Laboratorio N1CINETICA DE LA REACCION DE SOLVOLISIS DEL CLORURO DE TERBUTILO

Autores: Curso: Laboratorio de Fsico-Qumica IIFecha entrega: 01/05/2014

ndice

ndice2I.- Resumen2II.- Introduccin3III.- Materiales y Mtodos41-Materiales4Metodologa6a) Orden de Reaccin6b) Energa de Activacin6IV.- Resultados y Discusin7a)Orden de Reaccin7b)Energa de Activacin9V.- Conclusiones12VI.- Bibliografa o Referencias13

I.- Resumen

En el siguiente informe se pretende demostrar el clculo de la velocidad de reaccin, el orden de la reaccin y la ecuacin de Arrhenius mediante el experimento de la solvlisis del cloruro de terbutilo. La velocidad de reaccin (k) se determin por la cantidad de moles de cloruro de terbutilo que reaccion con la solucin de NaOH formando moles de HCl, para ello se realizaron 6 muestras donde vari concentracin de NaOH, manteniendo constante la temperatura. Se observ que a distintas concentraciones, el tiempo de reaccin fue variando. Mientras mayor sea la cantidad de NaOH, mayor es el tiempo en generar HCl. Haciendo una regresin lineal de los datos obtenidos (ln((CH3)3Cl) vs tiempo), se obtiene la constante de velocidad (k) y el coeficiente de correlacin (R2), dando como resultado:

Siendo este ltimo, un parmetro que indica un notable error en el experimento, ya que el coeficiente de correlacin debe ser cercano a 1, puesto que la reaccin es de primer orden. Se asumen errores experimentales (mal conteo de tiempo y/o error en la elaboracin de las muestras).Se realiz un segundo experimento, con el objetivo de encontrar los valores de la energa de activacin (E) y el factor de frecuencia (A) de la ecuacin de Arrhenius y la linealizacin de esta, para ello se realizaron 5 muestras a la misma concentracin, pero a distintas temperaturas, dando como resultado:

II.- IntroduccinEn esta prctica se estudiar el comportamiento cintico de una reaccin de solvlisis de cloruro de terbutilo de la siguiente manera:

Es una reaccin de sustitucin se denomina SN1 debido a que el paso determinante es unimolecular, por lo cual se comprobar experimentalmente mediante una ecuacin de velocidad integrada de primer orden:

y adems se determinar la constante de velocidad de la reaccin utilizando la ecuacin de Arrhenius y sus respectivos parmetros (energa de activacin, y factor de frecuencia) para la reaccin estudiada:

Dnde:

K=Constante de velocidad de reaccin Ko=Factor de frecuencia E=Energa de activacin R=Constante universal de los gases T=Temperatura (K)De esta forma se desarrollar el experimento usando una solucin bsica la cual al reaccionar y formar una determinada cantidad de un compuesto cido cambiar de color gracias a un indicador cido-base (indicador azul de bromofenol), lo cual ser estudiado a medida pasa el tiempo.

III.- Materiales y Mtodos1- Materiales Para realizar la solvolisis del cloruro de terbutilo, se emplearon los siguientes materiales:Reactivos: Solucin de NaOH 0,1 M Solucin de Cloruro de Terbutilo en acetona ((CH3)3CCl) 0,1 M Solucin de indicador azul de bromofenol (C19H10Br4O5S ) al 1%

Otros materiales: Agua destilada 6 matraz de Erlenmeyer de 25mL Pipeta volumtrica 3 mL Pipeta graduada 10 mL Pipeta graduada 1 mL Propipeta Cronmetro Termmetro Gafas de seguridad, Guantes y delantal

Metodologa a) Orden de Reaccin1. Se prepar 6 muestras de 7 mL cada una en distintos matraces con solucin de agua y NaOH a diferentes proporciones, como se indica en la siguiente tabla:

Tabla 1 - Composicin de cada muestra

MuestraNaOH (mL)H2O (mL)

