Equilibrio y CinticaDescomposicin Cataltica del Perxido de HidrogenoAlejandro RodrguezAzucena Rosala Vargas HernndezLeslie Nidiyare Garduo Salazar Grupo: 32Horario: 8:00 a 11:00 am

I. OBJETIVO GENERALAnalizar el efecto que tiene la adicin de un catalizador sobre la rapidez de una reaccin

PROBLEMA

Determinar la ecuacin de rapidez de reaccin para una reaccin cataltica

INTRODUCCION

La cintica qumica es un rea de la fisicoqumica que se encarga del estudio de la rapidez de Reaccin, cmo cambia la rapidez de reaccin bajo condiciones variables y qu eventos moleculares se efectan durante la reaccin general (Difusin, ciencia de superficies, catlisis). La cintica qumica es un estudio puramente emprico y experimental; la qumica cuntica Permite indagar en las mecnicas de reaccin, lo que se conoce como dinmica qumica.Los catalizadores aumentan o disminuyen la rapidez de una reaccin sin transformarse. Suelen empeorar la selectividad del proceso, aumentando la obtencin de productos no deseados. La forma de accin de los mismos es modificando el mecanismo de reaccin, empleando pasos elementales con mayor o menor energa de activacin.Existen catalizadores homogneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos (por ejemplo, el hierro III en la descomposicin del perxido de hidrgeno) y catalizadores heterogneos, que se encuentran en distinta fase (por ejemplo la malla de platino en las reacciones de hidrogenacin).Los catalizadores tambin pueden retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen conocer como retardantes o inhibidores, los cuales impiden la produccin.

CUESTIONARIO PREVIO RESUELTO

1. Qu factores determinan la rapidez de una reaccin?Estado fsico de los reactivos: Las reacciones son ms rpidas si los reactivos son gaseosos o estn en disolucin.Concentracin de los reactivos: En las reacciones heterogneas la velocidad depender de la superficie de contacto entre ambas fases, siendo mayor cuanto mayor es el estado de divisin.Temperatura: Un incremento de la temperatura provoca un incremento en la energa cintica de las molculas, lo que hace que sea mayor el nmero de molculas que alcanza la energa de activacin.Catalizadores: Los catalizadores cambian la energa de activacin de una determinada reaccin, y por lo tanto varan la velocidad de reaccin.

Factores que influyen en la velocidad de reaccinLa velocidad de la reaccin se incrementa al aumentar la concentracin de los reactivos, ya que aumenta el nmero de choques entre ellos.Los catalizadores cambian la energa de activacin de unadeterminada reaccin, y por lo tanto varan la velocidad de reaccin2. Cmo se puede medir el avance de una reaccin?La velocidad de una reaccin catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casosno es necesario purificar o aislar el enzima. La medida se realiza siempre en lascondiciones ptimasde pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reaccin observada es la velocidad mxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparicin de los productos o la desaparicin de los reactivos.Al seguir la velocidad de aparicin de producto (o de desaparicin del sustrato) en funcin del tiempo se obtiene la llamadacurva de avance de la reaccin, o simplemente, la cintica de la reaccin. A medida que la reaccin transcurre, la velocidad de acumulacin del producto va disminuyendo porque se va consumiendo el sustrato de la reaccin (Figura de la derecha). Para evitar esta complicacin se procede amedir la velocidad inicial de la reaccin(v0). La velocidad inicial de la reaccin es igual a la pendiente de la curva de avance a tiempo cero (Figura de la derecha). De esta forma, la medida de v0se realiza antes de que se consuma el 10% del total del sustrato, de forma que puedaconsiderarse la [S] como esencialmente constantea lo largo del experimento. Adems, en estas condicionesno es necesario considerar la reaccin inversa, ya que la cantidad de producto formada es tan pequea que la reaccin inversa apenas ocurre. De esta forma se simplifican enormemente las ecuaciones de velocidad.3. Explique qu es catlisis, catalizador, inhibicin e inhibidor de una reaccin.Catlisis: es el proceso por el cual se aumenta o disminuye lavelocidadde unareaccin qumica.Catalizador: Un catalizador propiamente dicho es una sustancia que est presente en una reaccin qumica en contacto fsico con los reactivos, y acelera, induce o propicia dicha reaccin sin actuar en la misma.Inhibisin: Componente de los sistemas de regulacin psicolgicos o fisiolgicos que actan en los seres vivos.Inhibidor: Inhibidores enzimticossonmolculasque se unen aenzimasy disminuyen suactividad.Inhibidores de labomba de protonessonmedicamentoscuya accin principal es la reduccin pronunciada y duradera de la produccin decidoen eljugo gstrico.

