UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICA TECNOLOGICA E INGENIERIAS

PROGRAMA DE QUIMICA

CURSO: FISICOQUIMICA

201604_9

Tutor virtual Y Director del curso: Osvaldo Guevara

osvaldoguevarav@gmail.com

PRESETADO POR

DAVID ARTURO LOPEZ

FABIO ALEJANDRO MARTINEZ

JOSE G. MOSCOTE BRUN

ALEJANDRO JIMENEZ

UNAD

NOVIEMBRE DEL 2012

INTRODUCCION

La termodinámica estudia el sentido en que se lleva a cabo un proceso, pero por si Sola no

indica mayor cosa acerca de la velocidad del mismo. La cinética química Es la rama de la

fisicoquímica que estudia las velocidades y mecanismos de las Reacciones químicas.

En este tercer y último trabajo colaborativo, estaremos analizando temáticas tan importantes

en el área de la fisicoquímica como lo son: Fenómenos de Superficie, Fenómenos de

Transporte y Cinética Química. Primeramente estaremos mostrando la manera más

adecuada de tratar datos de laboratorio mediante tablas de datos mediantes herramientas de

office o Excel por ejemplo; Ya sea a para graficarlos o linear los datos.

Luego trabajaremos en como determinar la cinética de una reacción mediante los datos ya

ordenados anteriormente, mediante el análisis del orden de reacción y constante de velocidad

a partir de datos del mismo laboratorio. Y por último pretendemos mostrar algunas ventajas o

desventajas de algunos métodos de medición de la tensión superficial.

OBJETIVOS

Crear tablas de datos que permitan el tratamiento adecuado de datos o información

recolectada en una práctica de laboratorio.

Analizar los datos cinéticos para un proceso basándose en la información que

Se genere del mismo.

Determinar la velocidad, el orden de reacción y la Constante de velocidad para un

proceso sencillo.

Diferenciar entre las distintas clases de catálisis y reconocer su importancia

Dentro del campo industrial de los alimentos

Realizar gráficas con los datos cinéticos dados para un proceso e interpretarlas

Debidamente con el fin de obtener la mayor información posible de cada una de

Ellas.

Teniendo como base el laboratorio que se hizo sobre adsorción del carbón activado con ácido acético adjunto hoja de cálculo gráfica obtenida.

en la hoja de cálculo se encuentran las concentraciones iniciales del ácido acético antes de ser adsorbido y después se calcula el número de moles adsorbidos para cada muestra y se aplica la fórmula de la isoterma de freundlich como se puede observar no se obtiene una línea recta como lo dice la teoría esto debido a posibles errores de laboratorio.

muestra[]CH3COOH teorico

volumen NaOH 0,2N (ml)

C= []CH3COOH titulación N logN log C

1 0,2N 89,5 0,179 0,0021

-2,67778

-0,74714697

2 0,15N 7 0,14 0,001

-3,00000

-0,85387196

3 0,12N 5 0,1 0,002

-2,69897

-1,00000000

4 0,10N 4,4 0,088 0,0012

-2,92082

-1,05551733

5 0,08N 3,6 0,072 0,0008

-3,09691 -1,1426675

muestra[]CH3COOH teorico

volumen NaOH 0,02N (ml)

C= []CH3COOH titulación N logN log C

6 0,03N 10,1 0,0202 0,00098

-3,0087

-1,6946486

7 3

7 0,01N 3,1 0,00620,00038

-3,42022

-2,20760831

El objetivo de la cinética química es el estudio de las velocidades de las reacciones químicas y de los factores de los que dependen dichas velocidades. De estos factores, los más importantes son la concentración y la temperatura. 

En el siguiente ejemplo de laboratorio se tomaron como indicador azul de metileno y se prepararon diferentes concentraciones de ácido ascorbico para determinar la constante de velocidad y el orden de reacción

No Sol.

