PRCTICA DE CINTICA QUMICA II: INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESENCIA DE UN CATALIZADOROBJETIVOSEstudiar, de forma cuantitativa, la influencia de la temperatura y la presencia de un catalizador sobre la velocidad de la reaccin redox que experimentan permanganato y oxalato en medio cido.FUNDAMENTO TERICOLa Cintica Qumica estudia dos aspectos de una reaccin qumica: la velocidad de la reaccin que mide la variacin de la concentracin de reactivos y productos con el tiempo, y el mecanismo de la reaccin para pasar de reactivos a productos.La velocidad de una reaccin se define como la disminucin de la concentracin de un reactivo o el aumento de la concentracin de un producto con el tiempo. Se expresa en trminos de la concentracin de uno de los reactivos o productos que intervienen en la reaccin, siempre como una magnitud positiva y con unidades de concentracin dividido por tiempo (M/s).La velocidad de reaccin de una reaccin qumica depende, principalmente, de los siguientes factores:- La naturaleza de las sustancias que reaccionan- La concentracin de dichas sustancias- La temperatura- La accin de catalizadoresEn cualquier estudio cintico se determina la concentracin de alguna de las especies que intervienen en la reaccin en un determinado momento a una temperatura fija. Se determina la cantidad de reactivo que queda o de producto que se forma cuando ha transcurrido cierto tiempo. Conociendo las cantidades iniciales de reactivos se calcula la variacin de la concentracin con el tiempo.Existen dos tipos de mtodos experimentales para determinar las concentraciones, conocidos como mtodo qumico y mtodo fsico:- En el mtodo qumico se retira una parte del sistema en reaccin a intervalos fijos de tiempo, para efectuar un anlisis y determinar la cantidad de reactivo o de producto, con lo cual se calcula la velocidad de reaccin.- En el mtodo fsico se mide alguna propiedad fsica de alguna especie de la reaccin que es proporcional a su concentracin, como por ejemplo la emisin o absorcin de luz, la presin de los gases, la conductividad de las disoluciones...Los mtodos fsicos son preferibles a los qumicos porque stos necesitan modificar o parar el sistema de reaccin. Sin embargo en esta prctica vamos a utilizar un mtodo qumico por su sencillez, para estudiar cinticamente la reaccinMnO4- + C2O42- + H+ Mn2+ + CO2 + H2OEn general puede decirse que la velocidad de una reaccin aumenta al elevar la temperatura (como valor medio podemos decir que un aumento de 10 grados en la temperatura duplica la velocidad de la reaccin). Esto es debido a que el aumento de temperatura incrementa la energa media y la velocidad de las molculas reaccionantes, aumentando el nmero de choques entre ellas y el nmero de molculas que alcanza o supera la energa de activacin, necesario para que el choque entre ellas sea eficaz. En 1889, Svanthe Arrhenius estableci empricamente que las constantes de velocidad de muchas reacciones varan con la temperatura segn la expresinK= Ae-Ea /RTDonde k es la constante de velocidad de la reaccin, Ea es la energa de activacin, y A es la constante de Arrhenius. Tomando logaritmos naturales en ambos miembros de la ecuacin, esta queda como:lnk= Ea/RT +lnAAs, si se representa grficamente ln k frente a 1/T aparece una lnea recta, lo que permite determinar el valor de la energa de activacin. Alternativamente, esa ecuacin puede escribirse para dos conjuntos de valores de k y de temperatura, lo que permite eliminar la constante lnA. La ecuacin resultante, denominada ecuacin de Arrhenius, es:Ln(k2/k1)= Ea/R (1/T1- 1/T2)Donde T1 y T2 son dos temperaturas en grados Kelvin, k1 y k2 son las constantes develocidad a esas temperaturas, Ea es la energa de activacin (J mol-1) y R es la constantede los gases (8,3145 J mol-1 K-1).Otra forma de acelerar una reaccin es utilizando un catalizador, que es unasustancia que proporciona una secuencia alternativa de la reaccin con una menor energade activacin, lo que permite que un mayor nmero de molculas sean capaces de superardicha energa y, por tanto, reaccionar. El catalizador participa en la reaccin qumica sinexperimentar un cambio permanente, por lo que su frmula no aparece en la reaccinqumica global, si bien se suele situar generalmente sobre la flecha de la reaccin.Existen dos tipos bsicos de catlisis, conocidos como catlisis homognea ycatlisis heterognea. En el primer caso, todos los reactivos y los productos de la reaccinestn presentes en la disolucin o en la mezcla homognea en que se desarrolla lareaccin. Este es el caso de las reacciones en medio acuoso catalizadas por un cido o porun catin de un metal de transicin. En la catlisis heterognea, la reaccin transcurre sobreuna superficie slida adecuada, de modo que los intermedios de reaccin cruciales se sitansobre la superficie, y el catalizador est en una fase distinta de la de los reactivos yproductos de la reaccin. Este es el caso de multitud de reacciones catalizadas porelementos de transicin y sus compuestos, que permanecen en estado slido durante lareaccin. En la catlisis heterognea no todos los tomos superficiales son igualmenteefectivos, denominndose posiciones activas a los tomos efectivos. En general, lacatlisis heterognea implica cuatro etapas:- adsorcin de reactivos en la superficie activa- difusin de los reactivos sobre la superficie- reaccin en una posicin activa, formndose un producto adsorbido- desorcin del productoUn tipo especial de catalizadores son las protenas conocidas como enzimas. En este caso, la sustancia que reacciona, denominada sustrato (S), se une a un enzima (E) en una determinada posicin, formando un complejo (ES), que se descompone, formndose los productos (P) y regenerndose el enzima. La velocidad de las reacciones enzimticas alcanza un mximo a una determinada temperatura (en el cuerpo humano, a 37 C). Muy por encima de ella, la estructura del enzima cambia, las posiciones activas se alteran y se pierde la actividad enzimtica.MATERIAL Y REACTIVOSMaterial Gradilla con tubos de ensayo 3 pipetas de 5 mL3 vasos de precipitados de 50 mLAgitatubosCronmetroBaos de agua a 55, 45, 35 y 25 CReactivoscido sulfrico 0,25 Mcido oxlico 1,510-3 Mcido oxlico 1,510-3 MPermanganato potsico 510-4 M

