Trabajo Práctico N 12

Transcripción

1 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 Trabaj Prácc N 12 - néca pr Plarmería- Objev: Deermnar la cnsane de velcdad de la reaccón de hdrólss de la sacarsa y esudar el efec de la cncenracón de Hl sbre la msma. Inrduccón La reaccón de hdrólss de la sacarsa puede escrbrse cm Hl 12 H 22 O 11 + H 2 O 6 H 12 O H 12 O 6 (1-x) Sacarsa x glucsa + x frucsa (dexrsa) (levulsa) dnde es la cncenracón mlar ncal de sacarsa y x es la fraccón descmpuesa al emp. Expermenalmene, se ha deermnad que esa reaccón es de seudprmer rden; es decr, la velcdad resula prprcnal a la prmera penca de la cncenracón de sacarsa,. d v = = k (1) d Dnde k es la cnsane de velcdad. m se ha vs an en Análss Maemác cóm en el curs de Químca General, esa ecuacón puede rerdenarse para ser negrada de la sguene frma d = kd 0 (2) Dnde es la cncenracón ncal (a = 0 ) y es la cncenracón al emp. Realzad la negracón, resula ln = k (3) Esa ecuacón ndca que s se cnce la cncenracón al emp ncal y a algún emp dad, puede benerse la cnsane de velcdad. La cncenracón puede escrbrse en érmns de la fraccón descmpuesa, x, = (1 x) (4) Pr l an, la ecuacón (3) resula ln ( 1 x) = k (5) Ennces, s se mde la fraccón descmpuesa a l larg del expermen cnéc y se grafca ln ( 1 x) en funcón del emp, debería benerse una reca de cuya pendene puede benerse el valr de la cnsane de velcdad. En ese rabaj prácc deermnarems la fraccón descmpuesa a dsns emps medane plarmería. Alernavamene, la cnsane de velcdad pdría benerse a parr del emp de vda meda, 1/2. m se ha vs en el curs de químca general, para una reaccón de prmer rden, el emp de vda meda esá relacnad cn la cnsane de velcdad medane 1/2 ln 2 = (6) k 1

2 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 Racón ópca Las susancas ópcamene acvas desvían el plan de la luz plarzada. Así, s un haz de luz lnealmene plarzada recrre una dsanca l (camn ópc) denr de una slucón de una susanca ópcamene acva,,de cncenracón, el plan de plarzacón de la luz se desvía en un ángul al que T [ ].. = l (7) λ Dnde [ ] T se cnce cm racón específca y es una prpedad nrínseca de cada susanca, λ aunque ambén depende del slvene emplead, la emperaura y la lngud de nda de la luz de análss. Las undades de [ ] T dependen de las undades empleadas para la cncenracón y el λ camn ópc. En plarmería suele emplearse un lámpara de sd, pr l que la lngud de nda crrespnde a la línea D del sd (λ = 589,3 nm); la lngud del camn ópc se mde generalmene en decímers y las cncenracnes suelen medrse en % p/v (gr de slu pr cada 100ml de slucón). Así, ls valres de racón específca de slucnes acusas que aparecen en ablas suelen ndcarse cm [ ] 20 en º / dm.( g /100 ml ), l que ndca que crrespnden a una lámpara de sd y D 20º. La abla I muesra ls valres de leraura de la racón específca para las especes químcas de nerés en ese rabaj prácc. Tabla I. mpues [ ] /º. dm.( gr /100 ml) D Sacarsa Glucsa Frucsa Para smplfcar la escrura, ns referrems a la racón específca cm [ ] y en l que sgue expresarems las cncenracnes en undades mlares. Supngams que se prepara una slucón de sacarsa y se mde el ángul de racón ncal,. Ése valr esá relacnad cn la cncenracón mlar ncal de sacarsa según = [ ]. l. (8) S Lueg de algún emp, una fraccón x se habrá descmpues y en la mezcla de reaccón habrá sacarsa (S), glucsa (G) y frucsa (F), cuyas cncenracnes serán S G F = (1 x) = x = x Y el ángul de racón medd al emp resulará [ ] [ ] [ ] =. l.(1 x) +. l. x +. l. x (9) S G F Fnalmene, cuand la reaccón ermne (s la reaccón es cmplea, cm en ese cas); sea, a emp nfn, el ángul de racón será [ ] l [ ] = G.. + F. l. (10) mbnand las ecuacnes anerres, ([ ] [ ] [ ])(1 ).. Y x l = + G F S (11) ([ ] [ ] [ ]).. l = + G F S (12) 2

