Preparación de un catalizador

OBJETIVO:

El alumno preparará un catalizador
homogéneo a varias concentraciones y estudiará sus
efectos en una reacción específica.

INTRODUCCION:

La catálisis homogénea en fase
líquida más importante es la catálisis
ácido-base. Un número considerable de reacciones
químicas están catalizadas por ácidos y
bases. Cuando se da esta catálisis en solución
acuosa, los efectos más importantes son los provocados por
los iones hidronio o hidroxilo de la solución. Si estos
son los únicos efectos, es decir, si estos dos tipos de
iones son los únicos catalizadores efectivos presentes, la
catálisis ácido-base se denomina
específica.

Si estas reacciones se llevan a cabo en un medio
ácido fuerte, la concentración de iones hidroxilo
resulta tan insignificante que dejan de ejercer una acción
catalítica apreciable, con lo que el único
catalizador efectivo es el ión hidronio. Así pues,
la ecuación de velocidad en este caso queda:

Donde kH es la constante catalítica para estos
iones. De forma semejante, en soluciones muy básicas la
única especie catalítica eficaz son los iones
hidroxilo, con lo que en este caso la correspondiente
ecuación de velocidad resultaría igual
a:

Donde OH – k es la constante
catalítica para estos iones. El valor de las constantes
catalíticas se puede determinar midiendo las velocidades
en soluciones ácidas y/o básicas a varias
concentraciones de iones H3O+ y/o OH- y de S
(sustrato).

En el caso general en el que la catálisis puedan
efectuarla simultáneamente los iones hidronio e hidroxilo,
y en que la reacción pueda ocurrir también
espontáneamente (en ausencia de catalizador alguno), su
constante de velocidad de primer orden, v/ [S]
sería

Una representación del logaritmo de la constante
de velocidad frente al pH de la solución aparece recogida
en la figura 24-2, observándose regiones de
catálisis por iones hidronio e hidroxilo, separadas por
una región en la que la proporción de
catálisis es despreciable frente a la reacción
espontánea. A concentraciones ácidas
suficientemente altas,

Con lo que

Así, en una disolución suficientemente
ácida la representación de log k frente al pH es
una línea recta de pendiente -1. De forma análoga,
en una disolución suficientemente básica de donde:

Con lo que la correspondiente representación log
k frente al pH es una línea recta de pendiente igual a +
1.

La velocidad en la región intermedia es igual a
k0 [S] y k0 se puede determinar directamente a partir de la
velocidad en esta zona. Si la velocidad de la reacción
espontánea es suficientemente pequeña, la parte
horizontal de la curva no aparece y los dos limbos se insertan
bruscamente. Si bien kH o kOH son despreciables, los limbos
correspondientes de la curva no aparecen.

La catálisis ácido-base implica la
transferencia de un protón a o desde una molécula
de sustrato. Por ello, es de esperar que esta catálisis
pueda también verse afectada por otros ácidos y
bases distintos de H3O+ y OH-. Este hecho se ha podido comprobar
experimentalmente y entonces la catálisis
ácido-base se denomina general.

Supongamos que en la solución hay un ácido
HA, su base conjugada A-, los iones hidronio e hidroxilo, la
constante de velocidad en este caso general podrá tener la
forma

En un caso experimental como este habría que
calcular cinco constantes, lo cual puede hacerse variando
sistemáticamente las concentraciones de las
especies.

Presencia de un catalizador

Los catalizadores (La sustancia que acelera o retarda un
proceso químico) aumentan la rapidez de una
reacción sin transformarla, además empeoran la
selectividad del proceso, aumentando la obtención de
productos no deseados. La forma de acción de los mismos es
modificando el mecanismo de reacción, empleando pasos
elementales con mayor o menor energía de
activación.

Existen catalizadores homogéneos, que se
encuentran en la misma fase que los reactivos (por ejemplo, el
hierro III en la descomposición del peróxido de
hidrógeno) y catalizadores heterogéneos, que se
encuentran en distinta fase (por ejemplo la malla de platino en
las reacciones de hidrogenación).

Los catalizadores también pueden llegar a
retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen
conocer como inhibidores.

Existen ciertas sustancias llamadas promotoras, que no
tienen capacidad catalítica en sí, pero aumentan la
eficacia de los catalizadores. Por otra parte, los materiales que
reducen la eficacia de un catalizador se denominan
venenos.

