ESCUELA DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA III

QC33301-01

PRACTICA 1

Maximiliano de la Higuera Macías ID 141672

Viernes, 6 de septiembre del 2013

OTOÑO 2013

Práctica 1. Estudio cinético de la oxidación

del ácido ascórbico con ferricianuro de

potasio.RESUMEN DEL EXPERIMENTO.

Para esta práctica se determinó la ecuación empírica de la velocidad de la reacción de oxidación del ácido ascórbico C6H8O6 con ferricianuro de potasio K3Fe(CN)6. Para esto fue necesario calibrar el espectrofotómetro Spectronic 20D+ con agua destilada a una longitud de onda de 418 nm con transmitancia de 100. Se utilizaron 3 soluciones preparadas previamente, K3Fe(CN)6 0.0025 M, HNO3 0.1 M y C6H8O6 0.004 M. Se realizaron 4 reacciones de acuerdo a la siguiente tabla.

Vaso 1 Vaso 2Reacción mL

K3Fe(CN)6

0.0025 M

mL HNO3

0.1 M

mL H2O

1 8 2.0 0

2 6.4 2.0 1.6

3 4 2.0 44 3.2 2.0 4.8

Una vez preparadas las soluciones de acuerdo a las talas, se mezcló el vaso 1 y vaso 2 al mismo tiempo activando el cronómetro. Usando una celda, se tomaba la lectura de 10 absorbancias cada dos minutos de la reacción en intervalos de 2 minutos cada medición. También se midió el pH final e inicial de la reacción usando un Conductronic PC18. La técnica espectrofotométrica fue usada para medir los cambios de composición en el medio reaccionante. Una vez obtenidos los resultados, se determinaron los órdenes parciales de reacción aplicando el método integral para el análisis de datos cinéticos. Se utilizó también el método de Ostwald de aislamiento para el análisis de datos cinéticos respecto al reactivo en exceso. Los órdenes parciales de reacción fueron obtenidos de acuerdo a la siguiente imagen, que indica la gráfica de acuerdo a las ecuaciones integradas de velocidad.

Reacción mL C6H8O6

0.004 M

mL H2O

1 5 5

2 4 63 2.5 7.5

4 2 8

RESULTADOS OBTENIDOS.

Reacción 1Tiempo (min) Absorbancia1.15 *1.6193.15 *1.1195.15 *0.9505.56 0.9107.15 0.8409.15 0.76012.51 0.64015.10 0.58217.10 0.53219.00 0.49421.10 0.45423.30 0.418pH inicial =2.30pH final = 2.28

Reacción 2Tiempo (min) Absorbancia0.45 1.2602.45 1.0305.33 0.8856.53 0.8458.45 0.80010.45 0.75812.45 0.72214.47 0.68616.45 0.66018.45 0.63020.45 0.602

pH inicial = 2.29pH final = 2.20

Reacción 3Tiempo (min) Absorbancia0.50 0.6783.30 0.5684.50 0.5626.50 0.5348.50 0.51410.50 0.49612.50 0.48614.50 0.47616.50 0.46818.50 0.46020.50 0.454pH inicial = 2.25pH final = 2.20

Reacción 4Tiempo (min) Absorbancia0.50 0.4942.50 0.4304.50 0.4006.50 0.3828.50 0.36710.50 0.35512.50 0.34515.20 0.33416.50 0.32918.50 0.32320.50 0.318pH inicial = 2.30pH final = 2.28

TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES.1. Escriba la ecuación química para la reacción química entre el K 3Fe(CN)6 y

el C6H8O6 en medio acuoso.2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+

2. De acuerdo a la composición inicial de cada reactante, establezca la identidad del reactivo limitante y, por consecuencia, de la especie de quien se estará determinando el orden parcial de reacción.

Para la reacción 1.2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+

8 mL 5 mL0.0025 M 0.0040 M

Para el cálculo de rendimiento de la sal K3[Fe(CN)6], se sabe que se disocia K33+ y

[Fe(CN)6]3- por lo que la molaridad del ion sería la misma.

0.008 L( 0.0025molanión1L )( 2molanión reducido2mol anión )=2 x10−5mol aniónreducido

0.005 L( 0.004mol Ác . Asc .1 L )( 2molanión reducido1mol Ácido Asc . )=4 x10−5mol aniónreducido

Se observa que el que produce la menor cantidad de producto, es el anión [Fe(CN)6]3- por lo que este es el reactivo limitante.

