Determinacion conductimetrica de la constante de velocidad para una cinetica de saponificacion

PRACTICA No. 1 DETERMINACIÓN CONDUCTIMÉTRICA DE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD PARA UNA CINÉTICA DE SAPONIFICACIÓN 1. Objetivo Determinar la ley experimental de velocidad (constante de velocidad y orden de reacción total) de la reacción de saponificación del a cetato de etilo por conductimetría.

2. Hipótesis El alumno debe escribir su hipótesis.

3. Fundamentos La saponificación del acetato de etilo transcurre relativamente rápida a 25°C de acuerdo con la ecuación: CH3COOC2H5 + NaOH ! CH3COONa + C 2H5OH La reacción puede seguirse conductimétricamente puesto que la conductividad disminuye en el transcurso de la reacción. Esto se deduce del hecho de que la conductividad molar del ión OH - es mayor que la del ión acetato y éstos sustituyen a los OH- en el transcurso de la reacción. Por otra parte el acetato de etilo y el alcohol que no son iónicos, prácticamente no afectan a las medidas de conductividad. Si la reacción se comporta como irreversible, de forma que los productos no afectan a la velocidad de la reacción, la ecuación de velocidad puede escribirse de la siguiente forma: !

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Si definimos: a = Concentración inicial de acetato de etilo b = Concentración inicial de hidróxido de sodio x = concentración de reactivo que reacciona en el tiempo t entonces se puede escribir: !

Ecuación 1

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si hacemos que las concentraciones iniciales de los reactivos sean iguales (a=b), la Ecuación 1 se transforma en: ! ! Ecuación 2 ! !"

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siendo r el orden total de la reacción. Por otra parte si llamamos: !!  a la conductividad específica inicial de la disolución. !!  a la conductividad específica de la disolución en el tiempo t. !!  a la conductividad específica final de la disolución. Podremos expresar x en función de las conductividades específicas mediante la expresión siguiente: !

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Ecuación 3

Utilizando las ecuaciones integradas para orden 1 y 2 utilizando los datos de la concentración inicial (a) y de x (concentración de reactivos en función de las conductividades) se puede determinar el orden global de la reacción y la constante de velocidad de la reacción estudiada.

4. MAPA CONCEPTUAL Elabora un mapa conceptual con las definiciones de los siguientes conceptos: Químicos Proceso de saponificación Ejemplo de una reacción de saponificación Indicador ácido-base Punto de equivalencia y punto final Punto de vire de la fenoftaleína Patrón primario • • • • • •

Conductimétricos   Electrolito Conductividad iónica Conductividad electrónica Conductividad específica ( ") de una disolución y sus unidades • • • •

Cinéticos Velocidad de reacción Constante de velocidad así como sus unidades Orden de reacción total y parcial • • •

5. PARTE EXPERIMENTAL Material

Reactivos

1 matraz aforado de 250 mL 3 matraces aforados de 100 mL 2 matraces aforados de 50 mL 1 matraz Erlenmeyer de 250 mL con tapón 3 matraces Erlenmeyer de 100 mL con tapón 1 vaso de precipitados de 100 mL 1 pipeta graduada de 10 mL 1 pipeta graduada de 2 mL 1 bureta de 50 mL 1 varilla de vidrio 1 embudo 1 gotero 1 propipeta o perilla de succión 1 frasco lavador 1 soporte metálico con 1 pinza de mariposa 1 montaje de soporte con 3 pinzas 1 baño termostático compartido 1 conductímetro con su celda de conductividades y soporte 1 cronómetro

Acetato de etilo Hidróxido de sodio Fenolftaleína Acetato de sodio Ftalato ácido de potasio

Desarrollo del experimento Preparación de disoluciones (Dis) •

•

Dis 1. Preparar 250 mL de disolución de NaOH 0.1M. Valorar esta disolución con ftalato ácido de potásio. Concentración de NaOH. Dis 2. Preparar 100 mL de disolución de acetato de etilo de concentración lo más parecida a la disolución de NaOH. Para preparar esta disolución previamente se ha tenido que valorar la disolución de sosa 0.1 M y se ha tenido que determinar su concentración. Recordar que la experiencia está

diseñada para que las concentraciones iniciales de acetato de etilo e hidróxido de sodio sean iguales. • • • •

Dis 3. Preparar 50 mL de disolución de acetato de etilo 0.02 M. Dis 4. Preparar 50 mL de disolución de hidróxido de sodio 0.02 M. Dis 5. Preparar 100 mL de disolución de hidróxido de sodio 0.01 M. Dis 6. Preparar 100 mL de disolución de acetato sódico de concentración lo más parecida a la concentración de la disolución de NaOH preparada en el apartado anterior. Para preparar esta disolución previamente se ha tenido

que valorar la disolución de sosa 0.1 M y se ha tenido que determinar su concentración.

