Preparación de un catalizador

OBJETIVO:

El alumno preparará un catalizador homogéneo a varias concentraciones y estudiará sus efectos en una reacción específica.

INTRODUCCION:

La catálisis homogénea en fase líquida más importante es la catálisis ácido-base. Un número considerable de reacciones químicas están catalizadas por ácidos y bases. Cuando se da esta catálisis en solución acuosa, los efectos más importantes son los provocados por los iones hidronio o hidroxilo de la solución. Si estos son los únicos efectos, es decir, si estos dos tipos de iones son los únicos catalizadores efectivos presentes, la catálisis ácido-base se denomina específica.

Si estas reacciones se llevan a cabo en un medio ácido fuerte, la concentración de iones hidroxilo resulta tan insignificante que dejan de ejercer una acción catalítica apreciable, con lo que el único catalizador efectivo es el ión hidronio. Así pues, la ecuación de velocidad en este caso queda:

Donde kH es la constante catalítica para estos iones. De forma semejante, en soluciones muy básicas la única especie catalítica eficaz son los iones hidroxilo, con lo que en este caso la correspondiente ecuación de velocidad resultaría igual a:

Donde OH – k es la constante catalítica para estos iones. El valor de las constantes catalíticas se puede determinar midiendo las velocidades en soluciones ácidas y/o básicas a varias concentraciones de iones H3O+ y/o OH- y de S (sustrato).

En el caso general en el que la catálisis puedan efectuarla simultáneamente los iones hidronio e hidroxilo, y en que la reacción pueda ocurrir también espontáneamente (en ausencia de catalizador alguno), su constante de velocidad de primer orden, v/ [S] sería

Una representación del logaritmo de la constante de velocidad frente al pH de la solución aparece recogida en la figura 24-2, observándose regiones de catálisis por iones hidronio e hidroxilo, separadas por una región en la que la proporción de catálisis es despreciable frente a la reacción espontánea. A concentraciones ácidas suficientemente altas,

Con lo que

Así, en una disolución suficientemente ácida la representación de log k frente al pH es una línea recta de pendiente -1. De forma análoga, en una disolución suficientemente básica de donde:

Con lo que la correspondiente representación log k frente al pH es una línea recta de pendiente igual a + 1.

La velocidad en la región intermedia es igual a k0 [S] y k0 se puede determinar directamente a partir de la velocidad en esta zona. Si la velocidad de la reacción espontánea es suficientemente pequeña, la parte horizontal de la curva no aparece y los dos limbos se insertan bruscamente. Si bien kH o kOH son despreciables, los limbos correspondientes de la curva no aparecen.

La catálisis ácido-base implica la transferencia de un protón a o desde una molécula de sustrato. Por ello, es de esperar que esta catálisis pueda también verse afectada por otros ácidos y bases distintos de H3O+ y OH-. Este hecho se ha podido comprobar experimentalmente y entonces la catálisis ácido-base se denomina general.

Supongamos que en la solución hay un ácido HA, su base conjugada A-, los iones hidronio e hidroxilo, la constante de velocidad en este caso general podrá tener la forma

En un caso experimental como este habría que calcular cinco constantes, lo cual puede hacerse variando sistemáticamente las concentraciones de las especies.

Presencia de un catalizador

Los catalizadores (La sustancia que acelera o retarda un proceso químico) aumentan la rapidez de una reacción sin transformarla, además empeoran la selectividad del proceso, aumentando la obtención de productos no deseados. La forma de acción de los mismos es modificando el mecanismo de reacción, empleando pasos elementales con mayor o menor energía de activación.

Existen catalizadores homogéneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos (por ejemplo, el hierro III en la descomposición del peróxido de hidrógeno) y catalizadores heterogéneos, que se encuentran en distinta fase (por ejemplo la malla de platino en las reacciones de hidrogenación).

Los catalizadores también pueden llegar a retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen conocer como inhibidores.

Existen ciertas sustancias llamadas promotoras, que no tienen capacidad catalítica en sí, pero aumentan la eficacia de los catalizadores. Por otra parte, los materiales que reducen la eficacia de un catalizador se denominan venenos.

