UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE NICARAGUAUNAN-LENFACULTAD DE
CIENCIAS QUIMICASCARRERA DE FARMACIA
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA
TEMA: Reporte de laboratorio Cintica de una disolucin acuosa
ELABORADO POR:
Br. Adalila Isabel Tllez Silva Br. Roberto Ariel Trujillo
Jurez
DOCENTE:Lic. Azucena Silva Gonzlez
Len, Octubre 2012
INTRODUCCIN
La cintica o dinmica qumica es el estudio de los mecanismos y de
las velocidades de las reacciones qumicas. Desde el punto de vista
cintica, una mezcla reaccionante es un sistema dinmica cuya
cantidad se mueve en procura de un estado de equilibrio. En la vida
prctica, la velocidad de una reaccin es tan importante como la
reaccin misma.
La cintica qumica en la industria farmacutica ayuda a predecir
la velocidad y el tiempo de degradacin de las drogas, as como la
estabilidad y su vida til.
OBJETIVOS
Conocer la importancia de la cintica qumica en la industria
farmacutica.
Aprender a hacer una lectura de la concentracin de aspirina con
un espectrofotmetro.
MARCO TERICO
Lacintica qumicaes un rea de lafisicoqumicaque se encarga del
estudio de la rapidez de reaccin, cmo cambia la rapidez de reaccin
bajo condiciones variables y qu eventos moleculares se efectan
mediante la reaccin general (Difusin,superficies, catlisis). La
cintica qumica es un estudio puramente emprico y experimental;
laqumica cunticapermite indagar en las mecnicas de reaccin, lo que
se conoce comodinmica qumica.
Cintica de las reaccionesEl objeto de la cintica qumica es medir
las velocidades de las reacciones qumicas y encontrar ecuaciones
que relacionen la velocidad de una reaccin con variables
experimentales.Se encuentra experimentalmente que la velocidad de
una reaccin depende mayormente de latemperaturay
lasconcentracionesde las especies involucradas en la reaccin. En
las reacciones simples, slo la concentracin de los reactivos afecta
la velocidad de reaccin junto con la temperatura, pero en
reacciones ms complejas la velocidad tambin puede depender de la
concentracin de uno o ms productos. La presencia de un catalizador
tambin afecta la velocidad de reaccin; en este caso puede aumentar
su velocidad. Del estudio de la velocidad de una reaccin y su
dependencia con todos estos factores se puede saber mucho acerca de
los pasos en detalle para ir de reactivos a productos. Esto ultimo
es el mecanismo de reaccin.Las reacciones se pueden clasificar
cinticamente en homogneas y heterogneas. La primera ocurre en una
fase y la segunda en ms de una fase. La reaccin heterognea depende
del rea de una superficie ya sea la de las paredes del vaso o de
uncatalizadorslido. En este captulo se discuten reacciones
homogneas.
Rapidez de la reaccinLa Rapidez (o velocidad) de reaccin est
conformada por la rapidez de formacin y la rapidez de
descomposicin. Esta rapidez no es constante y depende de varios
factores, como la concentracin de los reactivos, la presencia de un
catalizador, la temperatura de reaccin y el estado fsico de los
reactivos. Uno de los factores ms importantes es la concentracin de
los reactivos. Cuanto ms partculas existan en un volumen, ms
colisiones hay entre las partculas por unidad de tiempo. Al
principio, cuando la concentracin de reactivos es mayor, tambin es
mayor la probabilidad de que se den colisiones entre las molculas,
y la rapidez es mayor. A medida que la reaccin avanza, al ir
disminuyendo la concentracin de los reactivos, disminuye la
probabilidad de colisin y con ella la rapidez de la reaccin. La
medida de la rapidez de reaccin implica la medida de la
concentracin de uno de los reactivos o productos a lo largo del
tiempo, esto es, para medir la rapidez de una reaccin necesitamos
medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de
tiempo, o bien la cantidad de producto que aparece por unidad de
