Peróxido de hidrógeno

INFORME N°1

[pic 1]Descomposición catalítica del peróxido de hidrogeno en solución acuosa y ambiente neutro

RESUMEN

Esta experiencia de laboratorio la realizaremos en el laboratorio de cinética de la facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Chile, comenzando el 23 de septiembre y terminando el día 30 del presente año. El objetivo de este laboratorio es determinar la relación de la velocidad de la descomposición del peróxido con la variación de temperatura y el uso del catalizador de Yoduro de Potasio.

El experimento lo realizaremos en un reactor Batch agitado y mediante un sistema de captura se recolecta el oxigeno para medir el volumen obtenido de la descomposición del agua oxigenada.

De los datos obtenidos se puede apreciar un aumento en la constante de velocidad a medida que se aumenta la temperatura o agregamos una concentración mayor de catalizador.

En conclusión, comprobamos que la reacción de descomposición del hidróxido de hidrogeno es de orden 1 y la relación de la velocidad de reacción con la temperatura es directamente proporcional, al igual que la concentración del catalizador y la velocidad de reacción.

INDICE

2.        OBJETIVOS        4

3.        MARCO TEORICO        5

4.        PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL        10

5.        APARATOS Y ACCESORIOS        12

6.        DATOS        17

6.1.        Corrida 1: 35 mL de KI, temperatura 18ºC        17

6.2.        Corrida 2: 45 mL de KI, temperatura 18ºC        18

6.3.        Corrida 3: 55 mL de KI, temperatura 18ºC        19

6.4.        Corrida 4: 35 mL de KI, Temperatura de trabajo 38,5 °C        20

7.        RESULTADOS Y DISCUSIONES        21

7.1.        Estudio de velocidad con variación de temperatura        24

8.        CONCLUSIONES        27

9.        NOMENCLATURA        28

10.        BIBLIOGRAFIA        30

APENDICE        31

1. OBJETIVOS

1.  Objetivo general

Estudiar la velocidad de reacción y parámetros cinéticos de la descomposición del peróxido de hidrogeno en ambiente neutro

1. Objetivos específicos

• Determinar el orden de reacción del peróxido de hidrogeno mediante el método integral
• Estudiar la velocidad de reacción manteniendo la temperatura constante y variando la concentración del catalizador.
• Estudiar la velocidad de reacción manteniendo la concentración del catalizador y variando la temperatura.

1. MARCO TEORICO

El peróxido de hidrógeno (H2O2), también conocido como agua oxigenada es un compuesto químico con características de un líquido altamente polar, fuertemente enlazado con el hidrógeno, tal como el agua, por lo general de aspecto líquido ligeramente más viscoso. Es conocido por ser un poderoso oxidante.

El peróxido de hidrógeno es un producto químico muy versátil que se utiliza en diversos escenarios e industrias debido a sus cualidades y a las ventajas que ofrece frente a otros compuestos. Esto se debe a que la implementación del peróxido de hidrógeno es muy variada y puede incluirse en sectores como la agricultura, la medicina y la fabricación de diferentes productos del mercado.

Dada las variadas aplicaciones del agua oxigenada, el estudio de su velocidad de reacción es indispensable para el modelamiento de los equipos industriales. Conociendo cómo la constante de velocidad se ve alterada por la temperatura u otras condiciones, es posible determinar el medio para obtener el mayor beneficio de la reacción del H2O2.

Este compuesto es muy inestable. Se descompone lentamente en oxígeno y agua, con liberación de gran cantidad de calor. Su fuerza se expresa en el número de volúmenes de oxígeno desprendidos al calentar 1 vol. de peróxido:

                                                2H2O2(ac) + 2H2O(l) + O2(g)                                            (3.1)

El peróxido comercial tiene usualmente entre 10 y 20 volúmenes. Un preparado de 30% p/p desprende 100 volúmenes de oxígeno. Una solución al 1% p/p desprende 3,294 veces su volumen de oxígeno, por ende, el peróxido de "10 vols." contiene 3,04%p/p de H2O2. Se evapora espontáneamente al aire. Los puntos de ebullición son 84.5°C a 68 mmHg y 69.2°C a 26 mm Hg. Si se calienta a 151°C, que es el punto de ebullición a 760 mm, hace explosión. Es diamagnético. El líquido puro tiene fuerte reacción ácida, pero las soluciones diluidas son neutras. A 20°C tiene una densidad de 1,11 g/cm3.

Para calcular los moles de oxigeno obtenidos en la descomposición del peróxido consideramos P = P atmosférica

                                           (3.2)[pic 2]

De la relación estequiométrica vista en la ecuación 3.1 podemos decir que la cantidad de moles del peróxido (nA), está dada por:

                                  (3.3)[pic 3]

Y la concentración del peróxido durante la reacción está dada por:

                                      (3.4)[pic 4]

Las reacciones del peróxido de hidrógeno pueden dividirse en: descomposición catalítica, reacciones de adición, reacciones de oxidación y reacciones de reducción.

En el caso de la reacción catalítica se utiliza un catalizador. Material que no participa ni como reactante ni como producto en una reacción. Los catalizadores aceleran la reacción y los inhibidores obstaculizan la reacción.

(Levenspiel, 2000, sec. Cuanta más información se tenga sobre lo que ocurre durante una reacción de qué reactivo se trata y cómo reaccionan, mayor es la seguridad de lograr un diseño adecuado. Existen 3 campos de investigación en el estudio de la reacción, la estequiometría, la cinética y el mecanismo).

La cinética química trata principalmente del estudio de la velocidad, considerando todos los factores que influyen sobre ella y explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción. Si se considera una reacción simple con la siguiente ecuación estequiométrica

A + B = R

Si la hipótesis del mecanismo que controla la velocidad de reacción implica la colisión o interacción de una sola molécula de A con una sola molécula de B, entonces el número de colisiones de las moléculas de A con B es proporcional a la velocidad de reacción. Como a una temperatura dada el número de colisiones es proporcional a la concentración de los reactantes en la mezcla, la velocidad de desaparición de A vendrá dada por:

                                  (3.5)[pic 5]

El agua oxigenada se descompone fácilmente en presencia de algunas sales tales como yoduro de potasio y cloruro férrico, que actúan como catalizadores generando oxígeno. La estequiometría de la reacción es la siguiente:

2H2O2(ac) 🡪 2H2O(l) + O2(g)                                           (3.6)

Para el caso del yoduro de potasio, la reacción es catalizada de la siguiente forma:

Paso I:                               2I- + 2H+ + H2O2 → I2 + 2 H2O

Paso II:                               I2 + 2 H2O → 2I- + 2H+ + O2

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