Monografias | Química Industrial

Objetivos generales

• Determinar la relación de un gas por el método clement desormes.

Objetivos particulares

• Saber que es la termodinámica y cuales son sus características, y sus leyes
• Entender lo que es la Capacidad Calorífica, como se determina y que factores la afectan o influyen en ella
• Entender lo que es Proceso, y aprender los procesos y saber que fórmulas se aplican a cada procesos termodinámico
• Entender otros conceptos como calor, presión, temperatura y presión absoluta
• Saber que aplicaciones industrial tiene las capacidades caloríficas y la termodinámica como rama de la fisicoquímica
• Lo que deseamos obtener de esta practica es el valor de γ para el aire mediante el proceso adiabαtico e isotérmico.

En esta práctica determinamos el valor de gama que nos resultó – 1.282,con un valor negativo experimental, pues bien sale negativo porque se empleo deforma experimental por Clement y Desormes, utilizando un barómetro con agua,esto con el fin de determinar las presión P₁ y P₂, dichosratos se obtuvieron de cinco repeticiones en el experimento, los cuales porestar en mm H₂O, por medio de la densidad del agua, mercurio estaspresiones se transformaron a unidades de mm Hg, mediante la perilla de hule sele ejercía presión después se dejaba soltar y se fueron recolectando dichosdatos, el valor de la densidad se encontró en tablas, después de se entendióla teoría y el método de Clement y Desormes, el porcentaje de error fue 189 %,el cual vemos que hubo de poco de error en la medición, dicho error tubofactores tales como un error sistemático,

Podemos concluir que gama, a parte de ser una relación entre las capacidadescaloríficas, también es una relación en el incremento de presiones en elproceso adiabático, entre el incremento de presiones en el proceso isotérmico,pues bien, tomando en cuenta en gama, también es de valor exponencial el cualsi es cero, se habla de un proceso adiabático, si es uno es un proceso isotérmico,si n es gama es un proceso adiabático y si n es infinito es un proceso isométricoo isocórico, esto le concluimos que son procesos politrópicos.

La termodinámica, que es el estudio de la energía térmica de sistemas. Elconcepto central de la termodinámica es la temperatura. Esta palabra es tanconocida que la mayoría de nosotros, debido a nuestro sentido de caliente frío,tendemos a interpretarlo con exceso de confianza. En realidad nuestro"sentido de temperatura", no siempre es confiable. En un frío día deinvierno, por ejemplo, un pasamanos parece mucho más frío al tacto que unposte de una cerca de madera. Aquí vamos a desarrollar el concepto detemperatura desde sus fundamentos, sin confiar en ninguna forma en nuestrosentido de temperatura. Este error en nuestra percepción sucede porque elhierro elimina energía de nuestros dedos sus fundamentos, sin confiar enninguna forma en nuestro sentido de la temperatura.

La temperatura es una de las siete cantidades básicas del SI. Los expertomiden la temperatura en la escala Kelvin, que está marcada en unidades llamadaskelvins. Aun cuando la temperatura de un cuerpo aparentemente no tiene límitesuperior, sí tiene límite inferior; esta temperatura limitadora se toma comoel cero de la escala de temperatura kelvin.

La Ley Cero De La Termodinámica
Las propiedades de numerosos cuerpos cambian cuando alternamos su temperatura,como al sacarlos de un refrigerador y ponerlos en un horno caliente. Por ejemplocuando aumento la temperatura de esos cuerpo, aumenta el volumen de un líquido,una varilla metálica crece un poco más y aumenta la resistencia eléctrica deun alambre, al igual que aumenta la presión ejercida por un gas confinado.Podemos emplear cualquiera de esta propiedades como una base para un instrumentoque nos ayudará a determinar el concepto de temperatura. Si dos cuerpos A y Bestán en equilibrio térmico con un tercer cuerpo T, entonces están enequilibrio térmico entre sí.

La Primera Ley De La Termodinámica
Una de las manifestaciones más fundamentales de la naturaleza es la energíaque acompaña a todos los cambios y transformaciones. Así, fenómenos tandiversos como la caída de una piedra, el movimiento de una bola de billar, lacombustión del carbón, o el crecimiento y reacciones de los mecanismoscomplejos de los seres vivientes, todos comprenden alguna absorción, emisión yredistribución de la energía. La forma más común en que ésta aparece yhacia la cual tienden las demás, es el calor. Junto a él se produce energíamecánica en el movimiento de cualquier mecanismo; energía mecánica en elmovimiento de cualquier mecanismo; energía eléctrica cuando una corrientecalienta un conductor o es capaz de realizar un trabajo mecánico o químico;energía radiante inherente a la luz visible y a la radiación en general; yfinalmente la energía química almacenada en la sustancias, que se pone demanifiesto cuando aquéllas realizan una transformación.

Sistema
Este término muy usual, se define como cualquier porción del universo aisladoen un recipiente inerte, que puede ser real o imaginario, con el fin de estudiarel efecto de las diversas variables sobre él. A su vez la porción de universoexcluido del sistema de denomina "contorno". El contenido de unsistema puede variar ampliamente desde una cantidad pequeña de agua, porejemplo, hasta el universo total. Las interacciones entre un sistema y sucontorno, son muy importantes en termodinámica y cuando entre ambos existeintercambio de materia y energía tenemos un sistema abierto, y aislado en casocontrario. Se llama sistema cerrado aquel que no intercambia materia con susalrededores pero sí energía.

