ESTUDIO DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 1 OBJETIVOS 1. Analizar el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. 2.Calcular la energía de activación. 3. Determinar tiempos parciales de reacc ón. reacción. 4. Calcular k1/k2 a partir de la media aritmética de los cocientes de los tiempos parciales. 5. Determinar el orden de reacción respecto del agua oxigenada y la constante aparente. aparente Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 2 ¿Cómo influye CUALITATIVAMENTE la temperatura sobre la velocidad de una reacción? ¿Cómo influye f y CUANTITATIVAMENTE la temperatura sobre la velocidad de una reacción? k = A e -Ea/RT A factor f t d de f frecuencia i Ea energía de activación. activación Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 3 k = A e -E/RT ¿Cómo podemos determinar la energía de activación? Ea 1 ln k ln A R T k2 E a 1 1 ln k1 R T2 T1 k1 E a 1 1 ln k2 R T2 T1 ¿Es necesario conocer k1 y k2? ¿Cómo vamos a determinar en esta experiencia p k1/k2? Midiendo tiempos p parciales p de reacción Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 4 ¿Qué es el tiempo parcial de reacción? ¿Cómo están relacionadas las constantes de velocidad a dos temperaturas mp con los tiempos mp parciales a esas temperaturas? k 1 t1 = k 2 t2 f (c1, c2, ...., co1, co2, ....) = k1 t1 k1 t p2 k2 t p1 f (c1, c2, ...., co1, co2, ....) = k2 t2 Las concentraciones iniciales, co1, co2, y parciales, parc ales, c1, c2, de los reactivos son las mismas a llas dos d temperaturas . ¿Qué condiciones tienen que cumplirse para que se cumpla esta ecuación? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 5 ¿Qué reacción vamos a estudiar? H2O2 + 2 HI I 2 + 2 H2 O ¿Cuál es su ecuación de velocidad? v = k [HI]a [H2O2] b a orden parcial del HI b orden parcial del H2O2 ¿Qué parámetros cinéticos se determinan? v = k' [H2O2] b k' = k [HI] a = cte. ¿Cómo se mantiene constante [HI]? I2 + 2 Na2S2O3 Na2S2O2 + 2 NaI N + H2SO NaI O4 H + NaHSO HI N H O4 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 6 ¿De q qué componente p de la reacción vamos a seguir su evolución y porqué? H2O2 + 2 HI I2 + 2 H2O I2+almidón I2 I2 ¿Cómo vamos a seguir la evolución de la concentración de I2? I2 + 2 Na2S2O3 Na2S2O6 + 2 NaI 7 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque ¿Cuál es el tiempo parcial de esta reacción? ¿Cómo determinaremos el tiempo en que se consume una fracción de agua oxigenada? H2O2 + 2 HI I2 + 2 Na2S2O3 n reac H 2O 2 n I2 I2 + 2 H2O Na2S2O6 + 2 NaI 1 n Na 2S2O3 2 n Na 2S2O3 Na 2S2 O3 VNa 2S2O3 ¿Hemos cubierto los objetivos? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 8 1. Analizar el efecto de la temperatura sobre l velocidad la l id d d de reacción. ió ¿Qué sucede a la velocidad cuando aumentamos la temperatura? ¿Cómo lo observaremos? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 9 2.Calcular la energía de activación. k1 t p2 k2 t p1 E 1 1 k ln 1 a k 2 R T2 T1 3. Determinar tiempos parciales de reacción. tp = tiempo en que se consume una fracción de agua oxigenada n reac H 2O 2 n I2 1 n Na 2S2O3 2 4. Calcular k1/k2 a partir de la media aritmética 4 de los cocientes de los tiempos parciales. Determinamos tiempos parciales a dos temperaturas. Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 10 5. Determinar el orden de reacción respecto del agua g oxigenada g y la constante aparente. p H2O2 + 2 HI v = k' [H2O2] b I 2 + 2 H2 O k' = k [HI] a = cte. Ln H 2 O 2 k’ = -pendiente a=1 dH 2 O 2 a k ' H 2 O 2 dt n H 2O 2 n n reac H 2O 2 0 H 2O 2 n I2 n reac H 2O 2 1 n Na 2S2O3 2 Ln H 2O 2 H 2O 2 0 k' t t 1 H 2O 2 a=2 1 1 k' t H 2O 2 H 2O 2 0 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 k’ = p pendiente t Remedios González Luque 11 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DISOLUCIONES SE PREPARAN UNA VEZ PARA LAS DOS TEMPERATURAS 1) 250 mL de Na2S2O3 0.1 M 2) 100 mL de H2O2de 2 vol., por dilución de la de 110 vol. O ¿Dónde se guarda la disolución de tiosulfato ? O +6 - -2 S O O S - O - S O O - ¿porqué? ¿Alguna precaución ¿Al ió con la disolución de agua oxigenada? H2O2 H2O + 1/2 O2(g) ( ) Laboratorio de Química Física I 2009-2010 12 Remedios González Luque DISOLUCIONES SE PREPARA DOS VECES UNA PARA CADA TEMPERATURA 3) 30 mL de H2SO4: 10 mL de H2SO4 sobre 20 mL de agua 4) 500 mL de KI del 0.1 0 1 % en peso, peso 0.5 0 5 g en 500 mL de agua. agua ¿Dónde y cómo se prepara la disolución de ácido sulfúrico? ¡¡¡OJO !!! ¡¡¡¡ MUY EXOTÉRMICA !!! Laboratorio de Química Física I 2009-2010 10 mL ÁCIDO 20 mL AGUA 13 Remedios González Luque ¿Porqué se prepara una vez las disoluciones de tiosulfato y agua u oxigenada xi n d y d doss llass d de sulfú sulfúrico i y KI? k 1 t1 = k 2 t2 f (c ( 1, c2, ...., co1, co2, ....)) = k1 t1 . k1 t p2 k2 t p1 f (c ( 1, c2, ...., co1, co2, ....)) = k2 t2 14 H2O2 + 2 HI [HI] = cte n H 2O 2 n 0 H 2O 2 I2 + 2 H2O I2 + 2 Na2S2O3 n reac H 2O 2 Na2S2O6 + 2 NaI n Laboratorio de Química Física I 2009-2010 reac H 2O 2 1 n I 2 n Na 2S2O3 2 Remedios González Luque 14 ¿Dónde tiene lugar la reacción? ¿Porqué? Baño termostático ¿A q qué temperatura? p ¿Cómo se mide? 12 ºC y 25 ºC ¿Porqué comenzamos a 10 ºC? ¿Qué disoluciones se introducen d en ell b baño ñ termostático y en que recipientes? imán Agitador magnético Laboratorio de Química Física I Remedios González Luque 15 ¿Cuándo se añade el ácido, el almidón y el agua oxigenada? ¿En qué orden? El ácido cuando se ha enfriado ¿A continuación? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 16 Un s gotas Unas t s de d almidón lmidón ¿A continuación? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 17 25 mL de agua oxigenada en un matraz aforado. NO introducir el matraz en el baño t=0 Al añadir el agua oxigenada ¿Cuándo á comienza la reacción? ó ¿Cuándo se conecta el cronómetro? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 18 ¿De qué color son los reactivos? INCOLOROS H2O2 HI ¿D qué ¿De é color l se vuelve l ell medio di de d reacción ió cuando d ha comenzado la reacción? ¿Porqué? H2O2 + 2 HI I2 + 2 H2O ¿Qué hacemos cuando la disolución se ha vuelto violeta? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 19 3 mL Na2S2O3 ¿Con qué ¿C é se mide id el volumen de tiosulfato añadido? ¿Porqué se añaden 3 mL de tiosulfato? ¿Qué sucede al añadir el tiosulfato? ¿Porqué? I2 + 2 Na2S2O3 Na2S2O6 + 2 NaI 20 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque U vez añadido Una ñ did llos 3 mL Ld de ti tiosulfato lf t y lla di disolución l ió se ha vuelto incolora ¿Qué sucederá? ...... ¿Porqué? t SE HA CONSUMIDO EL TIOSULFATO ¿Cuándo anotamos el tiempo? ¿Cuándo añadimos el tiosulfato o cuando estese ha consumido? 