tiempo. La rapidez de reaccin se mide en unidades de
concentracin/tiempo, esto es, en (mol/l)/s es decir moles/(ls).Para
una reaccin de la forma:
la ley de la rapidez de formacin es la siguiente:
es la rapidez de la reaccin,la disminucin de la concentracin del
reactivo A en el tiempo. Esta rapidez es la rapidez media de la
reaccin, pues todas las molculas necesitan tiempos distintos para
reaccionar.La rapidez de aparicin del producto es igual a la
rapidez de desaparicin del reactivo. De este modo, la ley de la
rapidez se puede escribir de la siguiente forma:
Este modelo necesita otras simplificaciones con respecto a:
Laactividad qumica, es decir, la "concentracin efectiva" La
cantidad de los reactivos en proporcin a la cantidad de los
productos y del disolvente La temperatura La energa de colisin
Presencia de catalizadores Lapresin parcialde gases
ORDEN DE REACCINPara cada reaccin se puede formular una ecuacin,
la cual describe cuantas partculas del reactivo reaccionan entre
ellas, para formar una cantidad de partculas del producto.Para una
reaccin de la forma:
esto significa, que dos partculas A colisionan con una partcula
B, una partcula C y una partcula D para formar el producto E.Sin
embargo, la probabilidad de que cinco partculas colisionen al mismo
tiempo y con energa suficiente, es escasa.Ms probable es que dos o
tres partculas colisionen y formen unproducto intermedio, este
producto intermedio colisiona con las dems partculas y forma otros
productos intermedios hasta formar el producto E, aqu un
ejemplo:
La descomposicin de la reaccin principal en llamadasreacciones
elementalesy el anlisis de estas nos muestra exactamente como
ocurre esta reaccin.Por medio de mtodos experimentales o por
premisas se puede determinar la dependencia de la rapidez de
lasreacciones elementalescon las concentraciones de los componentes
A, B, C y D.Elorden de reaccinest definido como la suma de los
exponentes de las concentraciones en la ley de la rapidez de la
reaccin. Este es tambin llamadoorden total de reaccin, pues el
orden depende del reactivo que se analice. El orden de la
reacciones se determina experimentalmente.Ejemplo:Suponiendo que la
velocidad de reaccin de la primera reaccin elemental tiene una
dependencia cuadrtica con la concentracin del reactivo A, esto
significa que esta reaccin es de segundo orden con respecto al
reactivo A. El orden total de esta reaccin es tambin segundo, pues
no hay otros reactivos.Suponiendo que la velocidad de reaccin de la
segunda reaccin elemental tenga una dependencia lineal con la
concentracin del reactivo A2, lineal con la concentracin del
reactivo B y ninguna dependencia con C. Entonces es la reaccin de
primer orden en relacin a A2, de primer orden en relacin a B y de
cero orden en relacin al componente C. El orden total es
segundo.Suponiendo que la velocidad de reaccin de la tercera
reaccin elemental tenga una dependencia lineal con la concentracin
de A2BC, pero ninguna con la concentracin de D, entonces es la
reaccin de primer orden en relacin a A2BC y de orden cero en
relacin a D. El orden total de la reaccin es primero.Para una
reaccin hipottica de la forma:
la velocidad de reaccin se define como la siguiente expresin en
caso de que sea una reaccin simple molecular, como la del caso
anterior:v=k[A][B](las concentraciones de reactivos estn elevados a
su correspondiente coeficiente cintico slo en el caso en el que la
reaccin sea elemental). Donde los corchetes denotan
laconcentracinde cada una de las especies; "r" denota la rapidez de
reaccin y "k" es la constante cintica. La velocidad de las
reacciones qumicas abarca escalas de tiempo muy amplias. Por
ejemplo, unaexplosinpuede ocurrir en menos de un segundo; la coccin
de unalimentopuede tardarminutosuhoras.