Un sistema homogéneo contiene únicamente una fase, mientras que uno heterogéneocontiene más de una. Se define por fase la porción homogéneas de un sistema,físicamente diferenciable y separable mecánicamente. Si en el sistema"agua" coexiste el hielo, el líquido y el vapor, cada formaconstituye una fase separada de otras por un límite. Aún más, cada fase puedeser continua como la líquida o gaseosa o dividida en porciones menores como unmasa de cristales de hielo. El término "separables mecánicamente" dela definición significa que la fases puede separarse entre sí por operacionestales como la filtración, sedimentación, decantación u otros procedimientosmecánicos, como por ejemplo la recolección a mano de los cristales. Noincluye, sin embargo, otros procedimientos de separación tales como laevaporación destilación, adsorción o extracción. Como los gases sonmiscibles totalmente, sólo es posible un sistema de una fase gaseosa. Con líquidoso sólidos no parece existir un límite teórico al número posible de fases,pero ocho es el máximo de fases líquidas observadas en un sistema.

La fases presentes en un sistema son sustancias pura como el N₂, H₂O,NaCl o C₂H₆ o soluciones de éstas. Una soluciónverdadera, está definida como una mezcla físicamente homogénea de dos o mássustancia. Esta definición no señala restricción sobre el estado de agregacióno la cantidad relativa de constituyentes. En consecuencia una solución puedeser gaseosa, líquida o sólida y variar de composición dentro de límites muyamplios. Este hecho excluye a los compuestos puros de la clasificación, porquepersiste una relación fija y definida entre los constituyentes de un compuesto.

Propiedades Y Variables De Un Sistema
Las propiedades de un sistema se dividen en dos clases: intensivas y extensivas.Estas son la que dependen de la cantidad de sustancia del sistema, por ejemplo,la masa total, el volumen y la energía. Por otra parte, las propiedadesintensivas son aquellas cuyo valor es independiente de la cantidad total siendofunción de la concentración de sustancia, así tenemos a la densidad, índicede refracción, y masa, volumen o energía molar. En ausencia de fuerzasespeciales, como los campos magnéticos B o eléctricos E, las propiedadesextensivas de una sustancia pura, dependen de dos de las tres variables, P, V yT y el número de moles, n, de la sustancia presente. Sólo dos de las variablesde estado son independientes, porque en principio se supone que el sistema poseeuna ecuación que relaciones P, V y T; esto hace que una de las variablesresulte dependiente.

Las propiedades extensivas son función de P, T y el número de moles de losdiferentes constituyentes presentes, es decir, n₁, n₂, n₃,etc. A su vez las intensivas depende de P, T y las concentraciones de lasdiversas especies. El número de variables de estas últimas es una menos que eltotal de constituyentes de la solución por la razón siguiente: Si expresamosla concentración en fracción molar, la especificación de todas menos una deéstas da la última de ellas por sustracción de la unidad, que es la suma detodas la fracciones molares. Una vez que se hallan especificados los valores delas variables independientes de un sistema el estado mismo queda determinado.Para devolver el sistema a sus condiciones iniciales, las variables debenajustarse a su valor original. Este hecho por el cual el estado de un sistema serepite el valor de las variables, se conoce como principio de reproducibilidadde los estados.

Procesos Isotérmicos Y Adiabáticos
Las relaciones de energía y el estado de cualquier sistema durante un procesodependen no solamente de la manera en que el trabajo se ha efectuado, sino tambiénde ciertas condiciones experimentales impuestas sobre el sistema como un todo.Dos restricciones tales, de importancia especial involucran procesos efectuadosbajo (a) condiciones isotérmicas (b) adiabáticas. Un proceso isotérmico escualquiera realizado de manera que la temperatura constante durante toda laoperación. A su vez, un proceso adiabático es aquél en que no hay absorciónni desprendimiento de calor por parte del sistema.

Vemos por ese motivo, que en tal proceso todo el trabajo realizado será aexpensas del calor absorbido, o cualquier calor obtenido procederá del trabajohecho sobre el sistema. La magnitud de q dependerá obviamente de la manera enque el trabajo se llevó y puede variar desde cero para una expansión libre auna máximo cuando se logra la reversibilidad. La expresión para el trabajo máximo,w_m obtenida cuando un gas ideal se expande isotérmica yreversiblemente puede deducirse de esta forma: Bajo condiciones reversibles,tenemos que P = nRT/V. Al sustituir esta valor de p en la ecuación (2)obtendremos

E integrando

(3)

La ecuación (3) nos da el trabajo máximo alcanzable en una expansión isotérmica reversible de n moles de un gas ideal desde un volumen V₁ a V₂ a la temperatura T. De nuevo, como la temperatura es constante V₂/V₁ = P₁/P₂ de acuerdo con la ley de Boyle y por tanto la ecuación (3) puede escribirse en forma equivalente.

(4)

La aplicación de la ecuación (4) y la diferencia entre trabajo reversibleisotérmico o el simplemente isotérmico, realizando contra una presiónconstante, se comprende mejor mediante problemas de aplicación.

