1/[A]

Universidad Nacional
Autónoma de México
Facultad de Química
Departamento de Fisicoquímica
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
“EFECTO DE LA TEMPERATURA
EN LA RAPIDEZ DE REACCIÓN
DE LA YODACIÓN DE LA
ACETONA”
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
OBJETIVO GENERAL
Estudiar el efecto de la
temperatura sobre la rapidez
de reacción.
OBJETIVOS PARTICULARES:
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).
PROBLEMA:
Obtener la ecuación que relaciona la variación de la
constante de rapidez de reacción con la temperatura.
Reacción de formación del ion I3‒:
I2 (ac)  I- (ac)
I3- (ac)
Reacción de yodación de la acetona:
ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
 A   B 
 C   D
k
r  k  A  B 
x
k  Ae





y
 Ea / RT
La ecuación de
Arrhenius relaciona la
constante de rapidez
(k) con la temperatura
para una determinada
reacción química.
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.
INTERPRETACIÓN DE LOS PARÁMETROS
DE LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
k  Ae
 Ea
RT
En general, la rapidez de
una reacción química,
aumenta, al incrementarse
la temperatura.
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.
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:
k  Ae
 Ea
RT
Ea
ln k  
R
1
   ln A
T 
y  m x  b
ln k
Ea
ln k  ln A 
RT
■
Factor preexponencial:
Ae
b
b  ln A
Energía de activación:
Ea  mR
Ea
m
R
■
■
1/T / (K-1)
TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
DE EYRING
C 

k
0 1 n
RT
N Ah
AB
e
G  / RT
P
A-B 
G  H   T S 
C 

k
0 1 n
N Ah
RT
e
S  / R H  / RT
e
Comparación con la ecuación de Arrhenius:
k  Ae
 Ea / RT
C 

A
0 1 n
N Ah
RT
e
S  / R
Ea  H 

MÉTODO DE AISLAMIENTO DE OSTWALD:
 A   B 
 C   D
k
r  k  B0  A
r  kobs  A
x
y
 B   B0  cte
 A   B
y
r  k  A  B 
x
x
Haciendo:
Esta ecuación se integra,
suponiendo órdenes
parciales de reacción x con
respecto al reactivo A. Este
tratamiento se conoce como
método integral.
kobs  k  B 0
y
APLICACIÓN DEL MÉTODO INTEGRAL:
r  kobs  A

d  A
dt
x
Pero:
 kobs  A
x
d  A
dt
 kobs  A
x
 A   B 
 C   D
Cero (x = 0)
Dos (x = 2)
dt
k
Orden supuesto:
Uno (x = 1)
O bien:
r
d  A
t=0
t=t
 A0  B 0
 A  B 
0
0
C   D 
ORDEN CERO:
dt
 A  kobs t   A0
y  m x b
 kobs  A
d  A
dt
0
 kobs
 A
t
A0
obs 0
  d  A  k  dt
 A   A0  kobst
[A] / (mol/L)
d  A
■
Unidades:
kobs (mol/L min)
■
m  kobs
■
■
■
t / (min)
ORDEN UNO:
dt
 A
 kobs  A
d  A
   A
A0
A

ln
 A0
ln  A  kobs t  ln  A0
y  m x  b
t
 kobs  dt
0
 kobs t
ln  A  ln  A0  kobs t
ln [A]
d  A
Unidades:
kobs (min-1)
■
■
m  kobs
■
■
■
t / (min)
ORDEN DOS:
dt
 A
 kobs  A
d  A
   A
A0
1
1
 kobs t 
 A
 A0
2
2
t
 kobs  dt
0
1
1


 kobs t
 A  A0
1/[A] / (L/mol)
d  A
y  m x b
Unidades:
kobs (L/mol min)
■
■
■
■
■
m  kobs
t / (min)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Encender el
espectrofotómetro y
esperar 15 min.
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.
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.
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.
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.
CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN A PARTIR DE LA ABSORBANCIA:
A   bc  B
Se mide
experimentalmente la
absorbancia como
función del tiempo.
y  m x  B
Cálculo de la
B  0 concentración de I :
c   A  B / b
C / (mol/L)
Absorbancia
2
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
Usar los datos
de pendiente y
ordenada de
curva patrón.
■
■
■
■
■
■
■
■
■
t / (min)
■
t / (min)
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES
Temperatura (ºC): _________
Tiempo (min)
Absorbancia:
[I2] (mol/L)
ln [I2]
1/[I2] (L/mol)
0.5
1.0
etc…
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.
ORDEN CERO:
 A  kobs t   A0
ORDEN UNO:
ORDEN DOS:
ln  A  kobs t  ln  A0 1/  A  kobs t  1/  A0
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).
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES
Construir la siguiente tabla:
t (ºC)
kobs (mol/Lmin)
T (K)
1/T (K-1)
ln kobs
Trazar la gráfica ln kobs vs
1/T. Realizar la regresión lineal
correspondiente.
1/T (K-1)
b  ln A
■
ln kobs
Ea  1 
     ln A
R T 
y  m x b
ln kobs
ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
Ea
m
R
■
■
Parámetros a determinar:
Ea  mR A  eb
Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura
Por su atención
¡Gracias!
¡Gracias por su atención!
e-mail: omar.termo@hotmail.com