Compuesto Concentración Aforada con Volumen Tiempo 1 Tiempo 2

1Azul de metileno

2.0 x 10-3 H2SO4 0.6M 500ml

2Acido ascórbico

0.01M0.044gr

Agua 25ml 4’30’’ 11’18’’

3Acido ascórbico

0.02M0.088gr

Agua 25ml 4’03’’ 6’55’’

4Acido ascórbico

0.03M0.132gr

Agua 25ml 2’25’’ 6’10’’

5Acido ascórbico

0.04M0.176gr

Agua 25ml 1’40’’ 4’45’’

6 Acido 0.05M 0.22g Agua 25ml 1’05’’ 4’30’’

ascórbico r

Constante cinética y orden de reacción a 20ºC

v =k * [A]α * [B]β

Podemos encontrar Velocidad con los datos obtenidos en el laboratorio, entonces:

Ácido Ascórbico

Hallamos velocidad de la reacción mediante:

v = ΔC/Δt

Cambio de concentración, entre el cambio de tiempo.

Encontremos, concentraciones finales Ácido Ascórbico +Azul de metileno

C1V1=C2V2 c2v1=c2v2

Solución N.1

0,01M*10mL/20mL= 0,005

Solución N.2

0,02M*10mL/20mL= 0,01

Solución N.3

0,03M*10mL/20mL= 0,015

Solución N.4

0,04M*10mL/20mL= 0,02

Solución N.5

0,05M*10mL/20mL= 0,025

Tiempo final:

Para todos los casos el tiempo inicial es Cero (0), así que nuestro tiempo final corresponde al tomado durante la reacción.

Orden de la reacción respecto ácido ascórbico y azul de metileno

Empleamos el método de velocidades iniciales.

Este método nos condiciona a las concentraciones, las cuales sean semejantes en un par de reacciones de los reactivos. Tomando algunas experiencias de la tabla N. 01 y la tabla N. 02 y aplicando el método de la velocidad inicial los órdenes parciales de la ecuación cinética.

Solución N.

Compuesto [A] Compuesto [B] v = ΔC/Δt mol/L-1*s-1 Ácido Ascórbico Azul de metileno

3 0,02M 0,00002M 0,0198

4 0,03M 0,00002M 0,0297

5 0,03M 1,6x10-5M 1,54x10-5

6 0,03M 2x10-5M 1,96x10-5

v1 =k 1 * [A]1α * [B] 1

β

v2 =k2 * [A]2α * [B]2

β

Tener en cuenta que al realizar esta operación los valores para v1 deben ser mayores, así se trabajara mas fácilmente.

#3y4

v1 =k 1 * [A]1α * [B] 1

β

v2 =k2 * [A]2α * [B]2

β

0,0297 mol/L-1s-1 = [0,03] α 0,0198 mol/L-1s-1 = [0,02]α

1,5 = 1,5α

Ln1,5 = Ln1,5α

α = 1

Orden de la reacción respecto al ácido ascórbico a 20ºC = 1

#5y6

v1 =k 1 * [A]1α * [B] 1

β

v2 =k2 * [A]2α * [B]2

β

1,96x10-5mol/L-1s-1 = [2x10-5M]β

1,54x10-5mol/L-1s-1 = [1,6x10-5M]β

1,27 = 1,25 β

Ln1,27 = Ln1,25β

β = 1,01 = 1

Orden de la reacción respecto del azul de metileno a 20ºC = 1

Orden total de la reacción = α + β = 2

Constante cinética de reacción a 20ºC

Ya con los valores obtenidos de orden de reacción procedemos a remplazar, cualquiera de las reacciones de la tabla.

v =k * [A]α * [B]β

Por ejemplo en la #6

1,96x10-5mol/L-1s-1 = k [0,03] 1*[2x10-5M]1

1,96x10-5mol/L-1s-1 = k 6x10-7M

1,96x10-5mol/L-1s-1 = k k = 32,6 s-1 a 40ºC 6x10-7M

1. METODOS BASADOS SOBRE LA MEDICION DE UNA FUERZA

Se sabe que la tensión es una fuerza por unidad de longitud de linea de contacto trifásico. Tales métodos se aplican por tanto al caso en que hay 3 fases: un fluido (gas o líquido), un líquido, y un sólido. La tensión superficial o interfacial entre los dos fluidos se mide como una fuerza aplicada sobre una cierta longitud de la línea de contacto trifásico.

