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LAB. CINETICA Y DISEÑO DE REACTORES
ING. JORGE AMUSQUIVAR FERNANDEZ
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TRABAJO EXPERIMENTAL Nº 5
DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
Y LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
1.
INTRODUCCIÓN.
1.1. PRINCIPIOS TEÓRICOS.
Una parte importante del análisis cinético de una reacción química es determinar la
energía activación. La energía de activación Ea, puede definirse como la energía necesaria
para iniciar una reacción química espontánea y continuar a reaccionando sin necesidad
de energía adicional. Un ejemplo de la energía de activación es la combustión de papel.
La reacción de la celulosa y el oxígeno es espontánea, pero tiene que iniciar la combustión
mediante la adición de energía de activación de un fósforo encendido.
En este experimento vas a investigar la reacción de cristal violeta con hidróxido de sodio.
El Cristal violeta, en solución acuosa, a menudo se utiliza como indicador en las pruebas
bioquímicas, la reacción de esta molécula orgánica con hidróxido de sodio puede
simplificarse por abreviar el Fórmula química para violeta cristal como CV.
CV + (aq) + OH – (aq) → CVOH (aq)
A medida que avanza la reacción, el color violeta CV + del reactivo cambia lentamente a
un color claro del producto, siguiendo el comportamiento típico de un indicador. Se
medirá el cambio de color con un Colorímetro Vernier o un espectrómetro Vernier. Usted
puede asumir que la absorbancia es directamente proporcional a la concentración de
cristal violeta conforme a la ley de Beer. La concentración molar del hidróxido de sodio,
NaOH, solución será mucho mayor que la concentración de cristal violeta. Esto asegura
que la reacción, que es de primer orden con respecto a cristal violeta, será primera orden
en general (con respecto a todos los reactantes) durante todo el experimento. Se realizara
la reacción a diferentes temperaturas, manteniendo las concentraciones iniciales de los
reactantes para cada ensayo. De esta manera, se podrá observar y medir el efecto de
cambio de temperatura en la velocidad de la reacción. De esta información será capaz
calcular la energía de activación, Ea o de la reacción.
1.2. OBJETIVOS
En este experimento,
 Efectuar la reacción de las soluciones Violeta cristal e hidróxido sódico a cuatro
diferentes temperaturas.
 Medir el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción y constante de
velocidad.
 Calcular la energía de activación, Ea, para la reacción.
2. METODOLOGIA
2.1. DESCRIPCIÓN DE EQUIPO Y MATERIAL
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Solución de hidróxido de sodio, NaOH,
0.10 M
Solución de cristal violeta 2. 5 × 10 – 5 M
Hielo
Logger Pro Colorímetro
Termostato
5 cubetas de plástico
Sonda de temperatura
Probetas de 10 ml
Dos vasos de 100ml y uno de 50 ml
Cronómetro
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2.2. PROCEDIMIENTO
Nota: preparar una serie de baños de agua durante este experimento. Elegir las
temperaturas de trabajo de los baños de agua, pero asegúrese de que los valores de
temperatura sean tan exáctas como sea posible.
Los usuarios de espectrómetro y colorímetro
1. Obtenga y use gafas.
2. prepare una cubeta vacía y llenar los ¾ de la cubeta con agua destilada. Para utilizar
correctamente las cubetas, Recuerde:
 Limpie el exterior de cada cubeta con un paño libre de pelusas.
 Sostenga las cubetas solamente por el borde superior de los lados acanalados.
 Desalojar las burbujas golpeando suavemente la cubeta sobre una superficie
dura.
Coloque siempre la cubeta para que la luz pase a través de los lados claros.
Usuarios de colorímetro
3. Conecte el colorímetro para la interfaz de la computadora. Preparar el equipo para la
recolección de datos abriendo el archivo "35 energía de activación" de la Química
avanzada con carpeta Vernier Logger Pro.
4. Abra la tapa del colorímetro, inserte la muestra en blanco y cierre la tapa.
5. para calibrar el colorímetro, presione la < o > botón en el colorímetro para seleccionar
el longitud de onda de 565 nm (verde). Pulse el botón CAL hasta que el LED rojo
comienza a parpadear y La determinación del ritmo y la energía de activación Química
avanzada con Vernier 35-3 luego suelte el botón de CAL. Cuando el LED deja de
parpadear, la calibración esta completa.
Retire la cubeta del colorímetro y guárdelo para el paso 8.
Los usuarios de espectrómetro y colorímetro
6. prepare el termostato de agua a 25° C . El baño puede ser superficial, puesto que será
usado para acondicionar las dos muestras de 10,0 mL de reactivo.
