Trabajo práctico 4: ESTUDIO DE LA CINETICA DE LA OXIDACION DE ETANOL POR Cr(VI)

Trabajo Práctico N°4

Estudio de la cinética de la oxidación de Etanol por Cr(VI)

Integrantes: Ramiro Clerici Delville

                    Rodrigo Suárez

                    Giuliana Castro Vazquez

N° Comisión: Laboratorio 7

N° Cajón: 158

Trabajo Experimental:

Objetivos:

• Estudiar la velocidad de una reacción química siguiendo la evolución temporal de la concentración de uno de los reactivos por métodos espectroscópicos.  

• Utilizar condiciones de pseudo-orden para estudiar el efecto de la concentración de un reactivo en la velocidad de una reacción.  

• Obtener una expresión analítica que se ajuste a los resultados experimentales.  

• Determinar los órdenes de reacción y la ecuación de velocidad para la reacción de oxidación de etanol por Cr(VI) por medio del método integral.
• Identificar el tiempo de vida media en las experiencias.

A. Reacción química en estudio:

3 CH3CH2OH(ac) + 4 HCrO4- (ac)+ 16 H+ (ac)  ⇔   3 CH3COOH(ac)+ 4 Cr3+ (ac)+ 13 H2O(l)   

Esta reacción representa la oxidación de alcoholes (CH3CH2OH como etanol y CH3COOH como ácido acético) por acción del Cr(VI), en este caso una de sus especies, el ión cromato ácido HCrO4-. La reacción ocurre en medio ácido, por lo tanto intervienen protones H+ generados, por ejemplo, por el ácido sulfúrico (H2SO4).

Este ión cromato ácido es coloreado, por lo tanto absorbe energía en la zona de luz visible del espectro electromagnético. Gracias a esta característica es posible seguir espectrofotométricamente la evolución de la concentración, tomando los máximos de la absorbancia a sus determinadas longitudes de onda.

B. Ley de velocidad propuesta:

     V = K . [HCrO4-]a . [CH3CH2OH]b . [H+]c

     V = K’ . [HCrO4-]a

     K’ = K . [CH3CH2OH]b . [H+]c

Donde a, b y c representan los órdenes de reacción de su respectivo compuesto, K y K’ la constante cinética y la constante de pseudo-orden, respectivamente.

C. Condiciones experimentales:

C.1. Propiedad medida: Absorbancia

C.2. Equipo empleado: Espectrofotómetro

C.3 Esquema de trabajo:

Tabla 1: Esquema de trabajo.

Materiales y método:

Se determina el orden de reacción midiendo la absorbancia de la solución (utilizando un espectrofotómetro, a partir de λ=450 nm) hasta que la reacción llega al equilibrio. Una vez alcanzado ese punto, se copian los datos y se grafica de la siguiente manera:

Abs vs t: Para orden 0

Ln(Abs) vs t: Para orden 1

1/(Abs) vs t: Para orden 2

Siguiendo la regla tal que:

[R] = [R]0 – aKt si el orden es 0

Ln[R] = Ln[R]0 – aKt si el orden es 1

1/[R] = 1/[R]0 – aKt si el orden es 2

Donde R es el reactivo, a su coeficiente estequiométrico, K la constante de velocidad y t el tiempo.

Una vez realizados los tres gráficos para cada orden de reacción, se observa y compara cuál de los 3, presenta una función lineal (o el mejor ajuste lineal) y ese es el orden de reacción correspondiente. El método que se empleó en estas experiencias es el método integral, y se trabajó en condiciones de pseudo-orden el cual consiste en colocar una pequeña cantidad de K2Cr2O7 con respecto a la cantidad de EtOH que se introduce, para que este último se mantenga “constante”. Al determinar el orden de reacción, se calcula la constante de pseudo-orden K´ (ver apéndice), utilizando las ecuaciones obtenidas por los gráficos y sabiendo que:

m = -aK’

Siendo m la pendiente de la recta.

Se realizan entonces dos experiencias similares (1 y 3) para así poder determinar el orden de reacción del etanol de la siguiente manera:

K1’ = K [EtOH]b1  [H+]c

K3’ = K [EtOH]b3  [H+]c

Se divide y resulta que:

K1’/K3’=[EtOH]b1/[EtOH]b3

Entonces aplicando logaritmo queda:

b=ln(K1’/K3)/ln([EtOH]1/[EtOH]3)

Siendo K1’ la constante de la experiencia 1, K3’ la constante de la experiencia 3, [EtOH]b1 la concentración de etanol en la experiencia 1 y [EtOH]b3 la concentración de etanol en la experiencia 3.

Luego entonces se calcula el tiempo de vida media.

Sabiendo que [R] =½ [R]0 entonces:

Si el orden es 0: t½ = 2aK´ [R]0

           Si el orden es 1: t½ = ln(2) / aK’

Si el orden es 2: t½ = 1/[R]0 aK´

Resultados:

Tabla 2: Resultados experimentales.

[pic 5]

Figura 1: Gráfico de la Absorbancia vs Tiempo (s) para el experimento 1 que corresponde al orden 0.

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