Objetivos

• Determinar el orden de reacción para la cinética de halogenacion de la acetona.

• Determinar el efecto de la concentración de ácido y acetona sobre la cinética de halogenación de la acetona.

• Determinar la constante de velocidad para la reacción de halogenación de la acetona

Introducción

La reacción de yodación de acetona presenta una cinética lenta en condiciones normales, pero la reacción se acelera considerablemente en condiciones ácidas. En disolución acuosa la reacción de yodación de la acetona (2-propanona) catalizada por ácido puede describirse como:

CH3COCH3 + I2 CH3COCH2 + HI

Dado que, en la halogenación de cetonas catalizada por ácido, cada paso sucesivo de halogenación es más lento que el paso anterior y dado que en las condiciones en que se llevará a cabo la reacción estará presente un exceso de acetona respecto al yodo, podemos suponer que la especie formada será la -monoyodoacetona.

Para la determinación de la ecuación cinética de la reacción se empleará el método de aislamiento de Ostwald. Para ello, se empleará un exceso de acetona y de ácido respecto a la concentración de yodo presente. De forma que, podrá suponerse que las concentraciones de acetona y de ácido permanecen prácticamente constante durante la reacción.

La ecuación cinética para la reacción tendrá la forma:

Siendo k la constante cinética, , , y los órdenes parciales de reacción respecto a la acetona, al ácido y al yodo. Como consideramos que la concentración de ácido y acetona permanecen constantes durante la reacción,

la ecuación anterior se transforma en:

Por tanto, la reacción será de pseudo-orden . Siendo kap la constante aparente que se observa que incluye la constante cinética real y los términos correspondientes a la contribución del ácido y de la acetona.

Metodología

RESULTADOS

Curva tipo de la cinética de halogenación de la acetona.

Tubo N° Concentración de yodo (M)

Ab 460 nm

1 0.00000 0.0162 0.00026 0.2713 0.00055 0.5724 0.00088 0.8875 0.00125 1.083

Tabla N°1.Concentración de yodo y resultados de absorbancia.

Cálculos para la determinación de la concentración de yodo

Se utiliza la siguiente ecuación:

C1V1=C2V2

Donde: C1= Concentración inicial de solución de yodo.V1= Volumen adicionado en cada tubo.C2= Concentración final de solución de yodo.V2= Volumen total de cada tubo.

Despejamos C2

C2= (C1*V1)/V2

Tubo N°1 C2= [(0.005M) (0.016mL)]/10mL

C2= 8x10-6 M

Se realiza la misma operación para cada uno de los tubos y así determinamos que concentración de yodo tenemos.Determinación de la cinética de reacción.

Tabla N°2.Concentración de acetona, yodo y acido clorhídrico.

N° de disolución.

Concentración de acetona (M)

Concentración de ácido (M)

Concentración de yodo (M)

1 0.00134 0.0066 0.0012 0.00134 0. 132 0.0013 0.00134 0. 331 0.0014 0.00134 0.66 0.0015 0.000161 0.66 0.0016 0.000336 0.66 0.0017 0.000674 0.66 0.0018 0.000336 0.66 0.005

Cálculos para la determinación de la concentración de acetona.

V = Volumen adicionado a cada tuboρ acetona = 0.788 g/mLPM = 58.08 g/moln = número de moles.M = molaridad.

m= (ρ acetona) (V)

m= (0.788 g/mL) (1mL) = 0.788g

Cálculos para la determinación de la concentración de acido clorhídrico.

V = Volumen adicionado a cada tuboρ HCl = 1.21 g/mLPM = 36.5 g/molPureza de la solución = 35%Concentración de HCl = 20%

El volumen adicionado a cada tubo esta a una concentración del 100% y la que buscamos es la concentración al 20%por lo tanto realizamos una regla de tres.

Por ejemplo para el tubo 1:

0.1mL 100%

V 20%

V = 0.02mLCon este volumen determinamos el valor de la masa por medio de la

siguiente formula.

m = (ρ HCl) (V)

m = (1.21 g/mL) (0.02mL) = 0.024g

Esta masa esta a una Pureza del 100% y la solución que utilizamos tenia una Pureza del 35%, por lo tanto realizamos una regla de tres.

