Laboratorio No. 11: Estudio Cinético

Laboratorio No. 11: Estudio Cinético

1. INTRODUCCIÓN

  • La determinación de la rapidez de una reacción es fundamental para comprender:

    • Está íntimamente ligada con el mecanismo de la reacción.
    • Ayuda a determinar las condiciones óptimas para realizar la reacción.

  • La rapidez de reacción se puede medir mediante:

    • La variación de la concentración de los reactivos o productos como función del tiempo.

  • A partir de la rapidez de reacción, se puede establecer una ecuación que la defina.

    • El mecanismo propuesto para la reacción debe ser coherente con esta ecuación.

  • En este experimento se estudiará la cinética de una reacción tipo SN1 donde el disolvente actúa como nucleófilo.

2. REACCIÓN Y MECANISMO

  • Se considera la siguiente reacción neta:
    CH<em>3CH</em>3C-Cl+H<em>2O→CH</em>3CH3C-OH+HCl\text{CH}<em>3\text{CH}</em>3\text{C-Cl} + \text{H}<em>2\text{O} \rightarrow \text{CH}</em>3\text{CH}_3\text{C-OH} + \text{HCl}
  • Mecanismo propuesto:
    1. Paso lento:
    • CH<em>3CH</em>3C-Cl→CH<em>3CH</em>3C++Cl−\text{CH}<em>3\text{CH}</em>3\text{C-Cl} \rightarrow \text{CH}<em>3\text{CH}</em>3\text{C}^+ + \text{Cl}^-
    1. Paso rápido:
    • CH<em>3CH</em>3C++H<em>2O→CH</em>3CH<em>3C-OH</em>2\text{CH}<em>3\text{CH}</em>3\text{C}^+ + \text{H}<em>2\text{O} \rightarrow \text{CH}</em>3\text{CH}<em>3\text{C-OH}</em>2
    1. Desprotonación rápida:
    • CH<em>3CH</em>3C-OH<em>2→CH</em>3CH3C-OH+H+\text{CH}<em>3\text{CH}</em>3\text{C-OH}<em>2 \rightarrow \text{CH}</em>3\text{CH}_3\text{C-OH} + \text{H}^+

3. ECUACIONES Y CÁLCULOS

  • La ecuación para el cálculo de la concentración inicial del cloruro de alquilo se desarrolla a partir de las siguientes relaciones:

    • Utilizando la ecuación (5) y (7) en la ecuación (8):
    • [RCI]=[(V−V<em>0)×0.01N]−[(V</em>t−V0)×0.01N][RCI] = [(V-V<em>0) \times 0.01 N] - [(V</em>t - V_0) \times 0.01 N]

  • Volumen de reacción utilizado.

  • Factorizando la ecuación (9):
    [RCI]=(V−V<em>0)−(V</em>t−V0)volumen de reaccioˊn×0.01N[RCI] = \frac{(V-V<em>0) - (V</em>t - V_0)}{\text{volumen de reacción}} \times 0.01 N

  • Simplificación de la ecuación (10):
    [RCI]=(V−V<em>0)−(V</em>t−V0)volumen de reaccioˊn×0.01N[RCI] = \frac{(V-V<em>0) - (V</em>t - V_0)}{\text{volumen de reacción}} \times 0.01 N

  • Las ecuaciones (6) y (11) representan expresiones matemáticas para:

    • La concentración inicial del cloruro de alquilo: [RCI]0[RCI]_0
    • La concentración al tiempo $t$: [RCI]t[RCI]_t

  • La ecuación (4) permite calcular la constante $k$ al sustituir las ecuaciones:

    • ln⁡((V−V<em>0)(V−V</em>+))=kt\ln\left(\frac{(V-V<em>0)}{(V-V</em>+)}\right) = k t

  • Simplificación de la ecuación (12) para determinar la constante de velocidad $k$:
    ln⁡((V−V<em>0)(V−V</em>+))=kt\ln\left(\frac{(V-V<em>0)}{(V-V</em>+)}\right) = k t

4. APLICACIONES DEL EXPERIMENTO

  • Este experimento comparará la rapidez de hidrólisis del cloruro de terc-butilo utilizando:
    • Dos proporciones de etanol a agua: 1:1 y 2:3.
    • Diferentes temperaturas: temperatura ambiente y una temperatura más baja.

5. CONCLUSIONES

  • A través de la experimentación, se espera que las diferencias en las condiciones mencionadas proporcionen información clara sobre las tasas de reacción y los mecanismos involucrados en la hidrólisis SN1.
  • Estas modificaciones permiten deducir la influencia de los solventes y temperatura en la rapidez de reacción, destacando la importancia del diseño experimental en estudios cinéticos.