3 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 Pr l an, = (1 x) (13) Reemplazand es en la ecuacón (5), resula que ln = k (14) Esa expresón ndca que un gráfc de ln en funcón del emp debería ser una reca de cuya pendene puede benerse el valr de la cnsane de velcdad. El grad de descmpscón puede calcularse ennces a parr de ls ánguls medds cm x = (1 ) = (15) Medda del ángul de racón La medda del ángul de racón se realza medane un Plarímer, en el que se hace ncdr la luz sbre un prsma de Ncl (plarzadr) cn el fn de bener luz emergene plarzada en el plan, al cm se muesra en la fgura 1. Las líneas puneadas en la fgura represenan el eje de ransmsón de ls plarzadres. S se clca r prsma de Ncl (analzadr), cuy eje de ransmsón es la vercal, ese slamene rasmrá la cmpnene paralela de la luz, de amplud "E cs â" (al cm muesran ls vecres en la Fg.1). La nensdad de luz que llega al deecr es máxma cuand el ángul â es de 0 y nula cuand â es de 90 º ( sea el plarzadr y el analzadr esán cruzads al cm se muesra en la fgura 2a). Dad que la candad de energía es prprcnal al cuadrad de la amplud, la candad de luz rasmda, I, para cualquer ángul â puede calcularse pr la ley de Malus, dnde Imax es la máxma candad de luz ransmda: I = I cs2 aˆ (16) máx Fg.1 En la fgura 2b y2c se muesra l que curre cuand se nerpne enre el plarzadr y el analzadr una celda cn una muesra ópcamene acva, capaz de varar el ángul de racón en una candad. La cmpnene de la luz emergene de la celda según el eje de ransmsón del analzadr alcanzará al 3

4 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 deecr (fg. 2b). Para vlver a la cndcón ncal (fg. 2a) deberá rarse el analzadr según un ángul (fg. 2c). Ese arregl ene la prncpal desvenaja que sól presena un camp ópc y es dfculs dferencar ls cambs cuand se pasa del camp scur al lumnad. Eje de ransmsón ópc Vecr elécrc â=90 scur 2a 2b Dslucón azúcar lumnad 2c racón del analzadr en scur Fg. 2 Esa dfculad es superada s se usa un equp en el que la dspscón de las pares ópcas sgue el arregl de Lppch (Fg. 3). En ese arregl el haz emergene del plarzadr se dvde en ds haces nerpnend un pequeñ prsma de Ncl que cubre la mad de la aperura del prsma plarzadr. La luz que pasa pr ese pequeñ prsma se varía en fase meda lngud de nda, per cnserva el plan de plarzacón, de esa frma se cnsgue ds haces de luz plarzada; y s el plarzadr se gra para que el plan de plarzacón frme un ángul δ cn el eje ópc del prsma de Ncl, ls plans de plarzacón quedaran ambén nclnads gual a 2δ, ese es el ángul de semsmbra. Fg. 3 Al hacer grar el analzadr se encnrará una pscón en la que un de ls haces esé cmpleamene exngud y el r parcalmene, pr cnsguene med camp vsual aparecerá scur menras el r med aparecerá lumnad (ver Fg. 3). Al cnnuar grand el analzadr se cmprbará que es el segund haz el que ahra se exngue. Sn embarg exse una pscón nermeda en la que el camp vsual aparecerá lumnad unfrmemene y esa es la pscón de lecura. De esa manera, se ma cm "cer" (cuand n hay susancas ópcamene acvas, cm lecura s la hay), la pscón que crrespnda a la gualacón en nensdad de ls ds camps. 4

