Cinètica Química Estudi de la influència de la temperatura en la velocitat d’una reacció química

Què entenem per Cinètica Química? ▪ Es la branca de la química que estudia la velocitat de les reaccions i els seus mecanismes. La velocitat de una reacció depèn de la naturalesa de las substàncies (àrea de contacte), temperatura, concentració dels reactius i presència de catalitzadors. Un increment de temperatura produeix quasi invariablement un augment de velocitat; també l’augment de la concentració inicial origina una acceleració en la velocitat. ▪ La velocitat de una reacció química es aquella a la que les concentracions de las substàncies reaccionants varien amb el temps, és a dir, -dC/dt, on C és la concentració del reactiu i t el temps. El signe menys usat indica que la concentració disminueix amb el temps ▪ La cinètica química té molta importància avui dia ja que aconseguir accelerar una reacció química dins d’un procés industrial té nombrosos avantatges davant la competència.

Com influeix la temperatura? Per norma general, la velocitat de reacció augmenta amb la temperatura per que en augmentar-la incrementem l’energia cinètica de les molècules. Amb major energia cinètica, les molècules es mouen més de presa i xoquen amb més freqüència i amb més energia. Per a un gran nombre de reaccions químiques la velocitat es duplica aproximadament cada 10 ºC.

Què és una reacció quimioluminiscent? La producció de llum visible per part d’una reacció química es el procés de quimioluminescència. Aquesta ocorre quan una reacció que allibera energia produeix una molècula en un estat elèctricament excitat i eixa molècula, mentre retorna al seu estat basal, allibera energia en forma de llum. La quimioluminescència ocorre en estat gasós, com en els llamps, o en estat sòlid i líquid.  Les reacciones de quimioluminescència produeixen llum sense una prèvia absorció d’energia radiant. La bioluminescència es la producció de quimioluminescència por organismes vius.  Tal volta l’exemple millor conegut siga el de la cuca de llum. Altres organismes poden produir bioluminescència com algunes bactèries, algues, celenterats y alguns crustacis.

▪ La producció de quimioluminescència depèn de diversos factors. El procés de quimioluminescència es molt diferent de processos fotoluminescents (fluorescència i fosforescència).  Ambdós ocorren després de que es produeix un estat excitat al haver absorció de llum, cosa que no ocorre en la quimioluminescència, que no necessita excitació prèvia amb llum. La longitud d’onda (el color) emesa per una molècula està relacionada amb la energia del seu estat excitat. ▪ La producció de quimioluminescència depèn de diversos factors. 1r) La reacció deu proveir suficient energia per crear un estat elèctricament excitat. 2n) La reacció deu produir una espècie que siga capaç de formar un estat elèctricament excitat. 3r) La mescla de reacció deu contenir una molècula que la desactive d’un estat excitat per l’emissió de un fotó.

Investigació/Hipòtesi En aquesta pràctica els alumnes hauran de mesurar la quantitat de llum que s’emet en una reacció quimioluminescent a diferents temperatures. S’ha de comprovar si en augmentar la temperatura la velocitat de la reacció quimioluminescent augmenta i s’emet més llum, o a l’inrevés. Les dades experimentals s’enregistraran amb l’ajut del sensor de llum, la consola MultiLogPRO i el programa MultiLab

Material Material de laboratori  Vas de precipitats de 250 ml Elements de l’equip MultiLog  Consola amb cable USB i adaptador AC/DC  Sensor de Llum (rang: 0-6.6 Lx; sensibilitat: 7 mLx)  Ordinador Material de laboratori  Vas de precipitats de 250 ml  Gel (glaçons)  Barretes de llum química (Cyalume o altres).

Procediment 1. Engegueu la consola. Nota: Recordeu que el laboratori ha d’estar el més fosc possible a l’hora de mesurar la llum. 2. Connecteu el sensor de Llum a l’entrada 1 (I/O-1) de la consola, connecteu-la al PC i obriu el programa MultiLab 3. Cliqueu Ajudant de configuració i programeu la consola segons les instruccions del guió. 4. Col·loqueu el sensor de Llum dins d’una caixa de sabates de manera que estigui el més a fosques possible.

