Indice
1.
Introducción.
2. Ecuaciones que rigen el
sistema [1]
3. Método
4.
Conclusiones
5. Referencias
1. Introducción.
Zn(S) + 2HCl(l) à ZnCl2 +
H2(g)
Para cuantificar el progreso de una
reacción química, es necesario
medir la velocidad de
la reacción; éste es el cambio de la
concentración de los reactantes o los productos con
el tiempo.
Hay varios factores que influyen en las proporciones de las
reacciones
químicas y su velocidad de reacción,
acelerándolos o reduciéndolos. Hay cinco factores
principales que pueden causar esto:
- La Naturaleza
Química de Reactantes - El estado de
reactantes y su habilidad para encontrarse - La concentración de reactantes
- La temperatura
del sistema - La presencia de un catalizador
En el presente estudio no se usaran catalizadores y se
considerará el numeral uno, dos y cuatro
constantes.
2. Ecuaciones que
rigen el sistema [1]
La velocidad de una ecuación química puede
expresarse como:
Tomando como base los tiempos de vida media de la
reacción:
Zn(S) + 2HCl(l) à ZnCl2 +
H2(g)
sea
CA=[HCl], mol/l y CB=[Zn], mol/l
tenemos que:
se cumple que para los reactantes
integrando para obtenemos:
y definiendo el periodo medio de la reacción,
como el tiempo
necesario para que la concentración inicial de los
reactantes se reduzca a la mitad, resulta que:
que equivale a
graficamos vs de la
cual debemos obtener una recta de pendiente .
Este estudio, solo dependerá de la
concentración del ácido Clorhídrico. La masa
del Zinc usada fue de 577.5 mg (8.8 mmol) y solo se varió
la concentración del ácido Clorhídrico
manteniéndose constante la masa (17.6 mmol) con lo cual se
garantiza la relación estequiométrica Zn:HCL de
1:2.
Por ser una reacción heterogénea, los
reactantes solo pueden encontrarse en la interface
sólido/líquido. El área de la superficie de
contacto de estas interfaces es importante y determina
drásticamente la velocidad de la reacción. Sin
embargo asumiremos esta relación constante.
Para llegar a una expresión para la velocidad de
reacción, es necesario saber el cambio en la
concentración de un reactante o producto,
relacionado con un periodo de tiempo moderado. Por ejemplo,
nuestra reacción produce burbujas de gas Hidrogeno,
como:
Zn(s) + 2HCl(l) à ZnCl2 +
H2(g)
Es posible cuantificar el gas desplazado en
un periodo de tiempo. Aunque , ésta no es una
expresión exacta para la velocidad de la reacción,
nos permite comparar las velocidades bajo condiciones
diferentes.
Se emplearon métodos
indirectos para medir la concentración de los reactivos,
en el cual él Hidrógeno producido se calculó
por el volumen de
agua
desplazada y teniendo en cuanta el factor de compresión
del sistema se correlacionaremos los datos con este y
se calculó la concentración del HCl para cada
tiempo de reacción.
