Obtención de los parámetros termodinámicos del estado de transición de la reacción del yoduro

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PRACTICA 4

“Obtención de los parámetros termodinámicos del estado de transición de la reacción del yoduro I–con el persulfato S2O82–”

Alumnos:

Profesor:

Fecha de entrega

INDICE

RESÚMEN…….…………………………………………………………………………(3)

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………..(3)

ANTECEDENTES……………………………………………………………………….(5)

OBJETIVOS………………………………………………………………………… …..(6)

METADOLOGÍA…………………………………………………………………………(7)

RESULTADOS y DISCUSIONES…………………………………………………....(11)

CONCLUSIÓN……………………………………………………………………........(12)

BIBLIOGRAFÍA…….………………………………………………………………….(13)

APÉNDICE A..………………………………………………………………………… (13)

APÉNDICE B..………………………………………………………………………… (15)

FIGURAS

Figura 1. Yoduro de potasio con Persulfato de Sodio…………………………..(8)

Figura 2. Titulación de la solución tiosulfato de potasio ………………………(8)

Figura 3. Titulación de la solución con almidón y tiosulfato de potasio ……(9)

Figura 4. 2da titulación con tiosulfato de potasio……………………………….(9)

Figura 5. Reacción 2 a temperatura 35-40°C……………………………………..(10)

Figura 6. Titulaciones de las 5 muestras………………………………………….(10)

GRÁFICAS

Gráfica 1.  Gráfico………….…………………………………( 12 )

TABLAS

Tabla 1. Datos experimentales de la concentración de yodo  a 25°C……………………..(11)

Tabla 2. Datos experimentales de la concentración de yodo A 32 °C     ………………….(11)

Resumen.

En esta práctica se determinaron diversos parámetros termodinámicos para la reacción del yoduro con el persulfato, utilizando la siguiente reacción:

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Para esto se realizaron tres diferentes experimentos a las temperaturas de 4°C, 25°C y 32°C. Con los datos obtenidos se determinaron las constantes de velocidad en sus respectivas temperaturas obteniendo k4°C= k25°C=  k32°C=

Después de haber determinado las constantes a diferentes temperaturas, nos fue posible obtener los siguientes parámetros termodinámicos:

Ea (Energía de activación) =

A (factor de frecuencia) =

∆H ‡ (Entalpía de activación) =

∆G‡ (Energía de Gibbs de activación) =

K‡ (constante de equilibrio de activación) =

∆S‡ (Entropía de activación) =

Introducción.

La obtención de parámetros termodinámicos del estado de transición en una reacción química es fundamental para comprender los mecanismos de reacción y predecir su comportamiento. En este reporte, exploraremos la cinética de la reacción entre el yoduro y el persulfato, y analizaremos los parámetros termodinámicos asociados con el estado de transición.

La teoría del estado de transición nos ayuda a comprender la cinética de las reacciones químicas elementales. Dicha teoría asume la existencia de un pseudo equilibrio entre los reactivos y el complejo activado, está siendo una estructura intermedia inestable debido a una alta energía.

La teoría del complejo activado fue desarrollada por Eyring y Polanyi en 1935, donde toman en consideración la naturaleza de las moléculas y se basa en cálculos que tienen origen en la termodinámica estadística y la mecánica cuántica. [1]

Para entender mejor la teoría del estado de transición es necesario conocer algunos conceptos.

1. Complejo activado: es un estado intermedio entre los reactivos y los productos, y tiene una energía mayor que los reactivos. En otras palabras, es el punto crítico en la curva de la energía potencial durante la reacción. [2]
2. Velocidad de reacción: la velocidad de formación está relacionada con la frecuencia de vibración según la cual el complejo activado se descompone y se puede expresar como:

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Donde:

K es la constante de velocidad

v es la frecuencia de vibración

h es la constante de Planck

∆G‡ es la energía libre de activación

R la constante de los gases

T la temperatura de reacción

Antecedentes.

Energía de activación.

Podemos definir a la energía de activación como la energía necesaria para que se lleve a cabo una reacción química, es decir, es la energía mínima para que los reactivos formen productos y esta denotada por Ea y sus unidades son de J/mol.

Ecuación de Arrhenius.

Para 1884 el científico J.H. van´t Hoff fue el primero en proponer una relación entre la temperatura y la constante de velocidad de reacción, donde esta incluía la energía de activación. Para 1889 el científico S.A. Arrhenius dio una interpretación matemática a la relación propuesta por van´t Hoff y definió que la constante de velocidad varía con respecto a la temperatura. Estableció la siguiente ecuación [3]:

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Donde:

K es la velocidad de reacción  

A el factor de frecuencia

Ea la energía de activación

R la constante de los gases

T la temperatura de reacción.

Teoría de las colisiones.

La teoría de las colisiones se basa en la idea de que las reacciones químicas ocurren cuando las partículas reaccionantes colisionan entre sí. Para que esto suceda, las colisiones deben cumplir dos condiciones: la orientación adecuada y la energía cinética suficiente. Si las partículas colisionan con la energía adecuada y la orientación correcta, pueden superar la barrera de energía de activación y formar los productos. Esta teoría nos proporciona una imagen visual de cómo las colisiones moleculares influyen en las tasas de reacción.

Por otro lado, la distribución de Maxwell-Boltzmann describe cómo varían las energías de las partículas en un sistema a una temperatura dada. La curva de distribución muestra la probabilidad de encontrar partículas con diferentes energías cinéticas. A medida que aumenta la temperatura, más partículas tienen energía suficiente para reaccionar. Esta distribución nos proporciona información sobre las energías de las partículas en un sistema químico. [4]

Teoría del complejo activado.

Establece que al colisionar las moléculas existe y una probabilidad de que dos de ellas queden unidas por un intervalo de tiempo corto, creando así una especie inestable en la que sus enlaces se romperán y darán origen a los productos.

Eyring propuso una ecuación que relaciona los cambios de la entalpia y la entropía, la temperatura y las constantes de Boltzmann y Planck. Esta explica el comportamiento de k’ con respecto de ∆=S y ∆=H. [5]

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Objetivos.

Objetivo general.

• Obtener los parámetros termodinámicos de activación del estado de transición de la reacción de la práctica número 2

Objetivos específicos

• Describir la ecuación de Arrhenius, que relaciona la dependencia de la constante de velocidad con la temperatura.
• Definir el factor de frecuencia de colisiones de Arrhenius.
• Describir la ecuación de Eyring, como una alternativa de la ecuación de Arrhenius.
• Definir el estado de transición.
• Obtener:

1. De la ecuación de Arrhenius la energía de activación Ea y el factor de frecuencia A de la reacción entre el yoduro y el persulfato.
2. La entalpía de activación ∆H ‡ a partir de la energía de activación
3. La energía de Gibbs de activación n ∆G‡ de la ecuación de Eyring
4. La constante de equilibrio de activación K‡ de la relación entre ésta y la energía de Gibbs
5. La entropía de activación ∆S‡ de la relación ∆G‡= ∆H‡ – T ∆S‡

Metodología.

Previamente se realizó los cálculos pertinentes para medir los gramos necesarios de los reactivos de yoduro de potasio, persulfato de potasio y tiosulfato de sodio, que se encuentran en el apéndice A.

Posteriormente se disolvió y vertió en 25 mL el yoduro de potasio, después se puso en una pipeta volumétrica, donde se vertió después en un matraz Erlenmeyer de 125 mL.

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