4. Explique qu diferencia hay entre una catlisis homognea y una heterogneaCatalizadores homogneos: se encuentran en la misma fase que los reactivos (normalmente solutos en una mezcla de reaccin lquida). Catalizadores heterogneos: se encuentran en una fase diferente a la de los reactivos (catalizador en fase slida y los reactivos en fase lquida o gas)

5. Si en una reaccin se desprenden gases, explique cmo se determina el avance de la reaccin.

6. Investiga las propiedades qumicas del perxido de hidrgeno, del dicromato de potasio y de la enzima catalasa.Perxido de hidrgeno: Tambin conocido comoagua oxigenadaodioxidanoes uncompuesto qumicocon caractersticas de un lquido altamente polar, fuer temente enlazado con el hidrgeno tal como el agua, que por lo general se presenta como un lquido ligeramente ms viscoso que ste. Es conocido por ser un poderosooxidante. A temperatura ambiente es un lquido incoloro con sabor amargo.Es termodinmicamente inestable.

El perxido de hidrgeno puro (H2O2) es un lquido denso y claro, con una densidad de 1,47g/cm3a 0C. El punto de fusin es de 0,4C, y su punto de ebullicin normal es de 150C.Dicromato de potasio:Es una sal del hipotticocido dicrmico(este cido en sustancia no es estable) H2Cr2O7. Se trata de una sustancia de color intenso anaranjado. Es unoxidantefuerte. En contacto con sustancias orgnicas puede provocarincendios.Solubilidadenagua 130 g/l a 20 C en agua.Enzima catalasa: Enzimaque se encuentra en organismos vivos y catalizala descomposicin delperxido de hidrgeno(H202) enoxgenoyagua.

7. Cul es la reaccin de descomposicin del perxido de hidrgeno que se lleva acabo por el catalizador?

El mecanismo completo de la catalasa no se conoce, aun as lareaccin qumicase produce en dos etapas:H2O2+ Fe(III)-E H2O + O=Fe(IV)-EH2O2+ O=Fe(IV)-E H2O + Fe(III)-E + O2donde Fe-E representa el ncleo dehierrodel grupohemounido a la enzima que actun comocofactores.La reaccin de desproporcin que tiene lugar es: H2O2 ->H2O +1/2 O28. Cul es la ecuacin de rapidez de descomposicin del perxido de hidrgeno?

a) en ausencia de catalizador

b) en presencia de catalizador

DIAGRAMA DE FLUJO

En una probeta se lleno de agua y se coloco una bureta sin punta, esta fue conectada al matraz donde estaba el perxido.Se Colocaron 5 ml de perxido de Hidrogeno al 1.5 % en un matraz cerrado con un corcho

Se le inyecto por el corcho Dicromato de potasio en distintas cantidades, para cada una se tomo cada 30 segundos el volumen de agua desplazado

RESULTADOS (tablas de datos experimentales, clculos desglosados, grficos)

Algoritmo de Clculos.

Para la tabla 1:Vmax= 40mLVt=1mLVmax - Vt * 40 mL-1 mL = 39 mL * 40 mL-1.8 mL = 38.2 mL Ln (Vmax- Vt) * In (39 mL)= 3.7 * In (38.2 mL) = 3.61/(Vmax-Vt) * 1/39 = 0.025641 * 1/38.2 = 0.026178

Volumen Terico.

Datos: Pureza =30%; Densidad de 1.33 g/ml, Pureza = 1.5%, 5 ml de catalizador.