Análisis de datos y conclusiones
Experiencia 1
Tabla de Datos obtenidas para 577.5 mg de Zn y 2.94 ml de HCl
6M
H2 | Tiempo | Vcorregido | H2 | [ HCl ] |
ml | s | ml | mmol | mol/l |
0 | 0 | 0 | 0 | 6 |
30 | 18 | 44,1 | 1,53 | 4,96 |
50 | 62 | 73,5 | 2,56 | 4,26 |
70 | 144 | 102,9 | 3,58 | 3,56 |
80 | 209 | 117,6 | 4,09 | 3,22 |
120 | 656 | 176,4 | 6,14 | 1,82 |
135 | 1127 | 198,45 | 6,91 | 1,3 |
140 | 1305 | 205,8 | 7,16 | 1,13 |
150 | 1581 | 220,5 | 7,67 | 0,78 |
Experiencia 1:
Gráfica de datos obtenidos
[hcl ] vs tiempo
Experiencia 2
Tabla de Datos obtenidas para 577.5 mg de Zn y 2.35 ml de HCl
7.5M
H2 | Tiempo | Vcorregido | H2 | [ HCl ] |
ml | s | ml | mmol | mol/l |
0 | 0 | 0 | 0 | 7,5 |
10 | 7 | 14,7 | 0,51 | 5,65 |
20 | 22 | 29,4 | 1,02 | 5,3 |
30 | 42 | 44,1 | 1,53 | 4,96 |
40 | 66 | 58,8 | 2,05 | 4,61 |
60 | 151 | 88,2 | 3,07 | 3,91 |
Experiencia 2
Gráfica de datos obtenidos
[hcl ] vs tiempo
Experiencia 3
Tabla de Datos obtenidas para 577.5 mg de Zn y 1.96 ml de HCl
9M
H2 | Tiempo | Vcorregido | H2 | [ HCl ] |
ml | s | ml | mmol | mol/l |
0 | 0 | 0 | 0 | 9 |
20 | 2 | 29,4 | 1,02 | 5,3 |
50 | 7 | 73,5 | 2,56 | 4,26 |
60 | 12 | 88,2 | 3,07 | 3,91 |
70 | 26 | 102,9 | 3,58 | 3,56 |
80 | 65 | 117,6 | 4,09 | 3,22 |
100 | 265 | 147 | 5,12 | 2,52 |
120 | 668 | 176,4 | 6,14 | 1,82 |
Experiencia 3
Grafica de datos obtenidos
[HCl ] VS TIEMPO
Tratamiento De Datos
relacionados con el tiempo de vida media de la
reacción
[HCl] mol/l | Tiempo ½ s | Ln [HCl] | Ln t1/2 |
6,0 | 272 | 1,79 | 5,61 |
7,5 | 171 | 2,01 | 5,14 |
9,0 | 5 | 2,20 | 1,61 |
Grafica De Ln De Las Concentraciones Vs Ln Tiempo De
Vida Media
Del análisis gráfico obtenemos que.
El orden de la reacción es igual a
La ecuación de velocidad está definida
por:
y la ley de velocidad
resulta en:
La ecuación obtenida no se correlaciona con los
datos registrados en los experimentos,
tanto el orden como la constante de velocidad no son reales; pues
una reacción que tiende hacia los productos no puede tener
una constante tan baja; el orden de la reacción tampoco
corresponde pues no se encontró similitud con los datos
obtenidos.
Estos resultados se deben básicamente al diseño
del experimento; las posibles fallas pueden deberse a:
- El problema principal en la toma de los datos fue la
dificultada de recolectar el Hidrogeno en el cilindro para la
medición y cronometrarlo con
precisión, - pureza de los reactivos,
- deficiente control de
la temperatura ya que esta es una reacción
exotérmica y debido a esto el factor de
compresión y la constante de velocidad pudieron haber
cambiado. - Se asumio un factor de compresion constante que
probablemente no lo era.
Sugerencias:
Se sugiere el empleo de un
baño termostatado y en cambio de recolectar indirectamente
el agua, se
debería conectar un transductor de presión
diferencial p.e. Omega PX185-005G5V. Este transductor produce 5V
(nominal) con una presion diferencial de 5 psi. Requiere una
fuente de 9V DC. [3]
que registre los cambios de presión asociado a un
temporizador, siendo así mas real y directa la
medida.
[1]LEVENSPIEL, GUSTAVE. Ingenieria Química de las
reacciones.
[2] http://isu.indstate.edu/ahalpern/labman/exp26.html
[3] OMEGA ENGINEERING CORPORATION
P.O., BOX 4047
STAMFORD, CT 06907-0047
(800) 826-6342
Autor:
Nhilson Vallejo V.
Carol B. Naranjo O.