DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN DE LA NITROSACIÓN DE LA DIMETILUREA

DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN DE LA NITROSACIÓN DE LA DIMETILUREA. INTRODUCCIÓN La cinética de una reacción química es un modelo matemático obtenido de datos experimentales que describe la dependencia de las concentraciones de los reactivos y productos a través del tiempo. La cinética de una reacción es única ya que depende de la naturaleza de las especies que constituyen el sistema, de los eventos que ocurren a nivel molecular y de las condiciones de reacción (presión, temperatura y composiciones). Dado lo anterior podemos decir que la cinética de una reacción es el “material genético” de la reacción y por lo tanto será indispensable para el diseño del reactor, en donde se llevará a cabo dicha reacción. Por otra parte la velocidad de reacción tendrá la información necesaria para justificar un mecanismo de reacción propuesto. Un mecanismo de reacción es una serie de etapas elementales correspondientes a los eventos moleculares que se llevan a cabo durante la reacción. La suma de estas etapas elementales deben ser consistentes con la estequiometria observada y con la velocidad de reacción. El orden de reacción está definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley velocidad de la reacción. Este es también llamado orden total de reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente. OBJETIVO GENERAL Determinación del orden de reacción de la nitrosación de la dimetilurea. NaNO2 + CH3NHCONHCH3

CH3N(NO)CONHCH3 + Na+ + H2O

OBJETIVO PARTICULAR

MARCO TEÓRICO El orden de reacción es la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley rapidez de la reacción. Este es también llamado orden total de reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice. La molecularidad es también importante para determinar el orden y es el número de moléculas que participan en un paso elemental del mecanismo de una reacción. En los procesos elementales del mecanismo de reacción pueden coincidir orden y molecularidad.

1) Proceso unimolecular: A -> B + C 2) a.- Proceso bimolecular: A + B -> C b.- Proceso bimolecular: 2A -> F 3) Proceso trimolecular: 2A + B -> C El orden de reacción se puede ajustar trabajando bajo condiciones predeterminadas a un cierto valor (pseudo-orden). El estudio de la cinética de las reacciones consiste en la determinación de los parámetros cinéticos a través de los datos experimentales. Estos parámetros son la constante y ordenes de reacción. Básicamente existen dos métodos para obtener dichos parámetros, son el método integral y diferencial. Reacciones de orden cero: En este caso la velocidad de formación del producto viene dada por una ecuación del tipo: d [P] -------- = k dt Cuya integración conduce a:

[P] = [P]o + k t

Y por tanto a una variación lineal de la concentración con el tiempo. Reacciones de orden cero se encuentran frecuentemente en catálisis heterogénea, cuando la reacción se lleva a cabo sobre una superficie saturada de reactivo. Y en reacciones catalizadas con suficiente exceso de substrato para saturar el catalizador. Reacciones de primer orden Corresponden a procesos elementales unimoleculares: A

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P

La ley de velocidad es del tipo: d[A] -------- = - k [A] dt La integración de esta ecuación conduce a una expresión logarítmica: ln [A] = - k t + ln [A]o

Representando ln [A] frente al tiempo se obtiene una recta de pendiente igual a -k y con ordenada en el origen igual a ln [A]o. En procesos gobernados por leyes de primer orden la concentración de reactivo, A, disminuye exponencialmente y, de manera simultánea, la concentración de producto aumenta también exponencialmente: [A] = [A]o e - k t [P] = [A]o (1 - e - k t ) Reacciones de segundo orden: Pueden darse dos casos, dependiendo de que la ecuación de velocidad sea función de la concentración de un solo reactivo o de dos. El primer caso corresponde a una reacción elemental del tipo: 2A

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P

que podrá describirse mediante la ecuación de velocidad de segundo orden siguiente: d[A] -------- = - k [A] 2 dt La integración de esta ley de velocidad conduce a: 1 / [A] = k t + 1 / [A]o y por tanto, la representación de 1/[A] frente al tiempo da lugar a una recta de pendiente k y ordenada en el origen 1/[A]o. La concentración de A experimenta una variación hiperbólica con el tiempo: [A] = [A]o / (1 + [A]o k t ) El otro tipo de reacción de segundo orden viene representado por el proceso elemental: A+R

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P

que esta gobernado por la ecuación de velocidad: d[A] -------- = - k [A] [R] dt si llamamos x a la concentración de A que ha reaccionado en el tiempo t, la ley de velocidad integrada será: 1 [R]o ( [A]o - x ) -------------- ln ----------------------- = - k t [R]o - [A]o [A]o ( [R]o - x )

Un caso particular importante se encuentra cuando la concentración de uno de los reactivos es muy grande en comparación a la concentración del otro. En tal caso, la concentración del reactivo en exceso puede considerarse constante con el tiempo, por lo que la ley de velocidad quedará: v = k' [A] es decir, la ecuación de velocidad se transforma en una ecuación de seudo-primer orden.