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Cinética química: determinación de la constante de velocidad de reacción de la hidrólisis del cloruro de ter-butilo


  1. Objetivo
  2. Material
  3. Información
  4. Procedimiento
  5. Antecedentes
  6. Cuestionario

Objetivo

El alumno aprenderá a comprobar experimentalmente el mecanismo de una reacción SN1 mediante la determinación gráfica del orden y la constante de velocidad de una ecuación de 1er orden

Reacción

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Material

  • Matraz aforado 100 ml 1

  • Matraz Erlenmeyer 50 ml 1

  • Embudo de separación c/tapón 1

  • Matraz pera de una boca 50 ml 1

  • Porta-termómetro 1

  • "T" de destilación 1

  • Recipiente de peltre 1

  • Refrigerante c/mangueras 1

  • Termómetro -10 a 400o C. 1

  • Colector 1

  • Vaso de precipitados 250 ml 1

  • Probeta graduada 25 ml 1

  • Matraz aforado 100 ml 1

  • Matraz Erlenmeyer 50 ml 1

  • Pipeta volumétrica 10 ml 1

  • Pipeta volumétrica 1 ml 1

  • Bureta graduada 50 ml 1

  • Matraces Erlenmeyer 125 ml 1

  • Embudo de filtración rápida 1

  • Pinzas de tres dedos c/nuez 1

  • Espátula 1

  • Propipeta (adaptador con jeringa) 1

Resistencia eléctrica 1

Tapon de corcho (#5) 1

Sustancias

  • Alcohol terbutílico 6 ml

  • Sol de carbonato de sodio al 10% 10 ml

  • Etanol 96º R.A. 70 ml

  • Agua destilada 40 ml

  • Ácido clorhídrico conc. 18 ml

  • Sulfato de sodio anhidro 1 g

  • Fenoftaleína 0.1g

  • Cloruro de calcio 2 g

  • Hidróxido de sodio 0.05 N 10 ml

Información

a) Una reacción química comprende la conversión de reactivos a productos.

b) Las reacciones pueden ser bimoleculares o unimoleculares.

c) Un mecanismo de reacción es la descripción paso por paso, del proceso que ocurre cuando los reactivos se convierten a productos.

d) La cinética de las reacciones se refiere al estudio detallado de la velocidad de las reacciones químicas. Permite estudiar un mecanismo, ya que proporciona una medida de las velocidades de reacción, y una indicación sobre el número y la naturaleza de las moléculas que intervienen en la reacción. Los experimentos se llevan a cabo a temperaturas y concentraciones de reactivos controladas con precisión. Conforme transcurre la reacción se pueden determinar la disminución o el aumento de un reactivo o producto en función del tiempo transcurrido.

e) La interpretación de los resultados experimentales, junto con una expresión matemática, conduce a una mejor comprensión de los mecanismos de reacción.

Procedimiento

a) Obtención de cloruro de ter-butilo.

Coloque en un matraz erlenmeyer de 125 ml con tapón: 6 ml de terbutanol, 18 ml de ácido clorhídrico, 2.0 g de cloruro de calcio y mézclelos con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el contenido del matraz a un embudo de separación, deje reposar hasta la separación de fases, elimine la capa inferior (Nota 1), lave dos veces el cloruro de ter-butilo formado con una solución de carbonato de sodio al 10% (5 ml cada vez) (Nota 2). Seque el cloruro de ter-butilo con sulfato de sodio anhídro y purifíquelo por destilación simple (Nota 3). Recoja la fracción que destila entre 42-45o C.

b) Determinación de la constante de velocidad de la hidrólisis del cloruro de ter-butilo.

Coloque 1 ml de cloruro de ter-butilo, recién destilado y seco, en un matraz aforado de 100 ml (Nota 4), afore con una mezcla de etanol / agua 77:33 (utilice alcohol de 96o y agua destilada, nota 5).

Mezcle y empiece a contar el tiempo (Nota 6). Espere dos minutos, tome una alícuota de 10 ml y titule con NaOH 0.05 N, use fenoftaleína como indicador

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Nota 7). A los 12 minutos de haber hecho la mezcla, realice otra titulación, hasta hacer un total de 8-9 titulaciones.

calculos

Calcule "K" para distintos valores de "t" con la siguiente formula:

K= 2.3 log a(a-x) 1t

a= concentración inicial de cloruro de ter-butilo en moles/l

=1 ml x 0.85 (dens. t-BuCl) x 10/92.5 (PM t-BuCl)=0.092 mol/l

x= Vol. NaOH x Norm./10

= mol/l de cloruro de ter-butilo transformado en el tiempo t.

Para encontrar el valor de "K" por el método gráfico, construya la siguiente gráfica, cuya pendiente es igual a m=(Y2-Y1)/(X2-X1) y nos da el valor de K= 2.3 m.

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Formule conclusiones de acuerdo a sus datos experimentales.

Notas

1.- La fase inferior corresponde al HCl residual.

2.- Durante los lavados el cloruro de ter-butilo queda en la fase superior. Consulte la densidad del cloruro de ter-butilo.

3.- Use un sistema de destilación sencilla, caliente el matraz sumergido en un baño maría. Reciba el destilado en un matraz con un baño de hielo.

4.- Para obtener datos correctos se necesita que el material empleado esté limpio y seco.

5.- Se usa esta proporción, porque cuando se mezcla el etanol con el agua, hay una contracción del volumen total.

6.- Desde el momento que agrega la mezcla de etanol-agua empiece a contar el tiempo de dos minutos para hacer la 1a. titulación.

7.- Utilice 1 ó 2 gotas de fenoftaleína. El punto final de la titulación es cuando se produce el vire al color rosa tenue y este persiste por un minuto.

Antecedentes

1.- Cinética Química

2.- Expresión de la velocidad de una reacción

3.- Orden de reacción

4.- Influencia de la concentración de los reactivos en la velocidad de una reacción.

5.- Ecuación cinética para una reacción de 1er. orden.

6.- Determinación gráfica del orden y constante de la velocidad para una ecuación de primer orden.

7.- Efecto de la temperatura en la velocidad de una reacción.

8.- Teoría de la colisión, del estado de transición.

9.- Mecanismo de obtención de cloruro de ter-butilo.

10.- Ecuación SN1: Mecanismo y cinética de la hidrólisis del cloruro de ter-butilo.

11.- Propiedades físicas, químicas y toxicidad de reactivos y productos.

Cuestionario

1.- Con base a los datos experimentales ¿cuál es el orden de la reacción?

2.- De acuerdo a este orden; ¿cuál es el mecanismo de la reacción de hidrólisis?

3- ¿Qué será necesario hacer antes de desechar al drenaje los residuos de la reacción de obtención del cloruro de ter-butilo que contienen agua, cloruro de calcio y ter-butanol?

4- ¿Qué precauciones debe tener al trabajar con ácido clorhídrico concentrado?

5.- Asigne las bandas principales presentes en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de reactivos y productos

Espectros de I.R. Ter-butanol

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Cloruro de ter-butilo

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Diagramas de tratamiento

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Autor:

Javier Yagami Escamilla Davila