Procesos Adiabáticos En Los Gases Ideales
Como en este caso no hay intercambio de calor entre un sistema y susalrededores, resulta que q = 0, e introduciendo este criterio para un procesoadiabático en la ecuación (5) tenemos

De la ecuación (4) se sigue que cualquier trabajo en un proceso adiabáticose realiza a expensas de la energía interna y conforme aquel va efectuándose,la energía interna del sistema disminuye y en consecuencia desciende latemperatura. Por el contrario, si se hace trabajo sobre el sistema todo élincrementa la energía interna del sistema y en consecuencia se eleva latemperatura. Una ecuación que todo gas ideal debe obedecer en cualquier etapade una expansión reversible adiabática, se deduce fácilmente a partir de laecuación (3). Supongamos n moles de un gas ideal a la presión P y volumen V.Para un incremento de volumen infinitesimal dV y presión P, el trabajorealizado es PdV, y como es a expensas de la energía interna del gas, éstadebe disminuir en la proporción dE. Según la ecuación (3), tendremos, por esemotivo:

PdV = - dE

Sin embargo por la ecuación dE = nC_vdT, y por tanto:

(6)

Además como P = nRT/V, la ecuación (6) se convierte en:

y por tanto:

(7)

Ordenando y tomando antilogaritmos resulta

(8)

Capacidad Calorífica
Consideremos una cantidad de calor muy pequeña dq añadida a una sistema ysupongamos que como resultado de la absorción de calor el ascenso detemperatura producido es dT. Entonces la cantidad de calor requerida paraproducir un ascenso de temperatura de un grado es:

Y C es así la capacidad calorífica del sistema. Ahora, de la ecuación obtenemos dq = dE + pdV y de aquí:

Cuando el volumen se mantiene constante dV = 0, la ecuación se reduce a:

(9)

Esta ecuación es la realización termodinámica que define C_V y nos dice que es la velocidad de cambio de la energía interna con la temperatura a volumen constante. Sin embargo, cuando la absorción de calor ocurre reversiblemente a presión constnte, entonces p = P, y la ecuación (9) se transforma en:

Pero, si diferenciamos con relación a T a presión constante P obtenemos:

(10)

Que es la definición termodinámica de C_p; es decir, es el cambio de entalpía con la temperatura a presión constante.

La diferencia entre las dos capacidades caloríficas se deduce fácilmente por un argumento termodinámico.

Pero, H = E + PV. Diferenciando esta cantidad con respecto a la temperatura a presión constante obtendremos:

y por sustitución

(11)

El problema ahora radica en relacionar el primer y tercer término de laderecha de la ecuación, para lo cual procedemos así: la energía interna E seráen general una función de cualquiera de dos de la tres variables P, V, T. Sielegimos a T y V como la independientes, entonces:

E = f (T, V)

Dividiendo ambos lados de la ecuación por dT e imponiendo la condición deque la presión es constante, obtenemos:

Y la nos da finalmente

(12)

Proceso isométrico

- Q = W

proceso irreversible

-

Fórmulas:

Proceso adiabático

0 proceso reversible nC_vD T nC_pD T

- P₁ ¹ P₂ ; V₁ ¹ V₂; ;

- W = - D E

proceso irreversible

-

Fórmulas: ; ; ;

Cuadro de material y equipo:

Reactivos:
Empleo de Aire:
Esta constituido por un mezcla de nitrógeno y de oxígeno como elemento básico(99%) y el resto como gases nobles
Elementos Proporción en volumen Proporción en Peso
Nitrógeno 78.14 75.6
Oxígeno 20.92 23.1
Gases Nobles 0.94 0.3

Diagrama De Bloques

Practica 2
La termodinámica, que es el estudio de la energía térmica de sistemas. Elconcepto central de la termodinámica es la temperatura. Esta palabra es tanconocida que la mayoría de nosotros, debido a nuestro sentido de caliente frío,tendemos a interpretarlo con exceso de confianza. En realidad nuestro"sentido de temperatura", no siempre es confiable. En un frío día deinvierno, por ejemplo, un pasamanos parece mucho más frío al tacto que unposte de una cerca de madera. Aquí vamos a desarrollar el concepto detemperatura desde sus fundamentos, sin confiar en ninguna forma en nuestrosentido de temperatura. Este error en nuestra percepción sucede porque elhierro elimina energía de nuestros dedos sus fundamentos, sin confiar enninguna forma en nuestro sentido de la temperatura.
La temperatura es una de las siete cantidades básicas del SI. Los experto midenla temperatura en la escala Kelvin, que está marcada en unidades llamadaskelvins. Aun cuando la temperatura de un cuerpo aparentemente no tiene límitesuperior, sí tiene límite inferior; esta temperatura limitadora se toma comoel cero de la escala de temperatura kelvin.

La Ley Cero De La Termodinámica
Las propiedades de numerosos cuerpos cambian cuando alternamos su temperatura,como al sacarlos de un refrigerador y ponerlos en un horno caliente. Por ejemplocuando aumento la temperatura de esos cuerpo, aumenta el volumen de un líquido,una varilla metálica crece un poco más y aumenta la resistencia eléctrica deun alambre, al igual que aumenta la presión ejercida por un gas confinado.Podemos emplear cualquiera de esta propiedades como una base para un instrumentoque nos ayudará a determinar el concepto de temperatura. Si dos cuerpos A y Bestán en equilibrio térmico con un tercer cuerpo T, entonces están enequilibrio térmico entre sí.