TENSION

La figura indica la situación típica; si las demás fuerzas se anulan por ejemplo por la reacción del soporte sólido como en el caso de la figura, entonces la única fuerza neta será la proyección de la fuerza de tensión en la dirección de medición.

Existen varios dispositivos basados sobre este mismo principio, de los cuales los más usados son la placa de Whilhelmy y el anillo de Nouy.

VENTAJAS

Estos métodos son muy versátiles, en particular para medir tensiones superficiales de acuosas, en el rango 70 dina/cm (agua pura) - 30 dina/cm (soluciones de detergentes); permite obtener fácilmente una reproductibilidad del orden de 2%, lo que es suficiente para determinar la concentración micelar crítica de una solución de surfactante. Por otra parte este método no produce una superficie nueva al momento de producirse la medición. En la práctica se puede colocar el líquido dentro de los recipientes varios horas antes y dejar equilibrarse la superficie. Por lo tanto este método es particularmente bien adaptado a los sistemas que contienen sustancias surfactantes cuyo tiempo de adsorción puede ser largo. Nótese que permite sin embargo medir la tensión dinámica; basta con verter el líquido en el recipiente justo antes de tomar la medida. El método de la placa de Wilhelmy se puede usar también para las interfases líquido-líquido, en cuyo caso hay que proceder de la forma siguiente. Primero se vierte en el recipiente el líquido menos denso y se hunde integralmente la placa en este líquido. Se mide entonces la fuerza necesaria para equilibrar el sistema F1 (esta fuerza toma en cuenta el empuje de Arquímedes sobre la placa hundida en la fase menos densa).

En conclusión se puede decir que el método del anillo de Nouy tiene esencialmente las mismas características que el método de la placa. A dimensión externa igual, la longitud de contacto trifásico es mayor que la de la placa. Por otra parte es obviamente mejor que el método de la placa si no hay seguridad de que el ángulo de contacto sea cero.

DESVENTAJAS

Implica que la placa de platino esté más mojada por el líquido más denso que por el líquido menos denso. Si la fase más densa es de tipo acuoso, y la fase menos densa es de tipo aceite, el ángulo de contacto es por lo general 0 y se puede asumir cos θ=1. Como en el caso de una superficie gas-líquido se puede usar el método para determinar el ángulo de contacto mediante dos mediciones. Al medir la tensión superficial o interfacial de solucion(es) que contienen surfactantes se presenta un problema adicional, a saber el tiempo de equilibración. En efecto en este método, se modifica la superficie al arrancar el anillo, en particular en la zona donde se ejerce la fuerza de tensión, cosa que no ocurre en el método de la placa.

2. METODOS BASADOS SOBRE UNA MEDIDA DE PRESION

Todos los métodos descritos en esta sección se basan sobre la aplicación de la ecuación de la Capilaridad de Laplace, la cual indica que existe una diferencia de presión de parte y otra de una interfase curva.

Donde H es la curvatura promedia de la interfase en el punto.

La curvatura promedia se obtiene como el promedio entre las dos curvaturas principales R1 y R2 en el punto:

Si la interfase es esférica, lo que puede considerarse el caso si la gravedad no deforma la interface (caso de un radio de curvatura pequeño), entonces:

Los métodos mas utilizados son Ascenso Capilar y Presión de Burbuja.

