La cinética química estudia las velocidades y los mecanismos por los cuales se realizan las reacciones, en la cinética química se relaciona la velocidad instantánea de reacción con la concentración de los reactivos presentes en el instante determinado. Esta ley se llama ley de acción de masas, que indica la proporcionalidad entre concentraciones y velocidad instantánea. La constante de proporcionalidad de la ley de acción de masas, es la que en esta práctica se determinó para la reacción denominada reloj de yodo o reacción de Landolt. Además las concentraciones, en la ley de acción de masas, aparecen elevadas a potencias, que deben determinarse experimentalmente, o bien que sean iguales a los coeficientes estequiométricos que aparecen en la ecuación del paso determinante de la reacción. La suma de estos exponentes es igual al orden de la reacción, este orden también fue determinado en la práctica. En la práctica se prepararon dos disoluciones acuosas de yodato de potasio (KIO3) y otra de almidón soluble e bihiposulfito de sodio (NaHSO3). A partir de estas disoluciones, se tomaron muestras a distintas concentraciones, para medir, en cada corrida, el tiempo total de la reacción. De esta manera, se pudo determinar la constante de velocidad y el orden de la reacción.
Tabla No.1
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Corrida |
Reactivo
Limitante |
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1 |
NaHSO3 |
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2 |
KIO3 |
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3 |
KIO3 |
Fuente: Datos obtenidos
Las reacciones químicas, se llevan a cabo dependiendo de los factores termodinámicos, y por medio de la termodinámica se puede determinar si una reacción se llevará a cabo o no. Pero, no en todos los casos se dan, las reacciones, a la misma velocidad, algunas pueden tardar segundos, mientras otras pueden durar años. Por lo tanto, se definen las velocidades de reacción. Pero la definición de una velocidad global de reacción, es una descripción muy pobre de lo que ocurre, por lo tanto se define la velocidad instantánea de una reacción. Para encontrar la velocidad instantánea de una reacción se debe tener en cuenta la ley de velocidad (ley de acción de masas) de dicha reacción. La velocidad instantánea está definida por el producto de la constante de velocidad de reacción (k) y las concentraciones de los reactivos en el instante determinado elevadas a potencias determinadas experimentalmente. A estas potencias se les llama órdenes de reacción, a la suma de éstos se le llama orden general de reacción.
La reacción del reloj de yodo o reacción de Landolt es una reacción utilizada desde hace algunos años, para demostrar la forma en que es afectada una reacción por las concentraciones de los reactivos, así como los cambios de temperatura. Ésta funciona reaccionando un ión yodato o yoduro con una disolución acuosa de sal (NaHSO3) y almidón para este caso, el almidón funciona como un marcador para cuando la reacción ha concluido ya que reacciona con cada I2 que se produce para formar el complejo yodo-almidón, lo cual le da el color azul a la disolución.
Uno de los factores que afectan la velocidad de la reacción, es la concentración inicial de los reactivos, razón por la cual, en la práctica se realizaron corridas con distintas concentraciones, de manera que se pudiera determinar, por medio de distintos datos, la constante de velocidad y los órdenes de reacción. Al alterar la concentración de una disolución reactante, se disminuye o aumenta el coeficiente de colisiones efectivas que producen la reacción, por lo tanto al aumentar la concentración aumenta la velocidad de reacción, así mismo al disminuir la concentración, disminuye también la velocidad de reacción. Otro de los factores es la temperatura a la cual se efectúa la reacción, para la práctica, no afectó debido a que no se jugó con variaciones de temperatura, y aparte la reacción se propiciaba a temperatura ambiente. La velocidad de reacción se ve afectada por la temperatura debido que al aumentar la energía cinética de las moléculas, las colisiones son más frecuentes y la reacción se da más rápidamente. Por último, otro factor que afecta la velocidad de la reacción es la presencia de un catalizador, lo cual, no fue utilizado en la práctica.
Para la reacción realizada en la práctica, en la presencia de pequeñas cantidades de almidón, el yodo molecular produce un color azul oscuro. El yodo molecular se produce en la segunda reacción a partir del ión yodo producida en la primera reacción, mas en la tercera de ellas, se consume para producir un complejo de yodo y almidón, o sea que la tercera reacción y la segunda reacción, a pesar de ser muy rápidas dependen de la velocidad con la que el ión yodo es producido en la primera reacción. La alta velocidad con la que ocurren la segunda y tercera reacción, permite que el momento para el cual se torna la disolución de color oscuro, sea casi exactamente el momento en el cual se completa la primera reacción. Por lo tanto, la reacción que determina la velocidad de reacción global es la primera de todo el mecanismo reacción. De manera que para la ley de acción de masas, las concentraciones que son determinantes son las del IO3- y la del ión HSO3+.
Las posibles fuentes de error para la práctica, son las incertezas en la medición de los solutos y solventes, así como de las disoluciones a utilizar, además los tiempos de reacción, son solo una aproximación a los tiempos reales, debido al tiempo de reacción de la persona encargada de la medición, así como la precisión del reloj utilizado.
Ø La velocidad instantánea depende de las concentraciones en un instante determinado, la velocidad global, solo de las concentraciones iniciales.
Ø La ley de acción de masas puede no incluir alguno de los reactivos.
Ø En la ley de acción de masas se mide la concentración en molaridad ya que ésta se ve alterada por la temperatura.
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Para calcular las concentraciones utilizadas:
Donde:
Ø C es la concentración expresada en molaridad
Ø M es la masa de soluto
Ø PM es el peso molecular del soluto
Ø V es el volumen de solvente
Para calcular los órdenes de reacción:
(Ref#4)
Donde:
Ø N es el orden de la concentración.
Ø R es la velocidad global de reacción.
Ø C es la concentración expresada en molaridad
Tabla No. 2
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[KIO3] (M) |
[NaHSO3] (M) |
R|KIO3 |
R|NaHSO3 |
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0.0700 |
0.144 |
0.035 |
0.072 |
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0.0175 |
0.144 |
0.002 |
0.019 |
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0.0156 |
0.144 |
0.002 |
0.018 |
Fuente: Datos Calculados
El error estuvo dado por la desviación de las constantes obtenidas:
2. CHANG, RAYMOND. "Química" Traducido del inglés, 4ª. Edición, por Silvia Bello, editorial McGraw-Hill Interamericana, México 1992.
3. MARON, SAMUEL. “Fisicoquímica Fundamental” Traducido del inglés, primera edición, por Francisco Paniagua, Editorial Limusa, México 1978.
4.
PIERCE, JAMES. “Química de la materia” primera
edición, editorial, México 1973
5.
http://student.plattsburgh.edu/clar1838/CHE112/time_keeper.htm