0.024 g 100%

m 35%

m = 0.00847g

Cálculos para la determinación de la concentración de yodo.

Se utiliza la siguiente ecuación:

C1V1=C2V2

Donde:

C1= Conc. inicial de solución de yodoV1= volumen adicionado en cada tuboC2= Conc. final de solución de yodoV2= volumen total de cada tubo

Despejamos C2

C2= (C1*V1)/V2

Tubo 1

C2= [(0.005M) (2mL)]/10mLC2= 0.003 M

Se realiza la misma operación para cada uno de los tubos y así determinamos que concentración de yodo tenemos.

Tabla N°3. Absorbancia a 460 nm de cada tubo de las disoluciones.

TIEMPO (seg.)

TUBO 1 TUBO 2 TUBO 3 TUBO 4 TUBO 5 TUBO 6 TUBO 7 TUBO 8

0 1,161 0,973 0,976 0,774 1,099 1,387 1,033 0,50915 1,118 0,946 0,873 0,61 1,071 1,33 0,915 0,47730 1,072 0,908 0,769 0,39 1,041 1,265 0,798 0,46745 1,027 0,817 0,667 0,174 1,01 1,205 0,677 0,3760 0,981 0,731 0,567 0,026 0,982 1,143 0,557 0,32375 0,936 0,647 0,466 0,024 0,951 1,077 0,439 0,27590 0,892 0,562 0,362 0,023 0,921 1,016 0,323 0,228

105 0,845 0,476 0,259 0,023 0,891 0,957 0,206 0,18120 0,803 0,389 0,159 0,023 0,859 0,898 0,1 0,133135 0,758 0,303 0,063 0,023 0,829 0,838 0,021 0,086150 0,715 0,219 0,022 0,023 0,8 0,779 0,017 0,04165 0,672 0,134 0,022   0,769 0,717 0,017 0180 0,627 0,053 0,022   0,738 0,656 0,017195 0,585 0,022 0,022   0,708 0,596    210 0,543 0,022 0,022   0,678 0,537    225 0,499 0,022     0,647 0,478    240 0,454 0,022     0,617 0,419    255 0,41 0,022     0,586 0,361    270 0,367 0,022     0,556 0,304    285 0,323       0,526 0,247    300 0,278       0,495 0,191    315 0,236       0,465 0,138    330 0,193       0,435 0,087    345 0,151       0,405 0,044    360 0,109       0,373 0,021    375 0,067       0,341 0,017    

390 0,039       0,31 0,017    405 0,019       0,28 0,017    420 0,019       0,25 0,017    435 0,019       0,221      450 0,019       0,193      465 0,019       0,165      480 0,019       0,137      495         0,111      510         0,086      525         0,064      540         0,046      555         0,034      570         0,029      585         0,028      600         0,027      615         0,027      630         0,027      

TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES

Gráfica N°1.Curva tipo de la cinética de halogenación de la acetona del tubo 1 - 3.

Mediante esta gráfica obtenemos la concentración de cada tubo en cada uno de los tiempos, para esto se necesita realizar una serie de cálculos que son los siguientes.

De la ecuación que se obtiene al linealizar la curva tipo despejamos a la concentración de yodo [I2], lo único que cambia en cada ecuación es el valor de la absorbancia “Ab” que sería la absorbancia de cada tubo en distintos tiempos.

Y con esta ecuación obtenemos la concentración de cada tiempo; por ejemplo para el caso del tubo número 1 en el tiempo cero se obtuvo una absorbancia de 1.161 por lo tanto la concentración de yodo es la siguiente:

Gráfica N°2.Curva tipo de la cinética de halogenación de la acetona del tubo 4 - 8.

Mediante esta grafica obtenemos la concentración de cada tubo en cada uno de los tiempos, para esto se necesita realizar una serie de cálculos que son los siguientes.

De la ecuación que se obtiene al linealizar la curva tipo despejamos a la concentración de yodo [I2], lo único que cambia en cada ecuación es el valor de la absorbancia “Ab” que sería la absorbancia de cada tubo en distintos tiempos.