Para la reacción 2. 2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+

6.4 mL 4 mL0.0025 M 0.0040 M

0.0064 L( 0.0025mol anión1 L )(2mol aniónreducido2mol anión )=1.6 x 10−5molanión reducido0.004 L( 0.004mol Ác . Asc .1L )( 2mol aniónreducido1mol Ácido Asc . )=3.2 x10−5molaniónreducido

Se observa que el que produce la menor cantidad de producto, es el anión [Fe(CN)6]3- por lo que este es el reactivo limitante.

Para la reacción 3. 2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+

4 mL 2.5 mL0.0025 M 0.0040 M

0.004 L( 0.0025mol anión1 L )(2mol aniónreducido2mol anión )=1 x10−5mol aniónreducido

0.0025 L( 0.004mol Ác . Asc .1 L )( 2molanión reducido1mol Ácido Asc . )=2 x10−5mol aniónreducido

Se observa que el que produce la menor cantidad de producto, es el anión [Fe(CN)6]3- por lo que este es el reactivo limitante.

Para la reacción 4.2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+

3.2 mL 2 mL0.0025 M 0.0040 M

0.0032 L( 0.0025molanión1 L )( 2molaniónreducido2molanión )=8 x10−6mol aniónreducido

0.002 L( 0.004mol Ác . Asc .1 L )( 2molanión reducido1mol Ácido Asc . )=1.6 x10−5mol aniónreducido

Se observa que el que produce la menor cantidad de producto, es el anión [Fe(CN)6]3- por lo que este es el reactivo limitante.

3. Construya una tabla de datos, tiempo vs. Absorbancia, para cada corrida. Reacción 1

Reacción 2

Reacción 3

Reacción 4

4. Establezca el orden de reacción respecto al reactivo limitante, y determine la constante de velocidad respectiva a cada una de las corridas de la tabla anterior.

Usando las ecuaciones integradas de velocidad y sus gráficos correspondientes, la que se ajuste a una línea recta proporcionará el orden de reacción correspondiente, basándonos en la siguiente deducción de la ley de velocidad.V = K [C6H8O6]m [[Fe(CN)6]3-]n

K’ = K [C6H8O6]m

V = K’ [[Fe(CN)6]3-]n

Para la reacción 1, las gráficas son las siguientes.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

0.20.40.60.8

11.21.41.61.8

Gráfica Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia

0 2 4 6 8 10 120.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

Gráfica Log Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Log

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

f(x) = 0.00124426338555684 x + 0.618321110162897R² = 0.995184868825501

Gráfica Absorbancia Inversa vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia In

vers

a

Para la reacción 2, las gráficas son las siguientes.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Gráfica Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

-0.250

-0.200

-0.150

-0.100

-0.050

0.000

0.050

0.100

0.150

Gráfica Log Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Log

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 14000.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

f(x) = 0.000664168259451181 x + 0.863883259885454R² = 0.974156593551665

Gráfica Absorbancia Inversa vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia In

vers

a

Para la reacción 3, las gráficas son las siguientes.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

0.10.20.30.40.50.60.70.8

Gráfica Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

-0.400

-0.350

-0.300

-0.250

-0.200

-0.150

-0.100

-0.050

0.000

Gráfica Log Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Log

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 14000.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

f(x) = 0.000546064866848124 x + 1.60746258251307R² = 0.897589348241583

Gráfica Absorbancia Inversa vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia In

vers

a

Para la reacción 4, las gráficas son las siguientes.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Gráfica Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

-0.600

-0.500

-0.400

-0.300

-0.200

-0.100

0.000

Gráfica Log Absorbancia vs. Tiempo

Tiempo (s)

Log

Abso

rban

cia

0 200 400 600 800 1000 1200 14000.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

f(x) = 0.000838411648385969 x + 2.20343073644652R² = 0.921824838922452

Gráfica Absorbancia Inversa vs. Tiempo

Tiempo (s)

Abso

rban

cia In

vers

a

Observan las gráficas para los 4 experimentos realizados, podemos notar que la reacción es de segundo orden por lo que su ecuación integrada de velocidad sería

V=−12d¿¿

Haciendo las integrales correspondientes, se llega a la siguiente ecuación.1

[A ]t=2K2 t+

1[A ]0

Viendo esta ecuación, podemos ver que la pendiente de la recta graficada es 2 K, la constante de velocidad respectiva sería:m = 2 KK = m/2Para la reacción 1, la K’ = 0.00060 M-1s-1