La Primera Ley De La Termodinámica
Una de las manifestaciones más fundamentales de la naturaleza es la energíaque acompaña a todos los cambios y transformaciones. Así, fenómenos tandiversos como la caída de una piedra, el movimiento de una bola de billar, lacombustión del carbón, o el crecimiento y reacciones de los mecanismoscomplejos de los seres vivientes, todos comprenden alguna absorción, emisión yredistribución de la energía. La forma más común en que ésta aparece yhacia la cual tienden las demás, es el calor. Junto a él se produce energíamecánica en el movimiento de cualquier mecanismo; energía mecánica en elmovimiento de cualquier mecanismo; energía eléctrica cuando una corrientecalienta un conductor o es capaz de realizar un trabajo mecánico o químico;energía radiante inherente a la luz visible y a la radiación en general; yfinalmente la energía química almacenada en la sustancias, que se pone demanifiesto cuando aquéllas realizan una transformación.

Termoquímica
La termoquímica es una rama de la física química que trata de los cambios térmicosasociados a las transformaciones químicas y físicas. Su objetivo es ladeterminación de las cantidades de energía calorífica cedida o captada en losdistintos procesos y el desarrollo de métodos de cálculo de dichos reajustessin recurrir a la experimentación.
Desde un punto de vista práctico es esencial conocer si en una reacción específicahay absorción o desprendimiento de calor y en qué proporción a fin de ayudarsu remoción o de suministrar el que sea necesario. Resulta imperioso estudiarla determinación experimental de los calores de reacción, tanto como losprincipios termodinámicos para evaluar los cambios sin recurrir a laexperiencia. Las unidades de energía más generales son la caloría, y eljulio.

Medición de los cambios térmicos
Para determinar directamente la variación de calor comprendida en una reacción, se usa el calorímetro, que consiste en un recipiente aislado lleno de agua enla cual se sumerge la cámara de reacción. Cuando la reacción es exotérmicael calor producido se transfiere al agua cuyo ascenso de temperatura se lee conprecisión mediante un termómetro sumergido en ella. Conociendo la cantidad deagua, su calor específico y la variación de temperatura se calcula el calor dereacción después de tener en cuenta también algunas correcciones por radiación,velocidad de enfriamiento del calorímetro, aumento de temperatura de lasvasijas, agitadores, etc. Estas correcciones se evitan al determinar lacapacidad calorífica del calorímetro por combustión de cierta cantidadconocida de sustancia, cuyo calor de combustión se ha determinado con precisión.Con este fin, se eligen muestras de ácido benzoico, naftaleno o azúcar. Unprocedimiento distinto de evitar correcciones es el de reproducir por calefaccióneléctrica el cambio de temperatura producido en el calorímetro, para elproceso que se estudia. La cantidad de energía eléctrica para lograrloequivale al calor desprendido en el proceso. Un aparto análogo sirve tambiénpara las reacciones endotérmicas, pero en este caso se medirán descensos detemperatura en lugar de aumentos.

Calor de Reacción a volumen o Presión Constante
Hay dos condiciones bajo las cuales se efectúan las mediciones termodinámicas,una es (a) a volumen constante y la otra (b) a presión constante. En laprimera, se mantiene constante el volumen del sistema cuyo cambio térmico sebusca durante todo el curso de medición. En cambio al operar a presiónconstante, se mantiene el sistema bien sea abierto a la atmósfera, o confinadodentro de una vasija sobre la cual se ejerce una presión constante, se mantieneel sistema bien sea abierto a la atmósfera, o confinado dentro de una vasijasobre la cual se ejerce una presión constante. En estas condiciones puede tenerlugar cualquier cambio de volumen y el sistema es capaz de ajustarse a la presiónexterna constante. Las magnitudes de los cambios térmicos obtenidos en estasdos condiciones difieren en general. A volumen constante cualquier cambio térmicoque tiene lugar se debe únicamente a la diferencia.

Capacidad Calorífica
Consideremos una cantidad de calor muy pequeña dq añadida a una sistema ysupongamos que como resultado de la absorción de calor el ascenso detemperatura producido es dT. Entonces la cantidad de calor requerida paraproducir un ascenso de temperatura de un grado es:

Y C es así la capacidad calorífica del sistema. Ahora, de la ecuación obtenemos dq = dE + pdV y de aquí:

Cuando el volumen se mantiene constante dV = 0, la ecuación se reduce a:

(1)

Esta ecuación es la realización termodinámica que define C_V y nos dice que es la velocidad de cambio de la energía interna con la temperatura a volumen constante. Sin embargo, cuando la absorción de calor ocurre reversiblemente a presión constnte, entonces p = P, y la ecuación (1) se transforma en:

Pero, si diferenciamos con relación a T a presión constante P obtenemos:

En consecuencia:

(2)

Que es la definición termodinámica de C_p; es decir, es el cambio de entalpía con la temperatura a presión constante.
La diferencia entre las dos capacidades caloríficas se deduce fácilmente por un argumento termodinámico.