Y con esta ecuación obtenemos la concentración de cada tiempo; por ejemplo para el caso del tubo número 4 en el tiempo cero se obtuvo una absorbancia de por lo tanto la concentración de yodo es la siguiente:

Tabla N°4.Concentración de yodo de cada disolución.

TIEMPO (seg.)

TUBO 1 TUBO 2 TUBO 3 TUBO 4 TUBO 5 TUBO 6 TUBO 7 TUBO 8

0 0,0012479 0,0010482 0,0010514 0,0008618 0,0012182 0,001534 0,0011458 0,000571315 0,0012022 0,0010195 0,000942 0,000682 0,0011875 0,001471 0,0010164 0,000536230 0,0011534 0,0009792 0,0008316 0,0004408 0,0011546 0,001400 0,0008882 0,000525245 0,0011056 0,0008825 0,0007232 0,0002039 0,0011206 0,001334 0,0007555 0,000418960 0,0010567 0,0007912 0,000617 4,167E-05 0,0010899 0,001266 0,0006239 0,000367375 0,0010089 0,000702 0,0005098 3,947E-05 0,0010559 0,001194 0,0004945 0,000314790 0,0009622 0,0006117 0,0003993 3,838E-05 0,001023 0,001127 0,0003673 0,0002632

105 0,0009123 0,0005204 0,0002899 3,838E-05 0,0009901 0,001063 0,000239 0,0002105120 0,0008677 0,000428 0,0001837 3,838E-05 0,000955 0,000998 0,0001228 0,000159135 0,0008199 0,0003367 8,178E-05 3,838E-05 0,0009221 0,000932 3,618E-05 0,0001075150 0,0007742 0,0002475 3,823E-05 3,838E-05 0,0008904 0,000867 3,18E-05 5,702E-05165 0,0007285 0,0001572 3,823E-05   0,0008564 0,000799 3,18E-05 1,316E-05180 0,0006808 7,116E-05 3,823E-05   0,0008224 0,000732 3,18E-05  195 0,0006362 3,823E-05 3,823E-05   0,0007895 0,000667    210 0,0005915 3,823E-05 3,823E-05   0,0007566 0,000602    225 0,0005448 3,823E-05     0,0007226 0,000537    240 0,000497 3,823E-05     0,0006897 0,000473    255 0,0004503 3,823E-05     0,0006557 0,000409    270 0,0004046 3,823E-05     0,0006228 0,000346    285 0,0003579       0,0005899 0,000284    300 0,0003101       0,0005559 0,000223    315 0,0002655       0,000523 0,000164    330 0,0002198       0,0004901 0,000109    345 0,0001752       0,0004572 0,000061    360 0,0001306       0,0004221 0,000036    

375 8,602E-05       0,0003871 0,000032    390 5,629E-05       0,0003531 0,000032    405 3,505E-05       0,0003202 0,000032    420 3,505E-05       0,0002873 0,000032    435 3,505E-05       0,0002555      450 3,505E-05       0,0002248      465 3,505E-05       0,0001941      480 3,505E-05       0,0001634      495         0,0001349      510         0,0001075      525         8,333E-05      540         6,36E-05      555         5,044E-05      570         4,496E-05      585         4,386E-05      600         4,276E-05      615         4,276E-05      630         4,276E-05      

Gráfica N°3. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°1.

Gráfica N°4. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°2.

Gráfica N°5. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°3.

Gráfica N°6. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°4.

Gráfica N°7. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°5.

Gráfica N°8. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°6.

Gráfica N°9. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°7.

Gráfica N°10. Concentración de yodo vs tiempo del Tubo N°8.

Para determinar Δ[I2]/Δt se necesita linealizar cada una de las graficas anteriores, obtener la ecuación y de ésta el valor de la pendiente es igual al valor que estamos determinando.

Tabla N°5.Valor de Δ[I2]/Δt de cada disolución.

N° de disolución. Δ[I2]/Δt = m1 -0.000012 -0.0000053 -0.0000034 -0.00015 -0.0000036 -0.0000067 -0.00018 -0.000005

Aplicamos log a las concentraciones de acetona, yodo y ácido clorhídrico así como al valor de Δ[I2]/Δt que están en la Tabla N°5, de acuerdo a los tubos que nos piden de cada disolución.