1 n n I 2 n Na 2S2O3 2 Laboratorio de Química Física I reac H 2O 2 2009-2010 t = tp Remedios González Luque 21 ¿Qué Q hacemos a continuación? Añadir una nueva alícuota de tiosulfato 3 mL Na2S2O3 ...... ¿Qué sucede al añadir el tiosulfato? I2 + 2 Na2S2O3 Na2S2O6 + 2 NaI Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 22 ¿Hasta cuando será incolora? ...... t = tp2 ¿Cuántas alícuotas de tiosulfato añadimos? 12 a 10 ºC Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 23 H2O2 + 2 HI I2 + 2 H2O I2 + 2 Na2S2O3 Na2S2O6 + 2 NaI H2O2 HI . . . I2 Na2S2O3 . . . I2 t = tp1 t =0 . . . I2 . . . I2 t = tp2 . . . Na2S2O3 Laboratorio de Química Física I I2 Remedios González Luque 2 ¿Qué hacemos al terminar la experiencia? ¿A qué temperatura hay que poner el baño? 25 ºC ¿Qué nuevas disoluciones hay que preparar? 3) 30 mL de H2SO4: 10 mL de H2SO4 sobre 20 mL de agua 4)) 500 mL de KI del 0.1 % en p peso, 0.5 g en 500 mL de agua. g ¿Cuántas alícuotas de tiosulfato hay que añadir? 16 ¿Porqué más alícuotas que a la otra temperatura? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 25 ¿Podemos realizar los cálculos y cubrir los objetivos? 2 Calcular la energía de activación 2. activación. k1 E a 1 1 ln k 2 R T2 T1 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 k1 t p2 k2 t p1 Remedios González Luque 26 3. Determinar tiempos parciales de reacción. 10 ºC Vtio(mL) t1(mm:ss) t1(s) 20 ºC t1(s) t2(mm:ss) t2(s) t2(s) t1/t2 [H2O2]M Calcular y ver que tendencia tienen Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 27 ¿t serán siempre iguales, ¿t, iguales para cada temperatura? ¿Qué implicaría el que fueran siempre iguales? v = cte ¿Lo será? ¿Porqué q solo se prueba p si el orden respecto p al agua oxigenada es uno y dos? ¿Porqué no se prueba si el orden es cero? ¿Qué ¿Q é implicaría i li í que f fuera d de orden d cero? ? b= 0 v = k' [H2O2] b= k ‘= cte Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 28 Sabemos que t no será constante pero ¿aumentará o disminuirá? v = k' [H2O2] b [H2O2] v Laboratorio de Química Física I 2009-2010 t Remedios González Luque 29 5. Determinar el orden de reacción respecto del agua oxigenada y la constante aparente. H2O2 + 2 HI v = k' [H2O2] b I 2 + 2 H2 O k' = k [HI] a = cte. Ln H 2 O 2 k’ = -pendiente a=1 dH 2 O 2 a k ' H 2 O 2 dt NECESITAMOS CONOCER [H2O2] Ln H 2O 2 H 2O 2 0 k' t t 1 H 2O 2 a=2 1 1 k' t H 2O 2 H 2O 2 0 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 k’ = p pendiente t Remedios González Luque 30 H 2O 2 t n H 2O 2 Vtotal n 0H 2O 2 n reac H 2O 2 Vtotal 1 n 0H 2O 2 n añadido Na 2S2 O 3 2 Vtotal 1 H 2O 2 VH 2O2 Na 2S2O3 VNa 2S2O3 2 VKI VH 2O 2 VH 2SO 4 VNa 2S2O3 H2O2 + 2 HI 25 mL H2O2 2 vol I2 + 2 Na2S2O3 Alicuotas de 3mL Na2S2O3 0.1 01M I2 + 2 H2O Na2S2O6 + 2 NaI CALCULAR y UTILIZAR LAS CONCENTRACIONES REALES Laboratorio de Química Física I 31 Remedios González Luque ¿Cómo prepararemos 100 mL de agua oxigenada de 2 Volúmenes a partir de agua oxigenada de 100 Volúmenes? n1 = n2 1 H2O2100 Volúmenes [H2O2]1 V1 = [H2O2]2 V2 H 2O 2 Volúmenes / 22.4L / mol 2 1L cte Volúmenes 2 100 mL de d H2O2 2 Volúmenes Volúmenes1 V1 = Volúmenes2 V2 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 32