La densidad se multiplica con los 5 ml:1.5 g100 ml5 ml=6.65 g6.65 g 100%x 1.5%x=0.9975 g

1.09975 g1 mol H2O21 mol O22 mol H2O2=0.000146 mol de O2Para obtener el volumen teorico a una temperatura de 25C y una presin de 585mmHg. Se utiliza la ecuacin de los gases ideales. PV=nRTPor lo tanto: P= 0.7697 atmosferasT=25 C = 298.15 KR=0.08205746 L atmmol Kn=0.00146 molV= nRTPV= 0.00146 mol0.08205746 L atmmol K298.15 K0.7697 atm =0.04662 L= 46.62 ml

El volumen terico es 46.62 mL

ANALISIS DE RESULTADOS

OBSERVACIONES Y COMENTARIOS

CONCLUSION

Se pudo observar el comportamiento de la velocidad de la reaccin qumica con distintas concentraciones de catalizador, encontrando que lo nico que varia es la constante de rapidez de la reaccin, y no el orden de la reaccin, ya que para los 5 experimentos, con distintas concentraciones de catalizador, el orden de la reaccin fue cero, ajustndose a la grfica [A] vs. t. Los valores de las constantes fueron tambin muy similares, puesto que no mostraron variaciones grandes, sin embargo, experimentalmente se observ que la mayor concentracin de catalizador, favoreca el mayor volumen de oxgeno en menor tiempo.

RESPUESTA AL PROBLEMA

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Dicromato de potasio

MANEJO:Equipo de proteccin personal:Para el manejo de este producto debe utilizarse bata, lentes de seguridad y guantes, en un rea bien ventilada. No usar lentes de contacto al trabajar con este producto.Al trasvasar disoluciones de este compuesto, usar propipeta, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA.

RIESGOS:Riesgos de fuego y explosin:Este producto no es inflamable, pero puede causar fuego al entrar en contacto con materiales combustibles. Se descompone generando oxgeno Riesgos a la salud: El principal problema de este producto es su capacidad para corroer e irritar piel, ojos, membranas mucosas y tracto respiratorio, as como hgado y riones, por lo que es peligroso inhalado, ingerido o por contacto con la piel.Se ha informado de efectos txicos de este producto sobre los sistemas circulatorio y nervioso central, pulmones, corazn, riones y tracto gastrointestinal de conejos expuestos a concentraciones crnicas.

APLICACIONES DEL TEMA

El uso de catalizadores en la industria qumica est tan extendido que prcticamente participan en el 90% de los procesos qumicos. El desarrollo de la qumica industrial se debe en gran medida a la catlisis, pero tambin encontramos catalizadores en la vida cotidiana: en estufas catalticas, en los automviles y, sobre todo, en nosotros mismos. Los seres vivos somos la ms compleja industria qumica, en la que se producen millones de reacciones a la vez; la vida sera imposible sin la presencia de los catalizadores biolgicos: las enzimas.

La catlisis , como ya dijimos, es la aceleracin de una reaccin qumica con una pequea cantidad de sustancia, que permanece esencialmente intacto. Nunca permite una reaccin que sea termodinmicamente imposible, sino que crea un camino alternativo, una forma de interactuar los reactivos mucho ms eficiente. As, si nitrgeno e hidrgeno fluyen en un tubo a alta presin y temperatura no reaccionan para dar amoniaco, aunque el equilibrio qumico sea favorable. Pero si se aaden partculas de hierro ambos compuestos reaccionan a gran velocidad. Por otro lado, si en un proceso existen reacciones paralelas o laterales, los catalizadores pueden favorecerlas para proporcionar el producto deseado.Todo esto hace que, gracias a su empleo, se consiga el abaratamiento de costes, simplificacin de instalaciones, condiciones menos severas de presin y temperatura, reactores y aparatos ms pequeos, adems de la obtencin de productos de mayor calidad.Los primeros logros importantes de la aplicacin de la catlisis a la industria fueron la mejora sustancial de los procesos de conversin de amoniaco a cido ntrico, la hidrogenacin y la sntesis de amoniaco, que se desarrollaron durante ltima mitad del siglo XIX y principios del XX.

