Cinética química en la disolucion de un caramelo esferico

Universidad de Los Andes                                                                                            

Facultad de Ciencias                                                                                                        

Laboratorio 2 de Química                                                                                    

Sección 01                                                                                                                        Proyecto final

CINÉTICA QUÍMICA EN LA DISOLUCION DE UN CARAMELO ESFERICO

Resumen

El proyecto se enfoca en estudiar la cinética de disolución de un caramelo sólido esférico en agua, analizando cómo la temperatura influye en la velocidad de este proceso. Se fundamenta en los principios de la cinética química, que examina la rapidez de las reacciones, y busca comprender la ruptura de las fuerzas intermoleculares de la sacarosa durante la disolución. Para ello, se aplicarán modelos matemáticos como la ecuación de Hixson-Crowell y la ecuación de Arrhenius, con el fin de cuantificar la velocidad de disolución y la energía de activación.

Metodológicamente, se realizó un experimento para medir la velocidad de disolución de caramelos a cuatro temperaturas: (10, 19, 27 y 37) °C. El proceso experimental incluyó la preparación de soluciones a estas temperaturas, la medición del peso inicial de los caramelos, su disolución controlada en las soluciones, y la medición de la pérdida de peso a intervalos regulares. Los datos recopilados permitirán calcular la constante de velocidad, el tiempo de vida media y la energía de activación, proporcionando una comprensión detallada de cómo la temperatura afecta la cinética de disolución del caramelo.

Objetivo General

Estudiar la cinética de disolución de un caramelo sólido esférico mediante la disolución en agua y la influencia de la temperatura tiene en esta.

Objetivos Específicos

1. Estudiar la influencia que tiene la temperatura en la velocidad de disolución del caramelo.
2. Determinar la constante de velocidad para procesos de disolución del caramelo a temperaturas de (10, 19, 27 y 37) °C.
3. Determinar el tiempo de vida media y la energía de activación de disolución del caramelo a las temperaturas ya descritas.

Introducción

El caramelo, esa sustancia dulce que deleita nuestros paladares, es mucho más que un simple confite. Su formación y transformación involucran una serie de procesos químicos y físicos fascinantes, donde la cinética juega un papel crucial. Este proyecto se adentra en el mundo microscópico de la disolución del caramelo, explorando las fuerzas que gobiernan la interacción entre el azúcar y el agua, y cómo estas interacciones se ven afectadas por diversos factores.

La base de este estudio es la sacarosa (C₁₂H₂₂O₁₁), el azúcar común que encontramos en nuestras cocinas. En su estado sólido, las moléculas de sacarosa se organizan en una estructura cristalina, mantenidas unidas por fuerzas intermoleculares.[1] Al entrar en contacto con el agua (H₂O), un solvente polar por excelencia, comienza el proceso de disolución. Las moléculas de agua, con su carga parcial positiva en los átomos de hidrógeno y carga parcial negativa en el átomo de oxígeno, rodean a las moléculas de sacarosa, debilitando las fuerzas que las mantienen unidas en el cristal. Este fenómeno, conocido como solvatación, es el primer paso en la transformación del azúcar sólido en una solución líquida.[2][3]

La cinética química, la rama de la química que estudia la velocidad de las reacciones, nos proporciona las herramientas para comprender cómo se desarrolla este proceso. La velocidad de disolución del caramelo no es constante, sino que varía en función de varios factores:

• Temperatura: Un aumento en la temperatura incrementa la energía cinética de las moléculas, acelerando la solvatación y la difusión. La ecuación de Arrhenius nos permite cuantificar esta relación, mostrando cómo la velocidad de reacción se duplica o triplica con cada aumento de 10 °C.
• Concentración: A medida que la sacarosa se disuelve, la concentración de la solución aumenta, lo que puede ralentizar el proceso. Esto se debe a que hay menos moléculas de agua disponibles para solvatar las moléculas de sacarosa restantes.
• Agitación: La agitación mecánica facilita la disolución al renovar constantemente la capa de solvente en contacto con el azúcar, evitando la saturación local y promoviendo la difusión.
• Superficie de contacto: Entre más pequeña sea la partícula del soluto, mayor será la superficie de contacto con el solvente, lo cual incrementara la velocidad de disolución.[4]

Teniendo en cuenta la influencia de los factores anteriormente mencionados, se estudiará la cantidad de sólido liberado durante la disolución mediante el modelo matemático de Hixson-Crowell, el cual es usado con frecuencia en la industria farmacéutica para describir la liberación de un compuesto desde su forma sólida.[5] De Igual forma se utilizará la ecuación de Arrhenius para calcular la energía de activación, la cual es la energía mínima necesaria para que la reacción ocurra.[6]

Este proyecto tiene como objetivo entender la disolución del caramelo en función del tiempo y temperatura , explorando la influencia de los factores mencionados anteriormente. A través de experimentos controlados y análisis cinéticos, con el objetivo de busca cuantificar la velocidad de disolución.

Desarrollo

Tabla 1. Propiedades Físicas y Químicas de los Reactivos

Plan de Trabajo

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Formulas a Utilizar

Formula 1- Ecuación de Arrhenius

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Formula 2 - Ecuación de Hixson-Crowell

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Formula 3 – Constante de Velocidad

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Formula 4 – Tiempo de Vida Media

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Tablas de Datos Experimentales Grupo 1

Tabla 2-A. Caramelo 1, Temperatura 10 °C

Tabla 2-B. Caramelo 2, Temperatura 19 °C

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