10,16,9

20,26,8

30,36,7

40,46,6

50,56,5

60,66,4

Las medidas de agua destilada fueron tomadas con una pipeta volumtrica de 10 mL, y la cantidad de NaOH se midi con una pipeta volumtrica de 1 mL.2. A cada muestra se aadi 3 gotas de Azul de bromofenol3. Las muestras se ambientaron durante 5 minutos, bajo campana de seguridad, alcanzando la temperatura de 25 (temperatura ambiente)4. Se agreg con pipeta volumtrica, 3mL de solucin de cloruro de terbutilo en acetona a cada muestra. Desde el momento que cae la primera gota se comenz a cronometrar el tiempo de reaccin, agitando constantemente el matraz.5. Se detuvo el tiempo en el momento en que la muestra cambi de color, desde un azul purpura a un color amarillo.

b) Energa de ActivacinPara este experimento se utiliz muestras con la misma concentracin, pero en diferentes temperaturas, 5 ambientes distintos, en este caso se realiz en agua de la llave corriendo. Para efectos de clculo el experimento se realiz dos veces.1. Se tom dos muestras iguales en cantidad de solucin, con 0,2 mL de NaOH, 6,8 mL de agua y 3 gotas de Azul de bromofenol , en matraces de Erlenmeyer de 25 mL2. Cada muestra se ambient durante 5 minutos en agua de la llave corriendo.3. Se midi la temperatura, resultando la temperatura de las muestras igual a la temperatura del agua corriendo (15)4. Se agreg 3 mL de cloruro de terbutilo y se cronometr el tiempo de cada muestra hasta observar un cambio de color (amarillo), agitando continuamente la solucin.

IV.- Resultados y Discusina) Orden de ReaccinA continuacin se presenta en detalle la composicin volumtrica de cada solucin y el volumen total de cada una de stas, adems del tiempo cronometrado en que se demora cada solucin en cambiar de color, posterior a agregar el cloruro de terbutilo.Tabla 2 - Composicin de soluciones, y tiempo de reaccin de cada muestraMuestra123456

NaOH(mL)0,10,20,30,40,50,6

H2O(mL)6,96,86,76,66,56,4

(CH3)3Cl (mL)333333

Total solucin (mL)101010101010

Tiempo (s)27,4734,0670,4790,32115,36104,03

Es claramente visible un aumento en el tiempo, el cual resulta proporcional al aumento de hidrxido de sodio en la solucin.En la experiencia se utiliz una solucin de NaOH 0,1M y una solucin de cloruro de terbutilo (CH3)3Cl 0,1M, ste ltimo dato ser fundamental para el clculo de la concentracin inicial de ste.

La concentracin inicial resultante del cloruro de terbutilo en solucin calculada resulta ser la misma para las 6 muestras examinadas.La concentracin de NaOH se encuentra en proporcin con el HCl, ya que se neutralizan el uno al otro en solucin mientras ste ltimo se forma al reaccionar el cloruro de terbutilo en conjunto con el agua. La concentracin del cido clorhdrico resultar ser diferente para cada una de las muestras (debido a que las concentraciones para cada una de stas cambian) pero se calcular de la misma forma anterior.

Luego, para poder determinar la concentracin final del cloruro de terbutilo es cosa de restar la concentracin inicial de ste con el cido clorhdrico.

A continuacin se detallan los clculos previamente especificados, para cada una de las muestras.Tabla 3 - Concentraciones de reactantes y productos de cada muestraMuestra123456

[NaOH] (M)0,10,20,30,40,50,6

[HCl] (M)0,0010,0020,0030,0040,0050,006

[(CH3)3Cl]i (M)0,030,030,030,030,030,03

[(CH3)3Cl]f (M)0,0290,0280,0270,0260,0250,024

Se realiza un grfico del coeficiente de concentraciones vs el tiempo de reaccinTabla 4 - logaritmo natural de concentracin de en tiempo "i" sobre concentracin inicialMuestra123456

-0,0339-0,0690-0,1054-0,1431-0,1823-0,2231

Tiempo (s)27,4734,0670,4790,32115,36104,03

Grfico 1 logaritmo natural de (CH3)3Cl vs tiempo

Para el tratamiento de stos datos, asumimos que la cintica es de primer orden, cuya ecuacin de velocidad es:

1. La constante de velocidad k corresponde a la pendiente del grfico 1, la que es con signo negativo, ya que el cloruro de terbutilo est siendo consumido.-m= k= 0,0018El intercepto, o b de la ecuacin a partir de la linealizacin corresponde a b= ln((CH3)3Cl)i= 0,0085 [(CH3)3Cl]i= 0,99154Este resultado no se asimila en nada al determinado anteriormente para la concentracin inicial del cloruro de terbutilo. En esta diferencia de resultados se debe a errores experimentales, tales como la no exactitud de los volmenes pedidos y la mal medicin del tiempo en que la reaccin ocurriera completamente.

c) Energa de Activacin

A continuacin se presentan los datos experimentales:Tabla 5 - Temperatura y tiempo de reaccinTemperatura y tiempo de reaccin

Temperatura (C)Tiempo que demora en reaccionar (s)Tiempo promedio que demora en reaccionar (s)

0126021001680

15247253250

2534.06-34.06

3023.6824.4624.07

3516.5016.6316.515

Para calcular la constante de reaccin (k) a distintas temperaturas, se emple la siguiente ecuacin:

Como en el experimento a) Orden de reaccin la muestra 2, tiene las mismas cantidades que las muestras de este experimento, se calcula la constante con las concentraciones obtenidas de la experiencia anterior.

Tabla 6 - Constante de velocidad y clculos previos.A partir de la tabla 3, se procede a graficar

Grfico 2 - Ln(k) vs 1/T

De la regresin lineal realizada en el grafico N1, se obtiene la pendiente y el coeficiente de correlacin.

m= -9810,2n= 26,385Estos resultados se comparan con la ecuacin de Arrhenius, donde se define la constante de velocidad k, como:

Dnde:

Linealizando la ecuacin de Arrhenius se obtiene:

La regresin lineal obtenida del grafico 2, cumple con la ecuacin linealizada de Arrhenius, de donde obtenemos la Energa de activacin y el factor de frecuencia.

V.- Conclusiones

De acuerdo a la primera experiencia, se determina que el tiempo de reaccin aumenta a medida que aumentan las concentraciones de NaOH en las distintas soluciones, adems se calcula la constante de velocidad k, pero no se puede relacionar los datos experimentales y tericos debido a un error significativo en las mediciones de tiempo, por lo cual se debe repetir la parte experimental para poder acercarse ms a un valor esperado que relacione la velocidad de reaccin junto a las concentraciones. Se logr determinar la energa de activacin y el factor de frecuencia, ya logrado esto se le da sentido a lo visto en laboratorio, que la velocidad de reaccin es sensible a la temperatura. En el caso de lo desarrollado en clase, cuando la experiencia con el cloruro de terbutilo se realiz bajo la llave de agua a temperaturas bajo la ambiental se not tangiblemente que la reaccin se demor bastante ms, lo que es posible explicar ahora que se relacion la cintica de la reaccin con la temperatura a la que se encuentra la solucin. Todo esto se puede reflejar en la ecuacin de Arrhenius, ya que al disminuir la temperatura menos molculas en la mezcla van a tener oportunidad de reaccionar, debido a la energa de activacin, por ende la velocidad cintica a su vez resulta ser menor. En conclusin, el propsito de relacionar lo terico con lo experimental de manera muy susceptible.

VI.- Bibliografa o Referencias

1.-Gua n1 de laboratorio, Fsico Qumica II.2.- Ira N. Levine, Fsico qumica, tercera edicin, editorial McGraw-Hill, 1991, Espaa, pginas: 607-608, 630-632.3.-Apuntes del curso, Fsico Qumica II, 2014.

Hoja1

T(C)T(K)tiempo (S)k(s^-1)1/T (K^-1)ln(k)0273.1516804.1065E-050.0037-10.100315288.152502.7596E-040.0035-8.195325298.1534.062.0255E-030.0034-6.201930303.1524.072.8662E-030.0033-5.854835308.1516.5154.1774E-030.0032-5.4781