PARTE EXPERIMENTAL1. Estudio del efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reaccin (ensayos 1 a 4)En un tubo de ensayo (tubo A) se ponen 2 mL de disolucin de permanganato potsico 510-4 M y 3 mL de disolucin de cido sulfrico 0,25 M. En otro tubo de ensayo (tubo B) se ponen 5 mL de disolucin de cido oxlico 1,510-3 M. Se introducen los dos tubos en el bao de agua a 55 C y se espera unos cinco minutos hasta que las disoluciones alcancen la temperatura del bao. A continuacin, verter el contenido del tubo de cido oxlico sobre el que contiene el permanganato y a la vez poner en marcha el cronmetro; agitar la mezcla con el agitatubos (no coger el tubo con toda la mano). Medir el tiempo desde que se realiza la mezcla hasta que desaparece el color rosa del permanganato. Repetir el ensayo y verificar que no existe una gran diferencia entre las dos medidas de tiempo obtenidas.Realizar ensayos similares a 45 C, 35 C y 25 C. Realizar todos los ensayos por duplicado. En caso de discrepancia en alguno de los valores de los ensayos 1 a 4, se realizar una tercera medida.2. Estudio del efecto de un catalizador sobre la velocidad de reaccin (ensayo 5)En el ensayo 5, que tambin se realizar por duplicado, se medir el tiempo que tarda en desaparecer el permanganato desde que se produce la mezcla del contenido de dos tubos (A y B) a 45 C. En el tubo A se colocan 2 mL de permanganato potsico 510-4 M, 3 mL de cido sulfrico 0,25 M y una gota de sulfato de manganeso(II) 0,01M, y en el tubo B, 5 mL de disolucin de cido oxlico 1,510-3 M. Una vez aadidos los reactivos a la pareja de tubos, los dos tubos se introducen en el bao de agua a 45 oC y se espera unos cinco minutos hasta que las disoluciones alcancen la temperatura del bao. A continuacin, se vierte el contenido del tubo de cido oxlico sobre el que contiene el permanganato y a la vez se pone en marcha el cronmetro; agitar la mezcla con el agitatubos (no coger el tubo con toda la mano). Medir el tiempo desde que se realiza la mezcla hasta que desaparece elcolor rosa del permanganato. Repetir el ensayo y verificar que no existe una gran diferencia entre las dos medidas de tiempo obtenidas. De haberla, se realizar una tercera medida.RESULTADOS Y CUESTIONES1. Escribir la reaccin inica que tiene lugar y ajustarla por el mtodo del in-electrn.

2. Completar la siguiente tabla con los resultados obtenidos: (la denominacin x' corresponde al ensayo que se repite).

EnsayosT(C)[MnO4]mol/L[C2O4-2]mol/L[H2SO4] mol/LTiempoV=[MnO4]/t

Ensayo xEnsayo xMedia

1 y 1

2 y 2

3 y 3

4 y 4

5 y 5

3. Representar una grfica de la velocidad de reaccin frente a la temperatura utilizando los datos de los cuatro primeros ensayos. Comentar esta grfica.4. Utilizando los datos de los ensayos 1 a 4, determinar la energa de activacin mediante la representacin de ln 1/t frente a 1/T.5. Cmo afecta la adicin de sulfato de manganeso a la velocidad de la reaccin? Es un catalizador positivo o un inhibidor de esta reaccin? Qu tipo de catlisis se produce?6. Si junto con el ensayo 5 se realizaran otros (6, 7, 8...) a distintas temperaturas, se modificara la velocidad de reaccin? Razonar la respuesta.

BIBLIOGRAFAGmez, M.; Matesanz, A.I.; Snchez, A.; Souza, P. Laboratorio de Qumica. 2 ed. Prctica 4. Ed. Ediciones UAM, 2005.Petrucci, R.H.; Harwood, W.S.; Herring, F.G. Qumica General. 8 ed. Captulo 15. Ed. Prentice Hall, 2003.