5. Agiteu i després doblegueu la barreta luminiscent per tal de posar en contacte els reactius. Als pocs segons veureu que esdevé la reacció química i la barreta comença a emetre llum. Introduïu llavors la barreta en la caixa de sabates i situeu-la davant mateix del sensor de llum. Cal posar la punta de la barreta encarada a l’obertura del sensor i en contacte, sinó, no funciona. . : 6. Cliqueu el botó Executar per començar la captació de dades. A la pantalla de l’ordinador apareixerà el gràfic, en funció del temps, de la intensitat lluminosa que arriba al sensor de llum procedent de la barreta quimioluminiscent. 7. Ara heu de posar la barreta dins del vas de precipitats ple amb glaçons uns 5 minuts per tal de disminuir la seva Tª. Després torneu a situar la barreta davant del sensor de llum (com abans), cliqueu el botó Executar per començar la captació de dades. A la pantalla del PC apareixerà un gràfic sobreposat a l’anterior.

Anàlisi i tractament de dades Una vegada obtingudes les dades, us hauria d’eixir un gràfic com el que us presentem tot seguit: Observeu el gràfic que heu produït i si n’esteu satisfets, guardeu les dades. Si no esteu satisfets, repetiu el punt 5 de l’apartat anterior. Una vegada obtingudes les dades, heu de contestar les qüestions del guió de pràctiques i redactar l’informe.

Context històric ▪ A les darreries del S-XIX comença a estudiar-se la rapidesa amb que ocorren les reaccions químiques. Comprendre els factors que incideixen sobre la rapidesa a la que es verifica una reacció química pressuposa la capacitat de governar-la. L’experiència demostrava que, per exemple, la hidròlisi de l’almidó s’accelerava per la presencia d’àcids. ▪ El primer esglaó en l’edificació de la teoria de la cinètica química el posà el suec Arrhenius qui en 1889 estudià la correlació existent entre la rapidesa amb que ocorre una reacció química i la temperatura. Svante August Arrhenius ( Vik, Suècia,1859 -Estocolm, 1927). Estudià en Upsala i en Estocolm, on Impartí classes de física en la Universitat (1891-1904). En 1904 passà a dirigir el Institut Nobel de Química Física (1905-1927).

▪ Sent estudiant, mentre preparava el doctorat en la universitat d’Upsala, va investigar les propietats conductores de les dissolucions electrolítiques, que va formular en la seua tesi doctoral. La seua acceptació científica li valgué l’obtenció del premi Nobel de Química en 1903. ▪ A banda de les solucions electrolítiques, va estudiar les velocitats de reacció i també astronomia. Així, com abans hem esmentat, en 1889 descobrí que la velocitat de les reacciones químiques augmenta amb la temperatura, en una relació proporcional a la concentració de molècules existents. ▪ Els resultats experimentals li van permetre deduir una nova magnitud, l’Ea (energia d’activació: energia que necessita un sistema per iniciar un determinat procés. L’Ea s’empra per denominar l’energia mínima necessària per a que es produïsca una reacció química determinada. Aquest concepte condueix a l’elaboració de la teoria de les col·lisions efectives com a forma d’interpretació de les reaccions químiques.

▪ Per a que esdevinga una reacció entre dos molècules, aquestes deuen col·lisionar amb l’orientació correcta i posseir una quantitat d’energia mínima. A mesura que les molècules s’aproximen, els núvols electrònics se repel·leixen. Per vèncer aquesta repulsió es necessita energia (energia d’activació), que prové del calor del sistema, és a dir, de l’energia translacional, vibracional,... etc de cada molècula. Si la energia és suficient, es venç la repulsió i les molècules s’aproximen el suficient per a que es produïsca una reordenació dels enllaços de las molècules i continue la reacció. ▪ Avui dia, és un camp de molta actualitat l’estudi de la disminució de l’energia d’activació mitjançant catalitzadors: substàncies (naturals o artificials) que rebaixen substancialment l’Ea i per tant augmenten la velocitat d’una reacció química, des d’unes poques unitats fins milers de vegades. ▪ Per acabar, el 1909 Arrhenius fou acceptat com membre estranger de la Royal Society.