A medida que la reacción tiene lugar, disminuye la concentración de los reactivos según se van agotando. Del mismo modo, la velocidad de la reacción también decrece. Al mismo tiempo aumentan las concentraciones de los productos, tendiendo a colisionar unos con otros para volver a formar los reactivos. Por último, la disminución de la velocidad de la reacción directa se equipara al incremento de la velocidad de la reacción inversa, y cesa todo cambio. El sistema está entonces en "equilibrio químico", en el que las reacciones directa e inversa tienen lugar a la misma velocidad.

MATERIAL REACTIVOS

6 tubos de ensaye de 29 x 200mm 0.1 M

1 Pipeta graduada de 10 ml KI 0.1 M

1 vaso de precipitado de 100 ml 0.1 M

1 termómetro Almidón soluble 0.2 M

1 cronometro Agua destilada

1 pizeta Sulfato ferroso

DESARROLLO

Elaboración del catalizador

• a) Preparar la solución de FeSO4 7H20 (250 ml) a:

• I. 10-4 molar = 0.0001 mol/lt.

• II. 10-3 molar = 0.001 mol/lt.

• III. 10-2 molar = 0.01 mol/lt.

• b) Determine el tiempo de la reacción a temperatura ambiente en cada tubo y anote sus resultados.

Pasos:

• 1. Tomar 6 tubos de ensaye, numerarlos y verter las soluciones según se indica en la siguiente tabla:

• 2. Tapar cada uno de los tubos con un tapón de hule y agitarlos.

• 3. Tomar el tubo (1) y agregar rápidamente 6 ml de 0.1 M y al mismo tiempo accionar el cronometro. Tapar de nuevo el tubo y agitarlo. Parar el cronometro cuando aparezca un color azul. Anotar el tiempo de reacción y la temperatura a la cual se llevo a cabo el experimento.

• 4. Repetir el mismo procedimiento con los tubos del (2) al (6).

DIAGRAMA DE FLUJO: Efecto del catalizador

CALCULOS Y RESULTADOS

Efecto del catalizador Temp. Ambiente.

• Solución de FeSO4 a 1×10-4 molar

• Solución de FeSO4 a 3×10-3 molar

• Solución de FeSO4 a 3×10-2 molar

• Solución de FeSO4 a 3×10-4 molar

DISCUSION DE RESULTADOS

Se puede discutir que a mayor concentración del catalizador es mayor la velocidad de la reacción. Como se puede observar y comparar en las siguientes gráficas.

OBSERAVACIONES

Esta práctica ya se había hecho pero no salieron bien los resultados debido a que el almidón estaba muy viejo, otra de las diferencias que hubo fue que esta vez se compararon diferentes concentraciones del catalizador para así poderla comparar con respecto al tiempo.

CONCLUSIONES

En esta práctica me divertí mucho porque se me hizo muy interesante observar los efectos que tienen la concentración y sobre todo el catalizador a diferentes concentraciones de sulfato ferroso sobre la velocidad de reacción y obtener los resultados satisfactorios creo que fue una buena práctica.

BIBLIOGRAFÍA

• web.usal.es/~jmcsil/biblioteca/fisicoquimica/capitulo24/parte1.pdf

• books.google.com.mx/books?isbn=8429150021

• bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/…/sec_6.htm

• Ira N. Levine; Mc. Graw-Hill; "Fisicoquímica", vol. 2; 5ª edición en español. Págs. Consultadas 660 – 663, 719 – 723

• Joseph Nordman, "Análisis Cualitativo y Química Orgánica", Editorial Continental, S. A.

• Skoog-Host, "Fundamentos de Química Analítica", Editorial Reverte, S. A.

Autor:

Asneydi Madrigal Castro

SEP SES DGET

INSTITUTO TECNOLOGICO DE JIQUILPAN

REPORTE DE LA PRÁCTICA Nº5 DE CINETICA QUIMICA Y BIOLOGICA

ALUMNA: MIREYA

JIQUILPAN, MICHOACAN A 22 de Abril del 2010.

PARACTICA 5