5 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 Experenca Deermnacón de Encender la lámpara de sd 15 mnus anes de cmenzar a medr. Mezclar en un erlenmeyer cn apa esmerlada 25 ml de slucón de sacarsa al 40% p/v cn 25 ml de agua. Enjuagar cn esa slucón el ub del plarímer y llenarl hasa el brde, ajusand lueg la apa a rsca (debe quedar una burbuja de are en el ub, pr qué?). Hacer varas lecuras en el dal cn camp scur, hasa gualar ambas mades smbreadas. Se debe acsumbrar la vsón hasa que ds lecuras n dferan más de ds dvsnes del nnus. Esa lecura crrespnde al. Esud néc a dferenes cncenracnes de Hl En r erlenmeyer que cnene 25 ml de slucón de sacarsa al 40% p/v se agregan 25 ml de Hl 3M y smuláneamene se dsparan ds crnómers. Parar un de ells cuand se ermna de mezclar d el Hl. Ése es el emp de mezcla, m. Dejar el r en funcnamen hasa que cncluya la experenca. Al emp medd cn ese crnómer, ', se le resa la mad del emp de mezcla, y ése se cnsdera cm el emp de reaccón. = ' m 2 Enjuagar y llenar cn esa slucón la celda del plarímer y medr ls ánguls de racón, al cmenz cn nervals de 2 a 3 mnus, aumenándls lueg. Las lecuras se prlngan pr el érmn de 100 mnus cm mínm. A las 24 hs aprxmadamene, se lee el. Reper el prcedmen anerr ulzand en esa segunda experenca una cncenracón mayr de Hl. Realzar las lecuras de ls ánguls de racón a nervals de emp más crs. Regsrar la emperaura a la que se llevó a cab el expermen. Acvdades Prevas a la Realzacón del Trabaj Prácc uesnar Prev Anes de cncurrr al TP, debe reslver el sguene cuesnar. Para ell, recurra a sus apunes y lbrs del curs de Químca General y de fscquímca básca. (1) Defna velcdad de reaccón y ley de velcdad (2) Defna rden de reaccón y mleculardad. (3) Qué es el emp de vda meda? Halle las expresnes para el emp de vda meda de reaccnes de rden cer, un y ds. (4) Qué es un caalzadr? Qué papel desempeña el Hl en ess expermens? (5) óm se afeca el emp de vda meda frene al camb de la cncenracón de (a) sacarsa (b) Hl? (6) óm se afecará la velcdad de ese prces s la reaccón se lleva a cab en una mezcla de agua y alchl acdfcada, de manera que se varíe la cncenracón de agua en el expermen? 5

6 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 Infrme del Trabaj Prácc Tíul del Trabaj Prácc: néca pr Plarmería Nmbre: Turn: msón: Fecha: Objev: Ecuacnes y Leyes empleadas: Meddas Expermenales (1) mplee las sguenes ablas cn ls das expermenales Temperaura de rabaj: ncenracón ncal de sacarsa: (a) Das crrespndenes a la slucón de Hl más dluda ncenracón de Hl en la mezcla de reaccón. [ Hl] / / s M = m ln Tabla II / s ln 6

7 Fscquímca IBEX Guía de Trabajs Práccs 2010 (b) Das crrespndenes a la slucón de Hl más cncenrada ncenracón de Hl en la mezcla de reaccón. [ Hl] / M = / s m ln Tabla III / s ln (2) álcul de la cnsane de velcdad y el emp de vda meda. Se calcularán ess parámers de ds frmas dsnas: I) Represene ls das de ln en funcón del emp para cada cncenracón de Hl y calcule la cnsane de velcdad medane regresón lneal ( k I ). alcule el emp med a parr del valr de la cnsane de velcdad ( 1/2, I ). II) Para cada cncenracón de Hl, represene ls valres de x y (1 x) en funcón del emp en un msm gráfc y deermne el emp med de reaccón en cada cas ( 1/2, ). alcule la cnsane de velcdad a parr de ese emp med ( k II ). II A) uesnes Relacnadas al Trabaj Prácc. (I) uál de ls méds anerres cnsdera más adecuad para deermnar k y 1/2? Pr qué? (II) Qué sgnfca que la reaccón esudada sea de seudprmer rden? Qué crer expermenal le perme verfcar que la reaccón es de seudprmer rden en sacarsa? (III) Prpnga jusfcadamene un mecansm que perma explcar la cnéca de la reaccón analzada en el rabaj prácc. Explque qué papel juega la acdez del med y cóm se afeca la velcdad de reaccón cn la cncenracón de prnes. (IV) Resuelva ls prblemas 1 a 5 del el Semnar Nº 14 de néca Químca (V) m afecará la emperaura a la velcdad de ese prces? B) Gráfcs. En el nfrme deben nclurse ls sguenes gráfcs: ln ( ) / ( ) en funcón de para cada cncenracón de Hl. [ ] x y (1 x) en funcón de para cada cncenracón de Hl. ) Dscusón. Dscua brevemene ls resulads del Trabaj Prácc. 7