos generados por las reacciones

que actan como catalizadores de la misma reaccin (Journal of Chemical

Education, 1990). As, el ion Mn2+

es un compuesto qumico que induce y controla

la reaccin qumica sobre s misma.

Es por esta razn, que la reaccin a temperatura ambiente, ocurra relativamente

de forma rpida, porque los mismos iones Mn2+ generados aceleraban la reaccin.

Y cuando se le aade una solucin acuosa de MnCl2, que por estar en medio

acuoso se encuentra disociado en iones cloruro y en iones Mn2+

, esto acelera la

reaccin increblemente, y en tan solo unos segundos la reaccin ocurre.

Retomando, A medida que avanza la reaccin, el valorante reacciona cada vez

con mayor rapidez, hasta que la reaccin se vuelve prcticamente instantnea,

constituyendo un proceso autocataltico, en el cual uno de los productos de lareaccin funciona como un catalizador, se forman complejos de oxalato de Mn(III).

Por otra parte, al aadir los iones Mn2+

se espera que la velocidad de reaccin,

sea en comparacin con los otras reacciones a las que no se les aadi la

solucin ms grande, puesto que intuitivamente como se dio de forma mucho ms

acelerada, es porque tiene un grande. Y, como se observa de la grfica 5,

y = -0,1918x - 4,1769

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 2 4 6 8 10

ln[KMnO4]t

t (seg)

Grfica 5
http://es.wikipedia.org/wiki/Compuestohttp://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto


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efectivamente el es de 0,1918, que es ms grande que el , y el a .6. CONCLUSIONES

7. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Atkins P. Jones. Loretta (2008). Chemical Principles. The Quest for Insight.

United States of America. W.H. Freeman and Company.

Chang R. (2010). Qumica 10 edicin. China. McGraw- Hills.

Tested demonstration de la revista Journal of Chemical Education Volumen 67

, nmero 7, julio 1990

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