Tabla N°6.Log de las concentraciones.

N° de disolución

log Δ[I2]/Δtlog de la conc.

de acetona.log de la

conc. de HCl.log de la conc.

de yodo.1 -4.6990 - -2.6383 -2 -5.5229 - -2.3372 -3 -5.0000 - -1.9355 -4 -5.3010 0.1139 -1.6345 -5 -4.6990 -0.7905 - -6 -5.1549 -0.4698 - -3.00007 -5.6990 -0.1688 - -8 -5.0000 - - -2.3010

Gráfica N°11. Log [H+] vs log Δ[I2]/Δt del tubo 1 - 4.

Gráfica N°12. Log de la concentración de acetona vs log Δ[I2]/Δt del tubo 4 - 7.

Gráfica N°13. Log de la concentración de yodo vs log Δ[I2]/Δt del tubo 6 y 8.

Las graficas anteriores se linealizar para determinar el valor de la pendiente y será igual al valor de las constantes “a”, “b” y “c” que son los órdenes parciales de cada reacción de acuerdo a la siguiente ecuación:

a= 0.7967b= 0.2216c= 0.3373

Por lo tanto el orden total de la reacción se determina mediante la suma de los órdenes parciales.

a + b + c = 1 + 0 + 0 = 1

Determinación de la ley de velocidad para la reacción de halogenación de la acetona.

Una vez determinados los valores de a, b, y c, es posible determinar la constante de velocidad, de acuerdo con la ecuación siguiente:

Para las concentraciones se emplean los valores constantes de cada una.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se utiliza yodo metálico y yoduro de potasio para preparar la solución de yodo, ya que esta mezcla produce una tintura en soluciones de alcohol o agua o la mezcla de ambas y esto nos permita mediar la absorbancia de la concentración de la solución en el espectrofotómetro.

La reacción es de primer orden con respecto a acetona, pero es independiente (es decir de orden cero) del ácido en este caso HCl y del halógeno empleado en este caso yodo.

Lo que significa que el estado de transición del paso determinante de la reacción contiene a la acetona, pero no al ácido ni al halógeno, que participan en la reacción.

Por lo tanto el orden global de la reacción es de 1 utilizando acetona, ácido clorhídrico y yodo como reactivos; y obteniendo una constante de velocidad K igual a 0.000267.

Los factores que pueden alterar la velocidad de reacción de la halogenación de la acetona es la concentración de la solución ya que al aumentarla se aumenta la concentración de la misma y por lo tanto la reacción es más rápida.

Otro factor es la temperatura ya que sin esta se incrementa aumenta la energía cinética y esto provoca que aumenta la velocidad de la reacción.

CONCLUSIONES

Un factor muy importante para obtener resultados precisos es una buena medición del tiempo ya que algunas reacciones de formación de color son muy rápidas y otras muy lentas, algunas especies coloreadas experimentan desvanecimientos debidos a la descomposición por la luz y/o por reposo; lo ideal es que sea ágil, de tal forma que los resultados analíticos puedan obtenerse con rapidez y que las especies coloreadas sean estables, sin embargo, la estabilidad durante largo tiempo es conveniente cuando sea necesario repetir medidas de la absorbancia.

Uno de los problemas que se podrían presentar en la realización de la cinética podría ser que al preparar las diluciones, a éstas no se les adicione la cantidad correcta provocando así variaciones en la disminución del color al transcurrir el tiempo; y esto se ve reflejado en las mediciones de absorbancia.

La concentración de yodo, la longitud de onda y la temperatura; debido a que se toma en cuenta la longitud de onda máxima de absorción; la velocidad de halogenación de la acetona es independiente de la concentración del yodo, pero se debe tener control para no tener exceso ya que puede existir variación en la absorción y perjudicar la precisión.

Como pudimos apreciar en el desarrollo del experimento, el ácido clorhídrico es un catalizador adecuado para fijar la ley de la velocidad inicial, es decir, el orden de la reacción con respecto a la acetona, el ion hidrógeno y el yodo, y la constante de velocidad.

En el área farmacéutica permite lograr estabilidad en los medicamentos, la predicción de su vida útil y definir las condiciones de conservación de los mismos.