Para la reacción 2, la K’ = 0.00035 M-1s-1

Para la reacción 3, la K’ = 0.00025 M-1s-1

Para la reacción 4, la K’ = 0.00040 M-1s-1

5. De acuerdo al método de aislamiento, determine el orden de reacción respecto al reactivo en exceso.

V0 = K [C6H8O6]0m [[Fe(CN)6]3-]0

2

V0 = K’ [[Fe(CN)6]3-]02

K’ = K [C6H8O6]0m

Usando el método de aislamiento, donde se aplica logaritmo a la última ecuación se obtiene:ln K’ = ln K + m ln [C6H8O6]0

Esto nos proporcionaría una recta que nos daría el valor del orden de reacción respecto a los dos reactivos y el orden de reacción respecto al reactivo en exceso. Nota1: En literatura se menciona que para usar este método habría que usar el reactivo en exceso estequiométricamente 20 veces más, por lo que los resultados obtenidos en esta sección pueden contener error, ya que el reactivo en exceso fue usado menor a 20 veces estequiométricamente. Nota2: La concentración del ácido ascórbico total fue recalculada debido a que se considera la redisolución de la molaridad agregada en la cantidad total de solución de reacción.Reacción ln K’ [C6H8O6]0 ln [C6H8O6]0

1 -7.41 1x10-3 M -6.902 -7.95 8x10-4 M -7.133 -8.29 5x10-4 M -7.604 -7.82 4x10-4 M -7.82

-7.70 -7.60 -7.50 -7.40 -7.30 -7.20 -7.10 -7.00 -6.90 -6.80

-8.4-8.2

-8-7.8-7.6-7.4-7.2

-7-6.8

f(x) = 1.1783189316575 x + 0.612346163917252R² = 0.897500878886045

Gráfico Método Ostwald

ln [C6H8O6]0

ln K

'

De la ecuación de la recta obtenida, la pendiente nos da el orden para el reactivo en exceso que sería de 1.1. Por lo tanto:

K’ = K [C6H8O6]01.1

V = K [C6H8O6]1.1 [[Fe(CN)6]3-]2

La constante de velocidad para la reacción a las condiciones llevadas a cabo es, de acuerdo a la ordenada al origen de la gráfica:ln K = 0.61K = 1.84 M-2 s-1

Dichas unidades de la constante se obtienen de que el orden global es 3.1 ≈ 3.Las velocidades iniciales calculadas para cada experimento se muestran a continuación.V0 = K [C6H8O6]0

1.1 [[Fe(CN)6]3-]02

V0 = K’ [[Fe(CN)6]3-]02

Experimento 1:V0 = (0.0012 M-1s-1)(1x10-3 M)2 = 1.2x10-9 M/sExperimento 2:V0 = (0.0007 M-1s-1)(8x10-4 M)2 = 4.5x10-10 M/sExperimento 3:V0 = (0.0005 M-1s-1)(5x10-4 M)2 = 1.2x10-10 M/sExperimento 4: V0 = (0.0008 M-1s-1)(4x10-4 M)2 = 1.3x10-10 M/s

CONCLUSIONES.

Para este experimento se determinó la ecuación empírica de velocidad de la reacción del ácido ascórbico (C8H8O6) con ferricianuro de potasio (K3Fe(CN)6). La ecuación química de la reacción es la siguiente:

2 [Fe(CN)6]3- + C6H8O6 2 [Fe(CN)6]4- + C6H6O6 + 2 H+

Para los cálculos, primero fue necesario conocer quién era el reactivo limitante (K3Fe(CN)6) para de él sacar su orden de reacción y la K’, y por medio de estos valores y usando el método de aislamiento para determinar el orden de reacción respecto al reactivo en exceso (C8H8O6) y obtener la K de la reacción. Para la determinación del orden de reacción del reactivo limitante, se utilizó el ajuste de los gráficos de los datos en base a las ecuaciones integradas de velocidad. Se usó como medida de la concentración la absorbancia medida a cada tiempo, obteniendo que se tenía un segundo orden con respecto al reactivo limitante. Las K’ obtenidas y la concentración del reactivo en exceso se obtuvieron por el método de aislamiento teniendo así un orden de 1.1. La constante de la reacción obtenida fue de 1. 84 M-2 s-1 con un orden global de 3.1 ≈ 3. Las velocidades iniciales para cada reacción fueron de: V0

I = 1.2x10-9 M/s; V0II = 4.5x10-10 M/s; V0

III = 1.2x10-10 M/s; V0

IV = 1.3x10-10 M/s. Para finalizar, la ley empírica de la velocidad de la reacción llevada a cabo es:

V = (1.84 M-2 s-1) [C6H8O6]1.1 [[Fe(CN)6]3-]2

BIBLIOGRAFÍA.

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