PRÁCTICA DE CINÉTICA QUÍMICA

OBJETIVOS ESPECÍFICOS El objetivo de esta práctica es estudiar la influencia de la concentración en la velocidad

de reacción y determinar el orden de reacción con respecto al yodato (IO 3-) en la reacción

redox con el bisulfito (HSO3-):

2 IO3- + 5 HSO3

- + 2H+ ® I2 + H2O + 5 HSO4-

INTRODUCCIÓN La Termodinámica no explica nada acerca de la velocidad con que ocurren los procesos

espontáneos o con la que se alcanza el equilibrio químico. La rama de la química que estudia las velocidades de las reacciones se llama cinética química.

La velocidad a la que se efectúa una determinada reacción del tipo:

A + B ® C + D

puede medirse en términos de la velocidad de desaparición de los reactivos, -d[A]/dt, -d[B]/dt, o de aparición de los productos d[C]/dt, d[D]/dt. Las concentraciones de los reactivos disminuyen en el intervalo de tiempo, así pues, d[A]/dt y d[B]/dt son cantidades negativas. El signo negativo (en el término de los reactivos) en la definición de velocidad hace que ésta última sea una cantidad positiva.

Velocidad de reacción = v = -d[A]/dt = -d[B]/dt = d[C]/dt = d[D]/dt

Por otra parte, la velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de reactivos y la constante de proporcionalidad a una temperatura determinada, k, recibe el nombre de constante de velocidad a esa temperatura.

v = k [A]x[B]y

Las velocidades de reacción dependen de factores como la naturaleza de los reactivos, la concentración de los reactivos, la temperatura y los catalizadores. Los números x e y se determinan experimentalmente, y no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos de los reactivos en la ecuación ajustada. Estos números pueden ser enteros, cero o fraccionarios. Al sumarlos se obtiene el orden total de la reacción, por ejemplo,

v = k1[A] Primer orden respecto a A. v = k2[A][B] Primer orden respecto a A y respecto a B. v = k3[A]2 Segundo orden respecto de A. v = k4[A] 2[B] Segundo orden respecto de A y primero respecto de B. v = k5 Orden cero.

siendo las ecuaciones integradas de velocidad para los diferentes casos:

Reacción de orden cero, x=0.

-d[A]/dt=k®-d[A]=kdt®

(1)

Reacción de orden uno, x=1. (Por ejemplo: A®P )

-d[A]/dt=k[A]®-d[A]/[A]=kdt

(2)

Reacción de orden dos, x=2. (Por ejemplo: 2A®P )

-d[A]/dt=k[A]2 ®-d[A]/[A]2=kdt ®

(3)

Si suponemos que nuestra reacción es de orden cero, la representación de [A]t frente a t, nos debe dar una línea recta; si suponemos que es una reacción de primer orden con respecto a A (x=1), la representación de ln[A]t frente a t debe dar una línea recta. Si x=2 deberíamos obtener una línea recta al representar 1/[A]t frente a t:

Orden cero Orden uno Orden dos o.o=[A]o o.o=ln[A]o o.o=1/[A]o

pte=-k pte=-k pte=k [A]t/molL-1 ln([A]t/molL-1) 1/([A]t/molL-1)

t/s t/s t/s

MATERIAL Y PRODUCTOS (POR GRUPO)

Tubos de ensayo, pipeta graduada, cronómetro, vaso de precipitados y las siguientes disoluciones: 250 mL de yodato potásico 0.2 M y 250 mL de bisulfito sódico 0.01M conteniendo 50 mL de almidón.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Se ponen en una gradilla 10 tubos de ensayo, rotulados del uno al diez, con Yodato potásico KIO3 y agua destilada en las siguientes proporciones:

Tubo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V(KIO3)/ mL 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 V(H2O)/ mL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Se agita cada tubo para homogeneizar la mezcla. El volumen de la disolución en cada tubo es de 10 mL, pero la concentración de yodato va disminuyendo.

En otro tubo de ensayo se ponen 10 mL de la disolución de bisulfito sódico (que contiene almidón) y se agrega al tubo rotulado como 1. La adición ha de hacerse lo más rápidamente posible agitándose de forma vigorosa hasta observar la aparición de una coloración azul. Esta coloración azul es debida a la presencia de un complejo I2( formado en la reacción)+almidón. Por tanto, el I2 es nuestra especie de control.

Anotar el tiempo transcurrido desde el momento en que ambas disoluciones entran en contacto hasta la aparición del color azul, que ha de ser instantánea. Si el color azul se ve “correr” es debido a que la agitación no fue suficiente y la concentración no es homogénea en todo el tubo (zona superior del tubo más concentrada). La operación se repite para los demás tubos de ensayo siempre con 10 mL de la disolución de bisulfito-almidón. Anótense el tiempo que tarda en aparecer el color azul, para cada tubo de ensayo.

OBSERVACIONES La disolución de almidón se prepara añadiendo aproximadamente dos espátulas del

producto comercial sobre un vaso de precipitados con 200 mL de agua destilada y calentando, si no el almidón no se disolverá.

NOTA ACLARATORIA

En la reacción redox: 2 IO3- + 5 HSO3

- + 2H+ ® I2 + H2O + 5 HSO4-

la ecuación de velocidad vendría dada por la expresión:

v = k[HSO3-]y[IO3

-]x = k’[IO3-]x

En principio, no conocemos el orden de reacción con respecto al bisulfito, HSO3-, es decir, y,

pero no es necesario conocerlo, porque asumimos que su concentración se mantiene constante a lo largo de todo el experimento. Por tanto, como también la constante de velocidad k es constante, k[HSO3

-]y es un valor constante que denominamos k’. Hay que tener en cuenta, que para determinar el orden de reacción con respecto a un determinado reactivo, habría que seguir la disminución de su concentración con el tiempo de reacción, partiendo de una única concentración inicial de A (lo equivalente a uno de los tubos de ensayo). En este

caso, asumimos que la cantidad de I2 formada (cuando aparece el color azul) es muy pequeña y, por tanto, que las concentraciones de HSO3

- y IO3- no varían.

CUESTIONES 1. Anotar en la tabla adjunta los datos y resultados obtenidos. 2. Representar en una gráfica concentración frente a tiempo y comentarla. 3. ¿Varía la velocidad de la reacción con la concentración?. ¿Por qué?. 4. ¿Cuáles son las unidades de k para una ecuación: a) de orden uno, b) de orden dos, c) de orden cero?. TABLA

Tubos [KIO3]/M [NaHSO3]/M t/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10