Cinética química: determinación de la constante de velocidad de reacción de la hidrólisis del cloruro de ter-butilo
Objetivo
El alumno aprenderá a comprobar
experimentalmente el mecanismo de una reacción SN1
mediante la determinación gráfica del orden y la
constante de velocidad de una ecuación de 1er
orden
Reacción
Material
Matraz aforado 100 ml 1
Matraz Erlenmeyer 50 ml 1
Embudo de separación
c/tapón 1Matraz pera de una boca 50 ml
1Porta-termómetro 1
"T" de destilación 1
Recipiente de peltre 1
Refrigerante c/mangueras 1
Termómetro -10 a 400o C.
1Colector 1
Vaso de precipitados 250 ml
1Probeta graduada 25 ml 1
Matraz aforado 100 ml 1
Matraz Erlenmeyer 50 ml 1
Pipeta volumétrica 10 ml
1Pipeta volumétrica 1 ml
1Bureta graduada 50 ml 1
Matraces Erlenmeyer 125 ml 1
Embudo de filtración
rápida 1Pinzas de tres dedos c/nuez
1Espátula 1
Propipeta (adaptador con jeringa)
1
Resistencia eléctrica 1
Tapon de corcho (#5) 1
Sustancias
Alcohol terbutílico 6
mlSol de carbonato de sodio al 10% 10
mlEtanol 96º R.A. 70 ml
Agua destilada 40 ml
Ácido clorhídrico conc.
18 mlSulfato de sodio anhidro 1 g
Fenoftaleína 0.1g
Cloruro de calcio 2 g
Hidróxido de sodio 0.05 N 10
ml
Información
a) Una reacción química
comprende la conversión de reactivos a
productos.
b) Las reacciones pueden ser bimoleculares
o unimoleculares.
c) Un mecanismo de reacción es la
descripción paso por paso, del proceso que ocurre cuando
los reactivos se convierten a productos.
d) La cinética de las reacciones se
refiere al estudio detallado de la velocidad de las reacciones
químicas. Permite estudiar un mecanismo, ya que
proporciona una medida de las velocidades de reacción, y
una indicación sobre el número y la naturaleza de
las moléculas que intervienen en la reacción. Los
experimentos se llevan a cabo a temperaturas y concentraciones de
reactivos controladas con precisión. Conforme transcurre
la reacción se pueden determinar la disminución o
el aumento de un reactivo o producto en función del tiempo
transcurrido.
e) La interpretación de los
resultados experimentales, junto con una expresión
matemática, conduce a una mejor comprensión de los
mecanismos de reacción.
Procedimiento
a) Obtención de cloruro de
ter-butilo.
Coloque en un matraz erlenmeyer de 125 ml
con tapón: 6 ml de terbutanol, 18 ml de ácido
clorhídrico, 2.0 g de cloruro de calcio y mézclelos
con agitación vigorosa durante 15 minutos. Transfiera el
contenido del matraz a un embudo de separación, deje
reposar hasta la separación de fases, elimine la capa
inferior (Nota 1), lave dos veces el cloruro de ter-butilo
formado con una solución de carbonato de sodio al 10% (5
ml cada vez) (Nota 2). Seque el cloruro de ter-butilo con sulfato
de sodio anhídro y purifíquelo por
destilación simple (Nota 3). Recoja la fracción que
destila entre 42-45o C.
b) Determinación de la constante de
velocidad de la hidrólisis del cloruro de
ter-butilo.
Coloque 1 ml de cloruro de ter-butilo,
recién destilado y seco, en un matraz aforado de 100 ml
(Nota 4), afore con una mezcla de etanol / agua 77:33 (utilice
alcohol de 96o y agua destilada, nota 5).
Mezcle y empiece a contar el tiempo
(Nota 6). Espere dos minutos, tome una alícuota de 10
ml y titule con NaOH 0.05 N, use fenoftaleína como
indicador
Nota 7). A los 12 minutos de haber
hecho la mezcla, realice otra titulación, hasta hacer un
total de 8-9 titulaciones.
calculos
Calcule "K" para distintos valores de "t"
con la siguiente formula:
K= 2.3 log a(a-x) 1t
a= concentración inicial de cloruro
de ter-butilo en moles/l
=1 ml x 0.85 (dens. t-BuCl) x 10/92.5 (PM
t-BuCl)=0.092 mol/l
x= Vol. NaOH x Norm./10
= mol/l de cloruro de ter-butilo
transformado en el tiempo t.
Para encontrar el valor de "K" por el
método gráfico, construya la siguiente
gráfica, cuya pendiente es igual a m=(Y2-Y1)/(X2-X1) y nos
da el valor de K= 2.3 m.
Formule conclusiones de acuerdo a sus datos
experimentales.
Notas
1.- La fase inferior corresponde al HCl
residual.
2.- Durante los lavados el cloruro de
ter-butilo queda en la fase superior. Consulte la densidad del
cloruro de ter-butilo.
3.- Use un sistema de destilación
sencilla, caliente el matraz sumergido en un baño
maría. Reciba el destilado en un matraz con un baño
de hielo.
4.- Para obtener datos correctos se
necesita que el material empleado esté limpio y
seco.
5.- Se usa esta proporción, porque
cuando se mezcla el etanol con el agua, hay una
contracción del volumen total.
6.- Desde el momento que agrega la mezcla
de etanol-agua empiece a contar el tiempo de dos minutos para
hacer la 1a. titulación.
7.- Utilice 1 ó 2 gotas de
fenoftaleína. El punto final de la titulación es
cuando se produce el vire al color rosa tenue y este persiste por
un minuto.
Antecedentes
1.- Cinética
Química
2.- Expresión de la velocidad de una
reacción
3.- Orden de reacción
4.- Influencia de la concentración
de los reactivos en la velocidad de una
reacción.
5.- Ecuación cinética para
una reacción de 1er. orden.
6.- Determinación gráfica del
orden y constante de la velocidad para una ecuación de
primer orden.
7.- Efecto de la temperatura en la
velocidad de una reacción.
8.- Teoría de la colisión,
del estado de transición.
9.- Mecanismo de obtención de
cloruro de ter-butilo.
10.- Ecuación SN1: Mecanismo y
cinética de la hidrólisis del cloruro de
ter-butilo.
11.- Propiedades físicas,
químicas y toxicidad de reactivos y productos.
Cuestionario
1.- Con base a los datos experimentales
¿cuál es el orden de la reacción?
2.- De acuerdo a este orden;
¿cuál es el mecanismo de la reacción de
hidrólisis?
3- ¿Qué será necesario
hacer antes de desechar al drenaje los residuos de la
reacción de obtención del cloruro de ter-butilo que
contienen agua, cloruro de calcio y ter-butanol?
4- ¿Qué precauciones debe
tener al trabajar con ácido clorhídrico
concentrado?
5.- Asigne las bandas principales presentes
en los espectros de I.R. a los grupos funcionales de reactivos y
productos
Espectros de I.R.
Ter-butanol
Cloruro de ter-butilo
Diagramas de tratamiento
Autor:
Javier Yagami Escamilla
Davila