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🔬 Práctica de Laboratorio · Cinética Química

Cinética de la Oxidación de Etanol con Dicromato de Potasio

Fundamentos mecanicistas, determinación cuantitativa de la constante de velocidad (k) mediante espectrofotometría a 468 nm y análisis comparativo por variación de concentración y temperatura.

💡 Contexto Académico: Esta guía complementa el desarrollo experimental de la Práctica 11. Se enfoca en la justificación físico-química de cada parámetro experimental y en los criterios para la interpretación rigurosa de las curvas cinéticas.

🔬 1. La Reacción Química Central y viraje redox

Se analiza la oxidación del etanol (CH₃CH₂OH) utilizando el ión dicromato (Cr₂O₇²⁻, proveniente de K₂Cr₂O₇) como agente oxidante en un medio ácido fuerte concentrado (H₂SO₄).

Ecuación Química General (Redox):
3 CH₃CH₂OH(ac) + Cr₂O₇²⁻(ac) + 8 H⁺(ac) → 3 CH₃CHO(ac) + 2 Cr³⁺(ac) + 7 H₂O(l)
Reactivo que disminuye: El ión dicromato (Cr₂O₇²⁻) presenta una coloración naranja intensa y se reduce progresivamente conforme transcurre la reacción.
Producto en formación: El ión cromo(III) (Cr³⁺) adquiere coloración verde. El progreso cinético se monitorea por la disminución de absorbancia del dicromato naranja.

📊 2. Variables Clave y Diseño Experimental

El diseño permite evaluar selectivamente la dependencia de la velocidad respecto al sustrato y a la energía térmica del sistema:

Tipo de Variable Parámetro Físico-Químico Propósito y Control en Laboratorio
Independiente 1 Concentración de Etanol [Sustrato] Varía entre el Exp. 1 (1X) y Exp. 2 (2X) manteniendo el volumen final idéntico con agua destilada. Permite determinar el orden parcial de reacción.
Independiente 2 Temperatura Térmica (°C) Se contrasta temperatura ambiente (~20–25 °C, Día 1) frente a baño térmico a 40 °C (Día 2, Exp. 3). Revela la dependencia de Arrhenius.
Dependiente Medida Absorbancia a 468 nm (A₄₆₈) Seguimiento fotométrico continuo en función del tiempo (s), indicador estequiométrico del dicromato remanente.
Dependiente Calculada Constante de Velocidad (k) Pendiente obtenida de la regresión lineal de Log₁₀(Abs) vs. tiempo. Base matemática para la comparación analítica.

💡 3. Justificación de la Longitud de Onda (468 nm)

📈 4. Linealización Cinética por Log₁₀(Absorbancia)

Bajo exceso estequiométrico de etanol y ácido, la reacción se comporta como un sistema de pseudo-primer orden respecto al dicromato:

Ley integrada natural: ln[A]ₜ = -k·t + ln[A]₀
Conversión a base decimal (Log₁₀): Log₁₀[A]ₜ = (-k / 2.303)·t + Log₁₀[A]₀

Al graficar Log₁₀(Absorbancia) en el eje Y contra Tiempo (s) en el eje X, se obtiene una línea recta con ecuación y = m·x + b, donde:

⭐ Fórmula de Despeje de la Constante de Velocidad (\(k\)):
k (s⁻¹) = -m × 2.303
Para expresar la constante en unidades de min⁻¹, multiplique el valor de \(k\) en s⁻¹ por 60.

📅 5. Resultados Esperados y Matriz Comparativa (Día 1 vs. Día 2)

Día 1: Efecto de la Concentración de Etanol (T. Ambiente ~22 °C)

Día 2: Efecto de la Temperatura Térmica (40 °C)

✔ Jerarquía Cinética Final Esperada:
k₄ (Doble, 40°C) > k₃ (Base, 40°C) ≫ k₂ (Doble, 22°C) > k₁ (Base, 22°C)