7. preparar las soluciones de NaOH y cristal violeta para el primer ensayo.
a) Use una pipeta de 10 mL para obtener 10,0 mL de solución de NaOH de 0.10 M.
Transferir la solución a un vaso de precipitados de 100 mL. PRECAUCIÓN: solución
de hidróxido de sodio es cáustico. Evitar derramando en su piel o ropa.
b) Use otro pipeta de 10 mL para obtener 10,0 mL de 2,5 × 10 – 5 M cristal violeta
solución. Transferir la solución a un segundo vaso de precipitados de 100 mL.
PRECAUCIÓN: cristal violeta es una sustancia que produce manchas biológicas.
Evite derramarlo en su piel o ropa.
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c)
Coloque los dos vasos de 100 mL de reactivo en el baño de agua. Asegúrese de que el
nivel de las soluciones de los vasos está por debajo del nivel de la bañera de agua.
Los vasos deben estar en el baño de agua durante al menos dos minuto.
8. llevar a cabo el primer ensayo. Estar listo a tiempo la reacción.
a) Verifique la temperatura del baño María; debe ser constante en o cerca de 25° C.
b) Cuando usted está seguro de que los reactivos están a 25° C, vierta el NaOH en el
vaso de cristal solución violeta. Iniciar el cronometraje la reacción usando el
segundero de su reloj. permita que la reacción se inicie durante un minuto antes de
proceder a la parte c de esta etapa.
c) después de un minuto, registrar la temperatura de la mezcla de reacción.
d) llenar una cubeta limpia y seca aproximadamente 3/4 de su capacidad con la mezcla
de reacción. Coloque la cubeta en el dispositivo (colorímetro o espectrómetro). Cierre
la tapa en el colorímetro.
e) Haga clic en. La configuración predeterminada es 1 muestra por segundo para 200
segundos. Hacer clic para iniciar la recolección de datos. Observar el progreso de la
reacción.
f) cuando termine la recolección de datos, retire con cuidado la cubeta del
espectrómetro o colorímetro. Elimine el contenido del vaso de precipitados y cubeta.
9. Debido a que la reacción es de primer orden con respecto a violeta cristal, se puede
determinar la tasa de constante, k, mediante el trazado de un gráfico de la absorbancia vs
tiempo.
a) Seleccione nueva columna calculados desde el menú de datos.
b) Ingrese "ln absorbancia" como el nombre y deje en blanco la unidad.
c) Introduzca la fórmula correcta para la columna en el cuadro de edición ecuación
seleccionando "in" de la lista de funciones y seleccionando "Extinción" de la lista
de Variables. Haga clic en.
d) Haga clic en la etiqueta del eje y. Elija la absorbancia ln. Un gráfico de la
absorbancia ln vs tiempo, debe Ahora se mostrará. Cambiar la escala del gráfico,
si es necesario.
e) Haga clic en el botón de regresión lineal. Anote el valor de la pendiente en su
tabla de datos como el ritmo constante, k.
f) cerrar el cuadro de regresión lineal pulsando la X en la esquina de la caja.
10. para prepararse para el próximo ensayo, elija Ejecutar última tienda desde el menú del
experimento.
11. Repita los pasos necesarios para completar los ensayos 2, 3 y 4. Los próximos ensayos
serán a ~ 20° C ~ 15° C y ~ 10° C. Utilizar pequeñas cantidades de hielo para enfriar el
baño de agua a la temperatura deseada.
Nº de ensayo
TABLA DE DATOS
Temperatura de ensayo
Constante de Velocidad, k
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(° C)
15
(s-1)
1
2
3
4
3. TRATAMIENTO DE DATOS
1. Elaborar una gráfica de los datos anteriores, usando temperatura (° C) como el eje x y la
constante de velocidad, k, en el eje y.
2. Determinar la energía de activación, Ea, trazando el logaritmo natural de k vs el
recíproco de temperatura absoluta.
3. Calcular la energía de activación, Ea, para la reacción. Para hacer esto, primero calcular
que el mejor ajuste de línea ecuación para los datos en el paso 2. Usar la pendiente, m, del
ajuste lineal para calcular la activación energía, Ea, en unidades de kJ/mol. Nota: graficare
ln k vs 1/temperatura absoluta, Ea = m × R.
4. Una aproximación conocida en la cinética química es la duplicación del valor de la
velocidad de una reacción para cada 10° C de incremento de la temperatura. Utilice sus
datos para probar esta regla. (Nota: no es necesariamente igual a 2.00; Esto es sólo un
valor aproximado y depende de la energía de activación para el reacción.)
5. Usando el valor de la constante de velocidad y la temperatura a la que se realizó el
ensayo (~ 20° C), así como el valor de Ea obtenido en el paso 3 anterior, calcular el valor
de la constante de velocidad a 40° C