A medida que la reacción tiene lugar, disminuye
la concentración de los reactivos según se van
agotando. Del mismo modo, la velocidad de la reacción
también decrece. Al mismo tiempo aumentan las
concentraciones de los productos, tendiendo a colisionar unos con
otros para volver a formar los reactivos. Por último, la
disminución de la velocidad de la reacción directa
se equipara al incremento de la velocidad de la reacción
inversa, y cesa todo cambio. El sistema está entonces en
"equilibrio químico", en el que las reacciones directa e
inversa tienen lugar a la misma velocidad.

MATERIAL REACTIVOS

6 tubos de ensaye de 29 x 200mm 0.1 M

1 Pipeta graduada de 10 ml KI 0.1 M

1 vaso de precipitado de 100 ml 0.1 M

1 termómetro Almidón soluble 0.2
M

1 cronometro Agua destilada

1 pizeta Sulfato ferroso

DESARROLLO

Elaboración del catalizador

• a) Preparar la solución de FeSO4 7H20
  (250 ml) a:

• I. 10-4 molar = 0.0001 mol/lt.

• II. 10-3 molar = 0.001 mol/lt.

• III. 10-2 molar = 0.01 mol/lt.

• b) Determine el tiempo de la reacción a
  temperatura ambiente en cada tubo y anote sus
  resultados.

Pasos:

• 1. Tomar 6 tubos de ensaye, numerarlos y verter
  las soluciones según se indica en la siguiente
  tabla:

• 2. Tapar cada uno de los tubos con un
  tapón de hule y agitarlos.

• 3. Tomar el tubo (1) y agregar
  rápidamente 6 ml de 0.1 M y al mismo tiempo accionar el
  cronometro. Tapar de nuevo el tubo y agitarlo. Parar el
  cronometro cuando aparezca un color azul. Anotar el tiempo de
  reacción y la temperatura a la cual se llevo a cabo el
  experimento.

• 4. Repetir el mismo procedimiento con los tubos
  del (2) al (6).

DIAGRAMA DE FLUJO: Efecto del
catalizador

CALCULOS Y
RESULTADOS

Efecto del catalizador Temp. Ambiente.

• Solución de FeSO4 a 1×10-4 molar

• Solución de FeSO4 a 3×10-3 molar

• Solución de FeSO4 a 3×10-2 molar

• Solución de FeSO4 a 3×10-4 molar

DISCUSION DE
RESULTADOS

Se puede discutir que a mayor concentración del
catalizador es mayor la velocidad de la reacción. Como se
puede observar y comparar en las siguientes
gráficas.

OBSERAVACIONES

Esta práctica ya se había hecho pero no
salieron bien los resultados debido a que el almidón
estaba muy viejo, otra de las diferencias que hubo fue que esta
vez se compararon diferentes concentraciones del catalizador para
así poderla comparar con respecto al tiempo.

CONCLUSIONES

En esta práctica me divertí mucho porque
se me hizo muy interesante observar los efectos que tienen la
concentración y sobre todo el catalizador a diferentes
concentraciones de sulfato ferroso sobre la velocidad de
reacción y obtener los resultados satisfactorios creo que
fue una buena práctica.

BIBLIOGRAFÍA

• web.usal.es/~jmcsil/biblioteca/fisicoquimica/capitulo24/parte1.pdf

• books.google.com.mx/books?isbn=8429150021

• bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/…/sec_6.htm

• Ira N. Levine; Mc. Graw-Hill;
  "Fisicoquímica", vol. 2; 5ª edición en
  español. Págs. Consultadas 660 – 663, 719
  – 723

• Joseph Nordman, "Análisis Cualitativo y
  Química Orgánica", Editorial Continental, S.
  A.

• Skoog-Host, "Fundamentos de Química
  Analítica", Editorial Reverte, S. A.

Autor:

Asneydi Madrigal Castro

SEP SES DGET

INSTITUTO TECNOLOGICO DE
JIQUILPAN

REPORTE DE LA PRÁCTICA Nº5 DE
CINETICA QUIMICA Y BIOLOGICA

ALUMNA: MIREYA

JIQUILPAN, MICHOACAN A 22 de Abril del
2010.

PARACTICA 5