Pero, H = E + PV. Diferenciando esta cantidad con respecto a la temperatura a presión constante obtendremos:

y por sustitución

(3)

El problema ahora radica en relacionar el primer y tercer término de laderecha de la ecuación, para lo cual procedemos así: la energía interna E seráen general una función de cualquiera de dos de la tres variables P, V, T. Sielegimos a T y V como la independientes, entonces:

E = f (T, V)

Dividiendo ambos lados de la ecuación por dT e imponiendo la condición deque la presión es constante, obtenemos:

Y la nos da finalmente

(4)

A manera mas sencilla de determinar es mediante la fórmula

Aplicaciones indu

Material:

• 1 Vaso de precipitados de 500 ml
• 3 vasos de precipitados de 100 ml
• 1 termómetro
• 1 tapa de madrea bihoradada
• 1 soporte universal
• 1 anillo de fierro
• 1 Tela de Alambre con centro de asbesto
• 1 Mechero
• 1 Probeta
• 1 Balanza
• 1 agitador de vidrio
• 1 espátula
• 1 vidrio de reloj

Ácido Clorhídrico (HCl): gas incoloro, corrosivo e ininflamable, de fórmulaHCl, y con un olor característico penetrante y sofocante. Tiene un punto defusión de -114,22 °C, un punto de ebullición de -85,05 °C y una densidadrelativa de 1,268 (aire = 1,000). Se disuelve fácilmente en agua: 1 volumen deagua a 20 °C absorbe 442 volúmenes de cloruro de hidrógeno gaseoso a la presiónatmosférica.

Hidróxido De Sodio (NaOH): El hidróxido de sodio (sosa cáustica), NaOH, esun producto comercial importante que se usa para hacer jabón, rayón y celofán.También se emplea para procesar pasta de papel, en las refinerías de petróleo,y para obtener otros productos químicos. Se fabrica principalmente por medio dela electrólisis de una disolución de sal común, dando lugar a hidrógeno ycloro como subproductos importantes.

Práctica 3 "
Objetivos:

• Determinar el calor de combustión a volumen constante de substancias sólidas aplicando el método calorímetro
• Determinar el calor de combustión a presión constante, mediante la corrección del calor de reacción a volumen constante

Objetivos particulares:

• Reafirmar el concepto de ENTALPÍA de Combustión
• Aprender a determinar el calor de combustión a volumen y presión constante experimentalmente
• Conocer de que se trata la TERMOQUÍMICA y sus fundamentos en la aplicación en la industria
• Aprender y aplicar la famosa LEY DE HESS

Introducción:
La Termoquímica estudia los efectos térmicos que acompañan a las reaccionesquímicas, la formación de soluciones y los cambios físicos como la fusión ola evaporización. Los cambios fisicoquímicos se clasifican como endotérmicosacompañados por la absorción de calor y exotérmicos, acompañados pordesprendimiento de calor. De igual forma que toda transferencia de calor, elcalor de una reacción química depende de la condición en que se lleva a caboel proceso. Existen dos condiciones particulares en que se desarrollan losprocesos, en donde los calores de reacción son iguales a cambios en funcionestermodinámicas.

Termoquímica:
La primera corresponde a procesos a volumen constante, en donde ningún trabajose realiza sobre el sistema, obteniéndose a partir de la primera ley de latermodinámica:

(1)

Lo que significa que el calor de una reacción medido a volumen constante es exactamente igual al cambio de energía del sistema reaccionante. La segunda corresponde a los procesos a presión constante como los efectuados en sistemas abiertos a la atmósfera, para los cuales

(2)

Lo que significa que el calor de reacción medido a presión constante esigual al cambio de entalpía del sistema de reacción.

Esto se obtiene a partir de la definición de la ENTALPÍA (H)

H = E PV

obteniéndose así la relación entre el cambio de entalpía y el de energía

Práctica 4
Objetivos:

1. Observar el efecto que tiene sobre la velocidad de reacción, cada uno de los factores siguientes: superficie de contacto, concentración y temperatura
2. Explicar el efecto que produce la presencia de un catalizador en una reacción química
3. Determinar el valor de la energía de activación para una reacción

Objetivos particulares:

• Determinar la energía de activación.
• Relacionar la energía de activación con las concentraciones y tiempos en que se lleva a cabo una reacción.
• Reconocer en que grado altera la velocidad de una reacción un catalizador.
• Relacionar la Teoría de Colisiones con la formación de productos en una reacción

Introducción:
La cinética Química estudia la velocidad de reacción y los factores que lamodifican. Una reacción química puede ser lenta (como la producción de un polímero,o la fermentación de un azúcar) o, por el contrario, espontánea (como ladescomposición del agua oxigenada o la descomposición de los alimentos). Enesos casos, es necesario encontrar la forma de acelerarla o bien, de retardarla.Para tener éxito a nivel industrial en el desarrollo y operación de losprocesos de transformación química, se requiere del conocimiento de lascondiciones en las cuales se alcanzan velocidades con aplicación comercial, queincluso determinan el diseño del equipo, el tiempo de residencia y la economíamisma del proceso.

La velocidad de reacción se define como la variación de la concentraciónde un reactivo con respecto al tiempo. Sus unidades pueden ser mol/ L.s perotambién es posible medir otra propiedad que sea proporcional ala concentraciónde un reactivo y que varié con el paso del tiempo (volumen, masa, etc.) Losfactores que modifican la velocidad de reacción son: naturaleza de losreactivos, superficie de contacto, concentración, temperatura, catalizadores,luz y presión (para el caso de sustancias en estado gaseoso). .