Factores que afectan la velocidad de las reaccionesExisten
varios factores que afectan la rapidez de una reaccin qumica: la
concentracin de los reactivos, la temperatura, la existencia de
catalizadores y la superficie de contactos tanto de los reactivos
como del catalizador. Los catalizadores pueden aumentar o disminuir
la velocidad de reaccin.TemperaturaPor norma general, la rapidez de
reaccin aumenta con latemperaturaporque al aumentarla incrementa
laenerga cinticade lasmolculas. Con mayorenerga cintica, las
molculas se mueven ms rpido y chocan con ms frecuencia y con
msenerga. El comportamiento de laconstante de rapidezocoeficiente
cinticofrente a la temperatura = lnA (Ea / R)(1 / T2 1 / T1) esta
ecuacin linealizada es muy til y puede ser descrito a travs de
laEcuacin de Arrheniusdonde K es la constante de la rapidez, A es
el factor de frecuencia, EA es la energa de activacin necesaria y T
es la temperatura, al linealizarla se tiene que ellogaritmo
neperianode la constante de rapidez es inversamente proporcional a
la temperatura, como sigue: ln(k1 / k2) la hora de calcular la
energa de activacin experimentalmente, ya que la pendiente de la
recta obtenida al graficar la mencionada ley es: -EA/R, haciendo un
simple despeje se obtiene fcilmente esta energa de activacin,
tomando en cuenta que el valor de laconstante universal de los
gaseses 1.987cal/K mol. Para un buen nmero de reacciones qumicas la
rapidez se duplica aproximadamente cada diezgrados centgradosEstado
Fsico de los ReactivosSi en una reaccin interactan reactivos en
distintas fases, su rea de contacto es menor y su rapidez tambin es
menor. En cambio, si el rea de contacto es mayor, la rapidez es
mayor.Al encontrarse los reactivos en distintas fases aparecen
nuevos factores cinticos a analizar. La parte de la reaccin qumica,
es decir, hay que estudiar la rapidez de transporte, pues en la
mayora de los casos estas son mucho ms lentas que la rapidez
intrnseca de la reaccin y son las etapas de transporte las que
determinan la cintica del proceso.No cabe duda de que un mayor rea
de contacto reduce la resistencia al transporte, pero tambin son
muy importantes la difusividad del reactivo en el medio, y su
solubilidad, dado que esta es el lmite de la concentracin del
reactivo, y viene determinada por el equilibrio entre las
fases.Presencia de un catalizadorLos catalizadores aumentan o
disminuyen la rapidez de una reaccin sin transformarse. Suelen
empeorar la selectividad del proceso, aumentando la obtencin de
productos no deseados.La forma de accin de los mismos es
modificando el mecanismo de reaccin, empleando pasos elementales
con mayor o menor energa de activacin.Existen catalizadores
homogneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos
(por ejemplo, el hierro III en la descomposicin del perxido de
hidrgeno) y catalizadores heterogneos, que se encuentran en
distinta fase (por ejemplo la malla de platino en las reacciones de
hidrogenacin).Los catalizadores tambin pueden retardar reacciones,
no solo acelerarlas, en este caso se suelen conocer como
retardantes o inhibidores, los cuales impiden la produccin.Los
catalizadores no modifican la entalpia, la entropia o la energia
libre de Gibbs de los reactivos. Ya que esto unicamente depende de
los reactivos.Concentracin de los reactivosLa mayora de las
reacciones son ms rpidas en presencia de un catalizador y cuanto ms
concentrados se encuentren los reactivos, mayor frecuencia de
colisin.Si los reactivos estn en disolucin o son gases encerrados
en un recipiente, cuanto mayor sea su concentracin, ms alta ser la
velocidad de la reaccin en la que participen, ya que, al haber ms
partculas en el mismo espacio, aumentar el nmero de colisiones.El
ataque que los cidos realizan sobre algunos metales con
desprendimiento de hidrgeno es un buen ejemplo, ya que este ataque
es mucho ms violento cuanto mayor es la concentracin del cido.La
obtencin de una ecuacin que pueda emplearse para predecir la
dependencia de la rapidez de reaccin con las concentraciones de
reactivos es uno de los objetivos bsicos de la cintica qumica. Esa
ecuacin, que es determinada de forma emprica, recibe el nombre
deecuacin de rapidez. De este modo si consideramos de nuevo la
reaccin hipottica la rapidez de reaccin "r" puede expresarse
comoLos trminos entre corchetes son las molaridades de los
reactivos y los exponentes m y n son coeficientes que, salvo en el
caso de una etapa elemental no tienen por que estar relacionados
con elcoeficiente estequiomtricode cada uno de los reactivos. Los
valores de estos exponentes se conocen comoorden de reaccin.Hay
casos en que la rapidez de reaccin no es funcin de la concentracin,
en estos casos la cintica de la reaccin est condicionada por otros
factores del sistema como por ejemplo la radiacin solar, o la
superficie especfica disponible en una reaccin gas-slido cataltica,
donde el exceso de reactivo gas hace que siempre estn ocupados
todos los centros activos del catalizador.PresinEn una reaccin
qumica, si existe una mayor presin en el sistema, sta va a variar
la energa cintica de las molculas. Entonces, si existe una mayor
presin, la energa cintica de las partculas va a aumentar y la
reaccin se va a volver ms rpida; al igual que en los gases, que al
aumentar su presin aumenta tambin el movimiento de sus partculas y,
por tanto, la rapidez de reaccin es mayor. Esto es vlido solamente
en aquellas reacciones qumicas cuyos reactantes sean afectados de
manera importante por la presin, como los gases. En reacciones
cuyos reactantes sean slidos o lquidos, los efectos de la presin
son nfimos.LuzLa luz es una forma de energa. Algunas reacciones, al
ser iluminadas, se producen ms rpidamente, como ocurre en el caso
de la reaccin entre el cloro y el hidrgeno. En general, la luz
arranca electrones de algunos tomos formando iones, con lo que
aumenta considerablemente la velocidad de reaccin.