VENTAJAS

En la práctica el ascenso capilar se torna medible para capilares extremadamente finos, por lo que no es un método de medición usual. Sin embargo el ascenso capilar es extremadamente importante en sistemas porosos, y es responsable de la subida del líquido en un papel filtro o en una tela cuya parte inferior está tocando el líquido. Ciertos aparatos de medición en contínuo (y aparatos de control) están basados sobre este principio, ya que basta disponer de una fuente de gas a presión levemente superior a la necesaria, y dejar que se escape algo de gas hasta que la presión se equilibre. Es un buen método para medición en línea en una planta industrial.

DESVENTAJAS

Los problemas encontrados con este método son la determinación del radio exacto de mojabilidad (debido al espesor no nulo de la pared del capilar - véase Fig. 12 derecha), así como del radio de la burbuja (no necesariamente esférica). Además este método produce un área superficial nueva, y por tanto es un método dinámico.

3. METODOS BASADOS SOBRE UNA DEFORMACION

Estos métodos se basan sobre el hecho de que en ciertas situaciones la tensión superficial o interfacial tiende a reducir el área interfacial, mientras que otras fuerzas (gravedad natural o artificial) tienden a aumentarla. Para que las fuerzas de gravedad tengan un efecto notable, se requiere que el término de presión hidrostática ρ g h sea significante, lo que implica que una de las variables h (dimensión) o g (gravedad artificial) sea grande.

Los métodos más utilizados son: Elementos de Teoría general, Gota pendiente, Gota colocada, Gota giratoria, Extensiones del método de la gota giratoria, Método del volumen de gota.

VENTAJAS

En efecto es extremadamente interesante poder medir la carga superficial de una burbuja, porqué permite alcanzar propiedades de interés como la adsorción, que son muy valiosas en procesos como la flotación, y la utilización de espumas en general. En la práctica se puede usar una microjeringa y empujar muy lentamente una gota hacia fuera, o bien dejar caer las gotas una por una (lentamente) de una bureta con extremidad modificada. Después de dejar caer unas 10 ó 20 gotas, se pesa el líquido recogido. Hay que asegurarse que la punta de la bureta está mojada siempre en las mismas condiciones para garantizar que el valor de r tiene sentido.

DESVENTAJAS

En efecto, cada curvatura depende de la variación de la pendiente de la tangente a la curva correspondiente (es decir de la derivada segunda). Ya es difícil estimar con precisión la pendiente de la tangente a una curva (que se use el ojo o un sistema computarizado), y por tanto es muy impreciso estimar la variación de la pendiente de la tangente entre un punto y un punto vecino. Por lo tanto en la práctica existe un error experimental considerable sobre la medida de la curvatura promedia H. Cuando se recuerda que se deben medir las dos curvaturas principales de la superficie para calcular la curvatura promedia, es obvio que un método exacto no puede basarse sobre la medicón directa de las curvaturas. El método es bastante impreciso (20% de error por ejemplo) pero tiene la ventaja de ser extremadamente simple, y por tanto es muy útil para realizar comparaciones rápidas. Por la forma en que se procede, se mide la tensión inicial, es decir la tensión de la superficie recien creada.

CONCLUSION

Al finalizar el presente trabajo podemos concluir que:

1. El manejo adecuado que les demos a los datos que obtengamos o con los que

trabajamos en el laboratorio nos facilitara el trabajo al momento de interpretarlos para

construir grafica o linearlos.

2. Entendimos más a fondo el efecto del solvente y la temperatura, en la cinética y el mecanismo para esta reacción.

3. Existen varios métodos para hallar la tensión superficial, se debe tener en cuenta cual es el más apropiado para utilizar según el elemento que se quiere hallar.

BIBLIOGRAFIA

A. Adamson, Physical Chemistry of Surfaces, 2nd Ed., Interscience 1967

J. Bikerman, Physical Surfaces, Academic Press (1970) 234-247, American Chemical Society (1975)

J. Drelich, Ch. Fang, C. L. White. Measurement of interfacial tension in fluid-fluid systems,Encyclopedia of Surface and Colloid Science, A. Hubbarb, Ed., Marcel Dekker (2002) pp 3152-3166.