Consideraciones Teóricas
Estos fenómenos se explican con base en la "teoría" de lascolisiones., que establece el hecho de que las reacciones se producen porchoques entre las moléculas, y si uno de estos choques va acompañado de unacierta cantidad de energía (la energía de activación), se favorece entoncesel inicio de la reacción y por lo tanto, la formación de productos.

Efecto de la temperatura: Arrhenius establece que la variación de lavelocidad de reacción en función de la temperatura se representa como:

donde k es una constante de velocidad, Ea es la energía de activación en cal/mol. R es la constante de los gases {1.987 cal/mol K) y T es la temperatura absoluta.

Otra forma de expresar esta ecuación es:

Cinética De Las Reacciones Homogéneas
La cinética química es aquella rama de la físico-química que estudiavelocidad de las reacciones y sus mecanismos. Una pregunta de importancia que latermodinámica no plantea, es: ¿Con qué rapidez y cuál es el mecanismo de unareacción? La termodinámica considera únicamente las relaciones de energíaentre los reactivos y los productos de una reacción, sin intentar señalar lasetapas de paso, la rapidez con que se alcanza el equilibrio. La cinéticacomplementa ala termodinámica al proporcionar información de la velocidad ymecanismo

transformación de reactivos en productos.
No todas las reacciones se prestan a un estudio cinético. Así, las iónicasproceden con tanta rapidez que parecen instantáneas. Las explosiones y otras,de las cuales N₂O₄ → 2NO₂ constituye unejemplo, también proceden tan rápidamente, lo cual imposibilita determinar suvelocidad, o se requieren procedimientos especiales para determinarla. Por otraparte, algunas reacciones son tan lentas que para observar un cambio perceptibleen ellas, es necesario el transcurso de meses o aún años, a la temperaturaordinaria. Entre ambos extremos quedan las reacciones cuyas velocidades resultanvalorables. A esta categoría corresponden las gaseosas, igual que muchas otrasen solución que comprenden tanto las sustancias orgánicas como las inorgánicas.

La velocidad de una reacción depende de la naturaleza de las sustancias,temperatura, y concentración de los reactivos. Un incremento de temperaturaproduce casi invariablemente un aumento de velocidad; en efecto, en muchasreacciones un ascenso de 10 ˚C duplica dicha velocidad, y a veces el efectoes aún mayor. De igual manera, con excepción de algunas reacciones ( de ordencero) , en las cuales no ejerce efecto la concentración, el aumento de laconcentración inicial origina una aceleración en la velocidad. Esta nopermanece constante durante el proceso de transformación, si no que es máximaal comienzo y decrece a medida que se consumen los reactivos. Teóricamente, esnecesario un tiempo infinito para que esa velocidad se haga cero. En la práctica,consideramos que aquélla procede con tal lentitud, después de un ciertotiempo, que se lleva a cabo en un intervalo finito de tiempo. Además, muchasreacciones se ven influidas por la presencia de sustancias con capacidad deacelerar o disminuir la velocidad, y que se conocen con el nombre decatalizadores, y las reacciones afectadas se dice que son canalizadas. Cinéticamentelas reacciones se clasifican en homogéneas o heterogéneas. Las primeras tienenlugar en una sola fase. Si hay dos o más de éstas en un proceso, como sucedeen la reacción de un gas en la superficie de un catalizador sólido o en lasparedes de un recipiente, se dice que la reacción es heterogénea. Los trestipos de reacciones homogéneas, son: (a) sin catalizar, (b) reacciones encadena, y ( c ) catalizadas.

Medición De La Velocidad De Reacción
Los estudios cinéticos se llevan a cabo a temperatura constante. Se prepara lamezcla de reacción de composición conocida y se termostatiza, midiéndose ladisminución de concentración de los reactivos y aparición de productos enfunción del tiempo, por un procedimiento adecuado. A partir de los datos deconcentración-tiempo se deduce el comportamiento del proceso, con ayuda deciertos principios que se darán a continuación. La dependencia de la velocidadcon la temperatura se obtiene al repetir este procedimiento en cierto númeroadecuado de temperaturas. La forma más conveniente de seguir los cambios deconcentración que tienen lugar en una reacción, es remover muestras de unsistema en distintos intervalos de tiempo, detener la reacción y analizar lasmuestras para determinar la concentración del reactivo y producto. Sin embargo,si es posible se prefiere seguir los cambios de concentración en un sistema quereacciona usando alguna propiedad física que varía con el tiempo, y desde lacual se pueden deducir las concentraciones necesarias. En las reaccionesgaseosas que involucran en cambio de volumen, la propiedad más comúnmenteobservada es la variación de presión manteniendo constante el volumen, o elcambio de éste cuando aquélla es constante.