Energia de Activacin
En1888, el qumico suecoSvante Arrheniussugiri que
lasmolculasdeben poseer una cantidad mnima deenergapara reaccionar.
Esa energa proviene de laenerga cinticade las molculas que
colisionan. La energa cintica sirve para originar las reacciones,
pero si las molculas se mueven muy lento, las molculas solo
rebotarn al chocar con otras molculas y la reaccin no sucede. Para
que reaccionen las molculas, stas deben tener una energa cintica
total que sea igual o mayor que cierto valor mnimo de energa
llamadoenerga de activacin(Ea). Una colisin con energaEao mayor,
consigue que los tomos de las molculas alcancen el estado de
transicin. Pero para que se lleve a cabo la reaccin es necesario
tambin que las molculas estn orientadas correctamente. Laconstante
de la rapidez de una reaccin(k) depende tambin de la temperatura ya
que la energa cintica depende de ella. La relacin entreky la
temperatura est dada por laecuacin de Arrhenius:
o, tambin, expresada en forma de logaritmos neperianos:
Donde A es elfactor de frecuencia de la materia prima con la
presin..
FUNDAMENTO ANALTICO
CALCULOS
Reaccion de orden cero
Ko= Co- C/ t= Ko= 95.52- 96.05366048 /20= -0.026683024
Ko= Co- C/ t= Ko= 95.52- 95.6105056 /40= -2.262664X 10-6
Ko= Co- C/ t= Ko= 95.52- 94.5976888/60= 0.01537185333
Ko= Co- C/ t= Ko= 95.52- 93.659852/80= 0.01537185333
X = x/n= -0.026683024+ -2.262664X 10-6
+0.01537185333+0.01537185333/ 4= 2.984604167x10-3
S= (x1 x 2) 2 /n-1 = (-0.026683024 - 2.984604167x10-3 )2 +
(-2.262664X 10-6 - 2.984604167x10-3 )2 + (0.01537185333-
2.984604167x10-3 ) 2+ ( 0.01537185333 - 2.984604167x10-3 )2 /
4-1=
S= 8.801681611x10-4 + 5.133163598 + 1.534439418x10-4 +
1.534439418x10-4 / 3= 1.71145 0218 = 1.30822407
CV= S/ X 100 = 43832.141 %
Resumen
Rx orden cero Ko= 2.984604167x10-3 CV= 43832.141 %
PRIMER ORDEN
K1= 1/t Ln Co /C
K1= 1/20 Ln 95.52 /96.05366048 = -2.785674498 x10-4
K1= 1/40 Ln 95.52 / 95.6105056 = -2. 367638972x10-5
K1= 1/60 Ln 95.52 / 94.5976888= 1.617100862x10-4
K1= 1/80 Ln 95.52 / 93.659852 = 2.458253259x10-4
X= X /n= -2.785674498 x10-4+-2.
367638972x10-5+1.617100862x10-4+2.458253259x10-4 / 4 =
2.632289315x10-5
S= (X1-X) 2= (-2.785674498 x10-4 - 2.632289315x10-5)2 +(-2.
