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Análisis del efecto de un
catalizador en la descomposición
del peróxido de hidrógeno
Descomposición Catalítica del Peróxido de
Hidrógeno
I. Objetivo General
Analizar el efecto que tiene la adición de un catalizador sobre la rapidez de una reacción.
II. Objetivos Particulares
a) Aplicar el método integral para evaluar las constantes de rapidez de reacción a diferentes concentraciones de catalizador. b) Seleccionar la técnica analítica adecuada para seguir el avance de la reacción. c) Determinar el orden de reacción respecto al sustrato y al catalizador. d) Determinar cuál de los compuestos es un catalizador y cuál es un inhibidor de la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno.
III. Introducción
La velocidad de una reacción está conformada por la velocidad de formación y la velocidad de descomposición. La velocidad de reacción no es constante y depende de varios factores, como la concentración de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el estado físico de los reactivos. El avance de una reacción cuando se desprenden gases se puede determinar por el cambio de presión obtenido por un manómetro sujeto al recipiente en el cual se efectúa la reacción y tiene unidad de cantidad de sustancia (mol). Al volumen máximo desplazado se conoce como el avance.
La catálisis es el proceso por el cual se aumenta la velocidad de una reacción. En una catálisis homogénea, los catalizadores están en la misma fase que los reactivos, cambiando el mecanismo de reacción. En la catálisis heterogénea, el catalizador y el sustrato se encuentran en diferentes fases. Un inhibidor de reacción es una sustancia que reduce o previene una reacción química. El uso de un catalizador ayuda a disminuir la energía de activación, por lo que la velocidad es más rápida.
IV. Problema a Resolver
Determinar la ecuación de rapidez de reacción para una reacción catalítica.
V. Diseño Experimental
Nuestras variables son temperatura, presión, volumen y tiempo; de las cuales la temperatura y la presión se mantendrán constantes por lo tanto son nuestras variables independientes, mientras que el volumen y tiempo serán las variables dependientes. Así mismo, se tomará en cuenta el H₂O₂ y el K₂Cr₂O₇.
VI. Metodología
Con ayuda de una pipeta, tomar la disolución de peróxido de hidrógeno y colocarla en el matraz, el cual tendrá que tener un agitador magnético adentro; colocar el tapón de hule al final. Colocar el matraz en la parrilla y encender la agitación, y con la jeringa se mide la cantidad de K₂Cr₂O₇ según la corrida que se esté realizando. Con la aguja, atravesar el tapón de hule y agregar el catalizador dentro del matraz para que comience la reacción e iniciar la medición del tiempo. Cerciorarse de que el volumen dentro y fuera de nuestra columna sea el mismo. Al final de la experimentación, se podrá observar el volumen desplazado por la formación del oxígeno. Repetir el procedimiento por cada concentración de catalizador. Tomar cada 30 segundos la cantidad de volumen desplazado.
VII. Datos
Se registran los datos experimentales de volumen del gas desprendido a diferentes tiempos, en particular el volumen máximo desprendido (Vmáx) para cada corrida en las tablas.
VIII. Algoritmo de Cálculo
a) A partir de los volúmenes de gas desprendidos, se explica cómo se aplica el método integral gráfico y se registran los datos en las tablas.
IX. Elaboración de Gráficos
Trazar las gráficas de (Vmáx - Vt) vs t, Ln (Vmáx -Vt) vs t y 1/ (Vmáx -Vt) vs t para cada volumen empleado de catalizador.
Cinética Química
Datos Experimentales
¿Cuáles son las unidades de la constante de rapidez aparente? L mol⁻¹ s⁻¹.
¿Qué forma tiene la gráfica de Ln kap vs Ln [Cat]?, ¿Qué significado tiene la pendiente de esta gráfica? ¿Qué significado tiene la ordenada al origen? Debería ser una línea recta y su pendiente representa el valor de la constante de rapidez del catalizador, de la reacción llevada a cabo.
Manejo de Residuos
Tabla 8. Manejo de residuos
Aplicaciones
Se utilizan biocatalizadores en detergentes, es decir, bioenzimas para destruir las manchas de origen orgánico. Las enzimas que limpian la ropa optimizan la eficiencia de los detergentes, a la vez que permiten el trabajo de limpieza a bajas temperaturas y períodos más cortos de lavado, reduciendo significativamente el consumo de energía y las emisiones de CO₂. Otro beneficio ambiental asociado al uso de enzimas en los detergentes es que éstas son biodegradables y reemplazan a los constituyentes químicos de los detergentes sintéticos que se vienen liberando al ambiente desde hace muchos años.
En los motores de explosión de los automóviles se producen gases contaminantes como el CO y el NO. Dentro del tubo de escape hay catalizadores que aceleran la reacción NO + CO → N₂ + CO₂, con lo que se eliminan ambos gases al transformarse en productos inertes.
Fuentes de Información
Moreno, R (2010). Cinética Química.
Aplicaciones de catalizadores
Tipos de catalizadores
Los catalizadores son sustancias que aceleran la velocidad de una reacción química sin ser consumidos en el proceso. Existen diferentes tipos de catalizadores, como los catalizadores homogéneos, heterogéneos y enzimáticos.
Los catalizadores homogéneos se encuentran en la misma fase que los reactivos, mientras que los catalizadores heterogéneos se encuentran en una fase diferente a los reactivos. Los catalizadores enzimáticos son proteínas que aceleran reacciones bioquímicas específicas.
Aplicaciones de los catalizadores
Los catalizadores tienen diversas aplicaciones en la industria y la vida cotidiana. Algunos ejemplos incluyen:
En la industria química, los catalizadores se utilizan para acelerar reacciones en la producción de combustibles, plásticos, fertilizantes y otros productos químicos. En la industria farmacéutica, los catalizadores se emplean en la síntesis de medicamentos. En la industria alimentaria, los catalizadores se utilizan en la producción de alimentos y bebidas. En la industria del petróleo, los catalizadores se emplean en el refinado y la producción de combustibles. En la industria automotriz, los catalizadores se utilizan en los convertidores catalíticos para reducir las emisiones de gases contaminantes. En la industria de la electrónica, los catalizadores se emplean en la fabricación de semiconductores y circuitos integrados.
Manejo de residuos de catalizadores
Algunos catalizadores, como el dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇), pueden ser tóxicos y presentar riesgos para el medio ambiente y la salud. Es importante seguir las recomendaciones de manejo adecuado de estos residuos.
En general, los catalizadores se pueden recuperar después de la reacción y volver a utilizarse. En caso de que no puedan ser reutilizados, deben ser entregados al personal de laboratorio para su manejo apropiado.
Otros residuos, como el agua (H₂O) y el oxígeno (O₂), pueden ser liberados al medio ambiente sin mayores riesgos.