La Energía De Activación
En las reacciones que comprenden dos o más moléculas es lógico suponer queantes de que proceda, sus moléculas deben estar en contacto, o con otraspalabras, deben chocar entre sí. Si el choque es causa suficiente para que seproduzca la reacción, la velocidad de reacción debería ser igual a la dechoque. Sin embargo, cuando el número de moléculas que reacciona en un procesode gases como el que se obtiene a partir de las constantes de velocidadobservadas, se compara con el calculado a partir de la teoría cinética, seobserva que este último valor sobrepasa al de las moléculas que llevan a cabola transformación en un múltiplo elevado de la potencia diez. Estadiscrepancia se explica sólo con la suposición de que las moléculas debenposeer una configuración especial para que reaccionen, o bien necesitanencontrarse en un estado de energía muy elevado, o ambos ala vez. Aunque laconfiguración desempeña un papel importante en algunos casos, el término E_a.de la ecuación de Arrhenius y otras consideraciones favorecen definitivamenteel estado de energía excepcional como requisito básico de la reacción; esdecir, los moléculas deben activarse antes de que puedan reaccionar por colisión.Según el concepto de activación, los reactivos no pasan directamente aproductos, sino que primero adquieren energía suficiente para sobrepasar unabarrera de energía de activación. Las ideas involucradas se hacen más clarascon la ayuda de la figura 1. En ésta, A representa la energía promedio de losreactivos, C la de los productos y B la mínima que los reactivos deben alcanzarpara que reaccionen. Las moléculas en B, se encuentran activadas o en estadoactivado. Como deben encontrarse en este estado antes de que la reacción puedaproceder, su camino es ABC. En otras palabras, las moléculas tienen que saltarla barrera de energía antes de que puedan rodar por la colina y formarproductos.

Catálisis
Es un hecho bien conocido, que la velocidad de muchas reacciones cambia alintroducir ciertas sustancias diferentes de los reactivos que aparecen en laecuación estequeométrica del proceso. Así, una pizca de di6xido de manganesoprovoca el desprendimiento de oxido de clorato de potasio, los hidrocarburos nosaturados se hidrogenan en presencia de níquel, el dióxido de azufre se oxidaa trióxido en presencia de platino, y el yodo acelera la descomposición del óxidonitroso. En todos estos procesos, las sustancias extrañas añadidas permanecensin alteración al final de la reacción y pueden usarse de nuevo otra vez.Cualquier sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin queella misma sufra alteración se denomina catalizador, y al fenómeno en sí sedesigna como catálisis. El poder de un catalizador yace en su capacidad paracambiar la velocidad a la cual una reacción, determinada por las relaciones deenergía libre tiene lugar. Una reacción es factible de realizar si su variaciónde energía libre es negativa. No obstante, aún en este caso, la velocidad detransformación es a veces tan lenta que parece como si los reactivos fueseninertes. En tales casos, el fin del catalizador es acelerar la reacción ypermitir una aproximación más rápida al equilibrio. Desde el punto de vistatermodinámico, por ese motivo, la catálisis no introduce ninguna. complicaciónen las relaciones energéticas del sistema. La energía libre, el calor dereacción y la entropía de una reacción siguen siendo iguales tanto en el casode que aquélla proceda per se o sea acelerada por un catalizador. Como uncatalizador no cambia el valor de ΔF˚ de una reacciσn, tampocomodifica la constante de equilibrio. Por lo tanto, si se altera la reacciσndirecta debe alterarse también la de sentido contrario. Con otras palabras, uncatalizador debe acelerar tanto las reacciones en un sentido como en el opuesto.La experiencia demuestra que así sucede. En ocasiones parece que el catalizadormodifica la constante de equilibrio, pero entonces un estudio del problemarevela que o bien participa el catalizador activamente como un reactivo, oexiste alguna complicación no prevista. La actividad de un catalizador seincrementa generalmente con la concentración, aunque esto no es invariablementecierto. Además, la concentración del catalizador aparece en la ecuación de lavelocidad, lo que sugiere que aquél participa como un reactivo pero que seregenera al finalizar la secuencia de las etapas de reacción. Sin embargo, estafunción no constituye su único efecto, si no que usualmente conduce a undecrecimiento de la energía de activación; y este descenso de la barrera deenergía entre reactivos y productos ocasiona una reacción de velocidad máselevada.

La catálisis puede ser homogénea o heterogénea, según que el catalizadorforme una sola fase con los reactivos o constituya una fase separada.

Material Y Equipo

• 2 Tubos de ensayo {I6x150mm)
• 1 gradilla de madera
• 1 probeta de 100 mL
• 4 vaso de precipitados de 100 ml
• 1 soporte universal con anillo
• 1 tela de alambre con asbesto
• 1 mechero Bunsen
• 2 pinzas para tubo de ensayo.
• 1 termómetro (-10 a 110 °C)
• 1 pipeta graduada de 10ml.
• 1 cronometro
• 1 mortero con pistilo
• 1 agitador de vidrio
• 3 buretas de 25 ml, en soporte ( por grupo)
• 1 pipeta con agua destilada

Ácido sulfúrico (Sol'n 0.25 M de H₂SO₄), de fórmulaH2SO4, es un líquido corrosivo, de gran viscosidad, incoloro y con una densidadrelativa de 1,85. Tiene un punto de fusión de 10,36 °C, un punto deebullición de 340 °C y es soluble en agua en cualquier proporción. Almezclar ácido sulfúrico con agua se libera una considerable cantidad de calor.A menos que la mezcla se agite bien, el agua añadida se puede calentar más alláde su punto de ebullición y la formación repentina de calor puede hacer saltarel ácido fuera del recipiente.

Bisulfito de Sodio: (Sol'n 0.01 N de NaHSO₃) Sustancia que Conaire húmedo se oxida lentamente a ácido sulfúrico, y es un componente básicode otros ácidos, como el ácido tiosulfúrico, H2S2O3, y el ácido sulfuroso,H2SO3. Este último tiene dos hidrógenos reemplazables y forma dos clases desales: sulfitos y sulfitos ácidos. En una disolución, los sulfitos ácidos obisulfitos de los metales alcalinos, como el bisulfito de sodio, NaHSO3, actúancomo ácidos.