367638972x10-5- 2.632289315x10-5)2
+(1.617100862x10-4-2.632289315x10-5)2 +(2.458253259x10-4 -
2.632289315x10-5)2 / 4 -1 =
S= 9.295812122x10-8 + 2.49499928287x10-9 +1.832969204x10-8 +
4.818131798x10-8 = 1.619641305x10-7= 4.024476742x10-4
CV = S /X 100 = = 4.024476742x10-4 /2.632289315x10-5 =
1528.888454 %
Resumen
Rx primer orden K1=2.632289315x10-5CV = 1528.888454 %
Segundo Orden
K2= 1/t ( 1/C 1/Co )
K2= 1/20 ( 1/96.053366048 -1 / 95.52) = -2.908217029x10-6
K2= 1/40 ( 1/95.6105056 -1 / 95.52) = -2.477510661x10-7
K2= 1/60 ( 1/94.5976888 -1 / 95.52) = 1.701184403x10-6
K2= 1/80 ( 1/93.659852 -1 / 95.52) = 2.599020659x10-6
X =X / 4 = -2.908217029x10-6+-2.477510661x10-7+1.701184403X10-6+
2.599020659x10-6 /4 = 2.438628308x10-6
S =( X1-X )2= (-2.908217029x10-6 -
2.860592417x10-7)2+(-2.477510661x10-7
-2.860592417x10-7)2+(1.701184403X10-6 - 2.860592417x10-7)2 +
(2.599020659x10-6- 2.860592417x10-7)2 /4-1 =
S= 1.020340089x10-11 +2.849534447x10-13 + 2.002579222x10-12 +
5.349790518x10-12 = 5.946908025x10-12 = 2.438628308x10-6
CV = S /X 100 = 2.438628308x10-6/ 2.438628308x10-6 x 100 = 100
%
Resumen Rx segundo orden K1=2.438628308x10-6CV= 100 %
Entonces decimos que el orden de la reaccion sera al de 2da
orden , se tomar siempre el CV mas bajo.
1) 1mg AS -------} 1.304 mg ASA 62.757 mg/ml * 1mg/ 1000mg =
0.0627 mg/ml
0.062757 mg/ml * 100ml/1ml = 6.2757 mg /100 ml
1mg AS-------} 1.304 mg ASA6.2757 MG/100ml ------x= 8.18 MG
/100ml ASA
0.1037 =103.7mg103.7ml /100ml --------8.18 ml/100ml
Co=95.52 mg/100ml ASA
2) 1mg AS -------} 1.304 mg ASA58.638 mg/ml * 1mg/ 1000mg =
0.058638 mg/ml
0.058638 mg/ml * 100ml/1ml = 5.8638 mg /100 ml
1mg AS-------} 1.304 mg ASA5.8638 mg/1000ml ------}x=
7.6463952mg /100ml ASA
0.1037 =103.7mg103.7ml /100ml - 7.6463952 ml/100ml ASA
Co=96.0536048 mg/100ml ASA
3) 1mg AS -------} 1.304 mg ASA62.036 mg/ml * 1mg/ 1000mg =
0.062036 mg/ml
0.062036 mg/ml * 100ml/1ml = 6.2036 mg /100 ml
1mg AS-------} 1.304 mg ASA6.2036 mg/1000ml ------}x= 8.0894944
mg /100ml ASA
0.1037 =103.7mg103.7ml /100ml - 8.0894944 ml/100ml ASA
Co=95.6105056 mg/100ml ASA
4) 1mg AS -------} 1.304 mg ASA69.803 mg/ml * 1mg/ 1000mg =
0.069803 mg/ml
0.069803 mg/ml * 100ml/1ml = 6.9803 mg /100 ml
1mg AS-------} 1.304 mg ASA6.9803 mg/1000ml ------}x= 9.1023112
mg /100ml ASA
0.1037 =103.7mg103.7ml /100ml - 9.1023112 ml/100ml ASA
Co=94.5976888 mg/100ml ASA
5) 1mg AS -------} 1.304 mg ASA76.995 mg/ml * 1mg/ 1000mg =
0.076995 mg/ml
0.076995 mg/ml * 100ml/1ml = 7.6995 mg /100 ml
1mg AS-------} 1.304 mg ASA7.6995 mg/1000ml ------}x= 10.040148
mg /100ml ASA
0.1037 =103.7mg103.7ml /100ml - 10.040148 ml/100ml ASA
Co=93.659852 mg/100ml ASA
RESULTADOS DE LA PRACTICA
GRAFICOS DE ORDEN
TiempoConcentracin
(min)ASA(mg/ml)
095.52
2096.05366048
4095.6105056
6094.5976888
8093.659852
TiempoLnCo
(min)ASA
04.55933565
204.564907
404.56028271
604.54963304
804.53966962
Tiempo1/C
(min)ASA
00.2193302
200.21906251
400.21928465
600.21979795
800.22028035
CONCLUSIONES
Durante la practica logramos los objetivos que nos propusimos ,
supimos la importancia de la cinetica quimica para la insustria
farmaceutica , conociendo la estabilidad de un farmaco , tambien
pudimos conocer el metodo mas facil para medir la concentracion de
la aspirina.
BIBLIOGRAFIA
Gilbert W. Castellon, fisicoquimica , 2a edicin , Pearson
Educacin, 1998
WEBGRAFIA
WWW. BUENASTAREAS.COM
WWW. WIKIPEDIA.COM