Procedimiento experimental 1. Conectar el baño termostático a 25°C. 2. Preparar 250 mL de disolución de NaOH 0.1M (disolución 1). Valorar esta disolución con ftalato ácido de potasio y determinar la concentración de sosa. 3. Preparar la disolución de acetato de etilo aproximadamente 0.1 M (disolución 2). 4. Preparar las restantes disoluciones. 5. Introducir las disoluciones 3, 4 y 5 en el baño termostático. Previamente se trasvasan a matraces Erlenmeyer de 100 mL con tapón. 6. Medida de !! : Cuando se haya alcanzado el equilibrio térmico (aproximadamente 15 minutos) lavar la celda de conductividad varias veces con agua destilada y medir la conductividad de la disolución 5. Realizar la medida varias veces hasta que la conductividad no varié. Todas las medidas se efectuaran a 25°C, es decir DENTRO DEL B  AÑO. 7. Medida de !! : Para empezar la reacción añadir la disolución de NaOH 0.02M (disolución (4)) sobre la disolución de acetato de etilo 0.02M (disolución (3)). Agitar fuertemente y simultáneamente poner en marcha el cronometro. Lavar la celda de conductividad varias veces con agua destilada y medir la conductividad de la disolución lo más pronto posible. Sin sacar la celda de la disolución medir la conductividad a los siguientes intervalos de tiempo: las tres primeras medidas a intervalos de medio minuto las seis siguientes a intervalos de un minuto posteriormente cada 3 minutos durante una hora hasta que apenas cambie la conductividad. 8. Medida de !! : Introducir la disolución de acetato de sodio en el baño termostático. Cuando se haya alcanzado e l equilibrio térmico (aproximadamente 15 minutos) lavar la celda de conductividad varias veces con agua destilada y medir la conductividad de la disolución. Realizar la medida varias veces hasta que la conductividad no varié. • • •

6. Resultados Valoración de la disolución de sosa. Tabla 1. Construir una tabla que incluya la cantidad de ftalato ácido de potasio, los volúmenes de sosa consumidos en las valoraciones y las concentraciones de sosa calculadas para cada valoración. Incluye la secuencia de cálculo utilizada.

Medidas de conductividad Tabla 2. Presentar en forma tabulada las medidas de conductividad registradas en función del tiempo. Cálculos 1. Demostrar la ecuación (3). 2. Obtener las ecuaciones integradas de velocidad para cinéticas de primer y segundo orden en término de las conductividades, !! , !!  y !! . Utilizar la ecuación (3). 3. Expresar la concentración de sosa determinada anteriormente con su error. 4. Determinar la concentración inicial de la sosa en la mezcla reactiva con el número de cifras significativas adecuado. 5. Completar la tabla 2 incluyendo los datos referentes a las expresiones de las ecuaciones de velocidad de orden uno y dos. 6. Representar la conductividad y las expresiones correspondientes a las cinéticas de primer y segundo orden en función de la conductividad obtenidas en el apartado 2, en función del tiempo. Obtener el orden total de reacción y la constante absoluta de velocidad. Expresarla con las unidades y número de cifras significativas adecuados.

7. Análisis de resultados 8. Observaciones 9. Conclusiones 10. Cuestionario 1. Explicar por qué las concentraciones de los reactivos son iguales. 2. Explicar la necesidad de termostatización (influencia de la temperatura en la velocidad de reacción y en las medidas de "). 3. Establecer la relación entre concentraciones y conductividades especificas. 4. Deriva las expresiones de las leyes integradas de velocidad en función de ". 5. Establecer qué disoluciones son las necesarias para iniciar la reacción y para determinar " a tiempo cero y a tiempo infinito. 6. Explicar la evolución de " en función del tiempo.

11. Bibliografía