El permanganato de potasio (Sol'n 0.0025 M de KmnO₄): Es un sólidopúrpura cristalino, que se usa como desinfectante y germicida y como agenteoxidante en muchas reacciones químicas importantes.

Ácido oxálico (Sol'n 0.0025 de C₂H₂O₄), Esel ácido etanodioico, sólido incoloro de fórmula HO2CCO2H, que cristaliza condos moléculas de agua. A 100 °C pierde el agua de cristalización, y elácido anhidro funde a 190 °C. Se utiliza en análisis químico por supoder reductor y en especial en la determinación de magnesio y de calcio. Tambiénse emplea en tintorería, en el curtido de pieles, en síntesis de colorantes ycomo decapante.

El sulfato de manganeso (Sol'n 0.045 M de MnSO₄) Un sólidocristalino de color rosa, se prepara por la acción de ácido sulfúrico sobredióxido de manganeso, y se utiliza en tintes para el algodón.

Yodato de Potasio (Sol'n 0.0025, 0.005, 0.01, 0.02 y 0.04 N de KlO₃):El yoduro de potasio (KI) es un compuesto cristalino blanco, muy soluble enagua, usado en fotografía para preparar emulsiones y en medicina para eltratamiento del reuma y de la actividad excesiva del tiroides.

Almidón (Sol'n al 5 % de almidón, C₆H₁₀O₅):Nombre común de un hidrato de carbono complejo, inodoro e insípido, en formade grano o polvo, abundante en las semillas de los cereales y en los bulbos ytubérculos. Las moléculas de almidón están compuestas de cientos o miles deátomos, que corresponden a los distintos valores de x, de la fórmula anterior,y que van desde unos cincuenta a varios miles.

Tabletas efervescentes (*): En la naturaleza existen varios carbonatos inorgánicosen forma de minerales y menas importantes; entre ellos están la calcita(CaCO3), la magnesita (MgCO3), la siderita (FeCO3) y la smithsonita (ZnCO3).Como grupo, pueden ser reconocidos por su efervescencia al tratarlos con ácidoclorhídrico. Todos esos carbonatos se descomponen con el calor, produciendo CO2y generalmente el óxido sólido del metal.

Conclusiones
Concluimos el equipo 3 que la importancia de conocer los factores industrialesque modifican la velocidad de un proceso es de gran uso, ya que gracias a dichosfactores podemos determinar o mejor aún lograr el tiempo necesario o requeridopara que un proceso se lleve a cabo en la industria, lo anterior es importante,puesto que es de gran utilidad el aplicar los factores que puedan hacer que unproceso se acelere o se vuelva lento si así lo requerimos, ya que en muchasocasiones se requerirá modificar la velocidad de un proceso. Un ejemplo esobtener cierto número de producción en menor tiempo que el normal, requiriendoasí que los procesos se aceleren haciendo uso de los factores que logren unaumento en la velocidad del proceso y una disminución en el tiempo de realizacióndel mismo. A lo largo de esta investigación hemos adquirido mas conocimientosdel tema de la cinética de las reacciones y esto me facilitara la compresiónde temas similares que le siguen. Posterior a esto podremos resolver problemasde aplicación en la industria a estos temas con mayor facilidad.

Las propiedades, conceptos y aplicaciones de la CINÉTICA QUÍMICA sonimportantes para la industria, ya que algunas máquinas como los vaporizadores ylas bombas centrífugas (por mencionar algunos) requieren el conocimientoperfecto del valor de gama para determinar en que aparato se utilizaron. Porejemplo, el vaporizador de tubos, se requieren un conocimiento conciso y precisode los procesos, y en su aplicación, en donde los tubos se puede determinar sies un sistema cerrado en donde si hay o no hay transferencia de calor, ya quemuchas veces la transferencia de calor puede ser sumamente importantes y manejarel comportamiento para poder manejarlos adecuadamente ya que esto reduce costosy se aprovechan al máximo para obtener mayor eficiencia en la industria, ya quegracias a estos se necesita saber el tiempo de reacción.

Efecto de Concentración

Efecto de Temperatura

Efecto del Catalizador

Gráficas:

haciendo uso de:

Determinamos el valor de la pendiente

y la ordenada es

Gráfica 3:

7haciendo uso de:

Determinamos el valor de la pendiente y de la ordenada al origen

Por lo tanto la ecuación de la recta queda establecida como

entonces queda como:

sabiendo que:

por lo tanto, despejando a Ea de la última ecuación tenemos

Ea = (1.987 cal/molºK)(7702.50069ºK) = 15304.8688 cal/mol

Cuestionario

1. ¿Qué diferencia hay entre "velocidad de reacción" y "tiempo de reacción"?

   R = La Velocidad de Reacción es la rapidez con que reaccionan los reactivos en una reacción química para formar productos, mientras que el Tiempo de Reacción es la tardanza de una reacción química en reaccionar, es decir, el tiempo que tarda desde que los reactivos se ponen a reaccionar hasta que se obtienen los productos finales.

2. Represente gráficamente la variación de la concentración con el tiempo.

3.- Determine gráfica la velocidad media de la reacción 2:

haciendo uso de:

y