Propiedades cinéticas

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1. OBJETIVOS
1.1. Generales
1.1.1. Determinar experimentalmente la expresión para la velocidad de reacción y los parámetros cinéticos para la descomposición del peróxido de hidrógeno. 1.1.2. Observar experimentalmente el efecto que producen en la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno la adición de yoduro de potasio en ambiente neutro. 1.1.3. Analizar el efecto de latemperatura en la velocidad de reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno. 1.1.4. Obtener la energía de activación y el factor de frecuencia para las reacciones involucradas en la adición del yoduro de potasio en la descomposición del peróxido de hidrógeno.

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2. TEORÍA
El peróxido de hidrógeno, más conocido como agua oxigenada, es un compuesto químico que se caracteriza por su alto poderoxidante y elevada polaridad. Es un líquido incoloro a temperatura ambiente. Al ser un poderoso oxidante puede producir combustión espontánea si se le pone en contacto con materia orgánica o ciertos metales.

Existen 2 métodos para obtener y/o producir peróxido de hidrógeno: el primero, que es el más antiguo y costoso, es la oxidación electrolítica del ácido sulfúrico para formar ácidoperoxodisulfúrico, el cual se hidroliza para así obtener peróxido de hidrógeno. Finalmente por destilación fraccionada puede obtenerse una solución del producto deseado de 90% a 98% v/v. Las reacciones químicas involucradas en este proceso son las siguientes:

Ec. 2.1 Ec. 2.2 Ec. 2.3

El segundo método consiste en la autooxidación de un antraquinol, como el 2etilantraquinol. El peróxido de hidrógenoobtenido por este procedimiento se encuentra en solución acuosa al 20%. La reacción química que describe esta producción es la siguiente:

Ec. 2.4

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El peróxido de hidrógeno se descompone rápidamente debido a su inestabilidad, formando agua y oxígeno. Esta reacción es muy exotérmica, la cual se representa a continuación:

Ec. 2.5

Ahora, en presencia de sales, como el yoduro depotasio, la reacción se acelera ya que este compuesto actúa como un catalizador. Las reacciones químicas que se producen en la descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia de yoduro de potasio son las siguientes:

Ec. 2.6 Ec. 2.7

Para estudiar la cinética de estas reacciones se utilizará la siguiente nomenclatura:

La velocidad de reacción con respecto al peróxido de hidrógeno quedaexpresada por:

Ec. 2.8

Ahora, aplicando la teoría del estado estacionario al intermediario C, nos queda:

Ec. 2.9

De la ecuación 2.9 se obtiene una expresión para

:

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Ec. 2.10

Reemplazando la ecuación 2.10 en la ecuación 2.8 se obtiene:

Ec. 2.11

Definiendo

y reemplazándola en la ecuación 2.11 se obtiene:

Ec. 2.12

Ahora, considerando en el modelo la reacción dedescomposición espontánea del peróxido de hidrógeno con una constante se obtiene:

Ec. 2.13

Integrando la ecuación 2.13 y considerando que la concentración del catalizador no cambia durante el tiempo se obtiene:

Ec. 2.14

Ahora, definiendo obtiene:

y reemplazándolo en la ecuación 2.14 se

Ec. 2.15

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Es posible calcular experimentalmente el valor de corridas experimentales ygraficando distintos valores de catalizador. De dicho gráfico se obtienen los valores de el origen y de la pendiente respectivamente. Finalmente usando los valores experimentales de

, realizando varias versus concentración del a partir de la ordenada en

y aplicando la ecuación de

Arrhenius se pueden determinar tanto como el factor de colisión y la energía de activación.
⁄

Ec. 2.16

Parapoder obtener todos los parámetros a determinar, primeramente de deben calcular los moles de oxígeno para cada volumen medido utilizando la siguiente ecuación:

Ec. 2.17

La presión puede considerarse igual a la presión atmosférica. Luego se calculan los moles de peróxido de hidrógeno usando la expresión siguiente:

Ec. 2.18

Si la densidad permanece constante, es posible calcular CA...