Indice1. Introducción. 2. Ecuaciones que rigen el sistema [1] 3. Método 4. Conclusiones 5. Referencias
1. Introducción.
Zn(S) + 2HCl(l) à ZnCl2 + H2(g)Para cuantificar el progreso de una reacción química, es necesario medir la velocidad de la reacción; éste es el cambio de la concentración de los reactantes o los productos con el tiempo. Hay varios factores que influyen en las proporciones de las reacciones químicas y su velocidad de reacción, acelerándolos o reduciéndolos. Hay cinco factores principales que pueden causar esto:
- La Naturaleza Química de Reactantes
- El estado de reactantes y su habilidad para encontrarse
- La concentración de reactantes
- La temperatura del sistema
- La presencia de un catalizador
En el presente estudio no se usaran catalizadores y se considerará el numeral uno, dos y cuatro constantes.
2. Ecuaciones que rigen el sistema [1]
La velocidad de una ecuación química puede expresarse como: Tomando como base los tiempos de vida media de la reacción: Zn(S) + 2HCl(l) à ZnCl2 + H2(g)sea CA=[HCl], mol/l y CB=[Zn], mol/l tenemos que: se cumple que para los reactantes
integrando para obtenemos:
y definiendo el periodo medio de la reacción, 
como el tiempo necesario para que la concentración inicial de los reactantes se reduzca a la mitad, resulta que:
que equivale a
graficamos 
vs 
de la cual debemos obtener una recta de pendiente 
.
Este estudio, solo dependerá de la concentración del ácido Clorhídrico. La masa del Zinc usada fue de 577.5 mg (8.8 mmol) y solo se varió la concentración del ácido Clorhídrico manteniéndose constante la masa (17.6 mmol) con lo cual se garantiza la relación estequiométrica Zn:HCL de 1:2.
Por ser una reacción heterogénea, los reactantes solo pueden encontrarse en la interface sólido/líquido. El área de la superficie de contacto de estas interfaces es importante y determina drásticamente la velocidad de la reacción. Sin embargo asumiremos esta relación constante. Para llegar a una expresión para la velocidad de reacción, es necesario saber el cambio en la concentración de un reactante o producto, relacionado con un periodo de tiempo moderado. Por ejemplo, nuestra reacción produce burbujas de gas Hidrogeno, como: Zn(s) + 2HCl(l) à ZnCl2 + H2(g)Es posible cuantificar el gas desplazado en un periodo de tiempo. Aunque , ésta no es una expresión exacta para la velocidad de la reacción, nos permite comparar las velocidades bajo condiciones diferentes.
Se emplearon métodos indirectos para medir la concentración de los reactivos, en el cual él Hidrógeno producido se calculó por el volumen de agua desplazada y teniendo en cuanta el factor de compresión del sistema se correlacionaremos los datos con este y se calculó la concentración del HCl para cada tiempo de reacción.
Análisis de datos y conclusiones Experiencia 1 Tabla de Datos obtenidas para 577.5 mg de Zn y 2.94 ml de HCl 6M
H2 | Tiempo | Vcorregido | H2 | [ HCl ] |
ml | s | ml | mmol | mol/l |
0 | 0 | 0 | 0 | 6 |
30 | 18 | 44,1 | 1,53 | 4,96 |
50 | 62 | 73,5 | 2,56 | 4,26 |
70 | 144 | 102,9 | 3,58 | 3,56 |
80 | 209 | 117,6 | 4,09 | 3,22 |
120 | 656 | 176,4 | 6,14 | 1,82 |
135 | 1127 | 198,45 | 6,91 | 1,3 |
140 | 1305 | 205,8 | 7,16 | 1,13 |
150 | 1581 | 220,5 | 7,67 | 0,78 |
Experiencia 1: Gráfica de datos obtenidos [hcl ] vs tiempo
Experiencia 2 Tabla de Datos obtenidas para 577.5 mg de Zn y 2.35 ml de HCl 7.5M
H2 | Tiempo | Vcorregido | H2 | [ HCl ] |
ml | s | ml | mmol | mol/l |
0 | 0 | 0 | 0 | 7,5 |
10 | 7 | 14,7 | 0,51 | 5,65 |
20 | 22 | 29,4 | 1,02 | 5,3 |
30 | 42 | 44,1 | 1,53 | 4,96 |
40 | 66 | 58,8 | 2,05 | 4,61 |
60 | 151 | 88,2 | 3,07 | 3,91 |
Experiencia 2 Gráfica de datos obtenidos
[hcl ] vs tiempo
Experiencia 3 Tabla de Datos obtenidas para 577.5 mg de Zn y 1.96 ml de HCl 9M
H2 | Tiempo | Vcorregido | H2 | [ HCl ] |
ml | s | ml | mmol | mol/l |
0 | 0 | 0 | 0 | 9 |
20 | 2 | 29,4 | 1,02 | 5,3 |
50 | 7 | 73,5 | 2,56 | 4,26 |
60 | 12 | 88,2 | 3,07 | 3,91 |
70 | 26 | 102,9 | 3,58 | 3,56 |
80 | 65 | 117,6 | 4,09 | 3,22 |
100 | 265 | 147 | 5,12 | 2,52 |
120 | 668 | 176,4 | 6,14 | 1,82 |
Experiencia 3 Grafica de datos obtenidos [HCl ] VS TIEMPO Tratamiento De Datos relacionados con el tiempo de vida media de la reacción
[HCl] mol/l | Tiempo ½ s | Ln [HCl] | Ln t1/2 |
6,0 | 272 | 1,79 | 5,61 |
7,5 | 171 | 2,01 | 5,14 |
9,0 | 5 | 2,20 | 1,61 |
Grafica De Ln De Las Concentraciones Vs Ln Tiempo De Vida Media
Del análisis gráfico obtenemos que. El orden de la reacción es igual a 
La ecuación de velocidad está definida por:
y la ley de velocidad resulta en:
La ecuación obtenida no se correlaciona con los datos registrados en los experimentos, tanto el orden como la constante de velocidad no son reales; pues una reacción que tiende hacia los productos no puede tener una constante tan baja; el orden de la reacción tampoco corresponde pues no se encontró similitud con los datos obtenidos. Estos resultados se deben básicamente al diseño del experimento; las posibles fallas pueden deberse a:
- El problema principal en la toma de los datos fue la dificultada de recolectar el Hidrogeno en el cilindro para la medición y cronometrarlo con precisión,
- pureza de los reactivos,
- deficiente control de la temperatura ya que esta es una reacción exotérmica y debido a esto el factor de compresión y la constante de velocidad pudieron haber cambiado.
- Se asumio un factor de compresion constante que probablemente no lo era.
Sugerencias: Se sugiere el empleo de un baño termostatado y en cambio de recolectar indirectamente el agua, se debería conectar un transductor de presión diferencial p.e. Omega PX185-005G5V. Este transductor produce 5V (nominal) con una presion diferencial de 5 psi. Requiere una fuente de 9V DC. [3] que registre los cambios de presión asociado a un temporizador, siendo así mas real y directa la medida.
[1]LEVENSPIEL, GUSTAVE. Ingenieria Química de las reacciones. [2] http://isu.indstate.edu/ahalpern/labman/exp26.html [3] OMEGA ENGINEERING CORPORATION P.O., BOX 4047 STAMFORD, CT 06907-0047 (800) 826-6342
Autor:
Nhilson Vallejo V.
Carol B. Naranjo O.