Uno de los mayores xitos del uso de los catalizadores fue el del craqueo (ruptura) cataltico de las fracciones pesadas de petrleo a partir de 1936. Este hecho fue demostrado por Houdry en el laboratorio en 1928, permitiendo la obtencin de gasolina de mayor octanaje y calidad. En este proceso, que sustituy al craqueo trmico utilizado anteriormente, se emplean cada ao millones de toneladas de catalizador. Poco despus se desarroll el reformado cataltico de hidrocarburos, y en la actualidad el catalizador ms utilizado para ambos procesos, que nacieron o fueron mejorados durante la II Guerra Mundial, son las zeolitas.En la dcada de los 50-60 se consolid la polimerizacin de etileno con catalizadores tipo Ziegler-Natta (en honor a sus descubridores) para la obtencin de polietileno, un polmero ampliamente utilizado en botellas, recipientes, bolsas, moldes, etc., y tambin la oxidacin de naftaleno y buteno a anhdrido ftlico y anhdrido maleico, sustancias precursoras en la obtencin de cauchos, lonas y otros materiales plsticos.

Los catalizadores para los coches, la transformacin de glucosa a fructosa, la obtencin de gasolina desde metanol, el metacrilato o la produccin de la vitamina K 4, son algunos de los avances llevados a cabo en las dos dcadas posteriores. En la actualidad, la mayora de la produccin de numerosos intermediarios orgnicos sintticos usados para hacer plsticos, fibras, elastmeros, colorantes, pesticidas, resinas, pigmentos, medicamentos, etc. involucran etapas de catlisis.

PROBLEMAS RESUELTOS

1. El amoniaco se descompone por accin de un filamento de tungsteno caliente segn la reaccin dada. La reaccin se sigue por el cambio de presin, habindose observado a distintos tiempos los aumentos de presin reflejados en el cuadro. Sabiendo que la presin inicial era 200 torr. Calclese la constante de velocidad en unidades de presin.2NH3 N2 + 3H2t(s)1002004006008001000

PPT1121122.1222.14424466.3266.387.9287.9110310

Respuesta:Empezamos con reacciones de orden 0.P0 = 200 torr-dC/dt = kC = k dC = k dtC0-C = kt C = C0 - ktVamos a hacer una transformacin. Esta ecuacin es para concentracin en moles por litro, nosotros queremos trabajar con unidades de presin, por ello usaremos una expresin equivalente para la presin.P = P0 - kt

Esta grfica no nos da ninguna informacin ya que necesito una representacin de la P(NH3) en funcin del tiempo.P0(NH3) = 200 torr.Transcurrido cierto tiempo podemos suponer que la presin disminuye.2NH3(g)P(t) P0-xN2(g)x/2+ 3H2(g)3x/2

PT = (P0-x) + x/2 + 3x/2 = P0 + xNosotros sabemos que: PT-P0 = xP(NH3) = P0-x = P0- Pt(s)1002004006008001000

P NH3189177.9156133.7112.190

Ahora representoP(NH3) frente a t:k = pendiente = 0.11Ecuacin de orden 0 200

LINEA DE TIEMPO (Cinetica Quimica)

-Uno de los primeros trabajos dedicados al estudio de la cintica qumica fueron las investigaciones de Ludwig Ferdinand Wilhelmy (1812-1864) sobre la velocidad de cambio de configuracin de determinados azcares en presencia de un cido. A mediados del siglo XIX, Wilhelmy lleg a la conclusin de que la velocidad del cambio era proporcional a la concentracin del azcar y del cido y que tambin variaba con la temperatura. -La colaboracin entre un qumico, George Vernon Harcourt (1834-1919), y un matemtico, William Esson (1838-1916), permiti la introduccin de ecuaciones diferenciales en el estudio de la cintica qumica. Esson fue el introductor de los conceptos de reacciones de "primer orden", cuyo velocidad es proporcional a la concentracin de un slo reactivo, y de reacciones de "segundo orden", en las cuales la velocidad es proporcional al producto de dos concentraciones.

-En los ltimos aos del siglo XIX, los trabajos de Jacobus Henricus Van't Hoff (1852-1911) tuvieron una gran influencia en este y otros campos de la qumica. Entre sus aportaciones, se encuentra la introduccin del "mtodo diferencial" para el estudio de la velocidad de las reacciones qumicas y su famosa ecuacin que permite relacionar la velocidad y la temperatura de la reaccin.

BIBLIOGRAFIA:

* Qumica Fsica, Thomas Engel, Philip Reid, Pearson-Addison, Madrid 2006, pag. 937 a 945. * Raymond Chang, Qumica. Novena Edicin, 2007 Mc Graw Hill Interamericana,