UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTADAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE QUIMICA
Obtención y tratamiento de datos cinéticos mediante el método integral y diferencial empleando la reacción de saponificación del acetato de etilo
ESTUDIANTES: Luizaga Ticona Celene Arlin Orellena Carvajal Alejandra Orihuela Mamani Jhoselin G. Salazar Padilla Ivana Guadalupe Velarde Arnez Lisbania
DOCENTE: Ing. Javier Bernardo Lopez A. MATERIA: Laboratorio de reactores SEMESTRE: 2/2015 FECHA: 12/02/2016 GRUPO: Miércoles
COCHABAMBA – BOLIVIA
OBTENCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS CINÉTICOS MEDIANTE EL METODO INTEGRAL Y DIFERENCIAL EMPLEANDO LA REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN DEL ACETATO DE ETILO 1. Introducción Una ecuación cinética que caracteriza a la velocidad de reacción y su forma puede provenir de consideraciones teóricas o ser simplemente el resultado de un procedimiento empírico de ajuste de curvas. En ambos casos, el valor de los coeficientes cinéticos de la ecuación solamente puede determinarse por vía experimental, ya que en la actualidad resultan inadecuados los modelos de predicción.
2. Objetivos 2.1. Objetivo general.Determinar los datos cinéticos por el método integral y diferencial mediante la reacción de saponificación del acetato de etilo.
2.2. Objetivos específicos.
Aplicar en el tratamiento de datos datos experimentales experimentales por los métodos: integral y Diferencial para la determinación de: a) El orden orden de reacción b) La constante de velocidad c) El tiempo tiempo de vida media
Definir la exactitud o la aproximación de cada método, mediante la comparación de los resultados obtenidos con respecto a los datos teóricos existentes
3. Marco Teórico La cinética química estudia la velocidad y el mecanismo mecanismo por medio de los cuales una especie química se transforma en otra. La velocidad es la masa de un producto formado o de un reactante consumido por unidad de tiempo. El mecanismo es la secuencia de eventos químicos individuales cuyo resultado global produce la reacción observada. La cinética química considera todos los factores que influyen sobre ella explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción. Para poder estudiar estudiar la cinética química de una una reacción debemos debemos seguir seguir de algunos métodos
Métodos químicos En los métodos químicos se separa una cantidad de sustancia (alícuota) del reactor para su análisis. Para que los métodos químicos sean eficaces, deben ser rápidos en relación a la reacción a estudiar, en caso contrario la reacción de la alícuota se ha de frenar mientras transcurre el proceso de análisis. Las formas en las que podemos detener el avance de la reacción son diversas, dependiendo de cada sistema: disminuyendo la temperatura de reacción, eliminando el catalizador, añadiendo un inhibidor al sistema, eliminando alguno de los reactivos.
Métodos Físicos En los métodos físicos se mide una propiedad física de la mezcla que cambie a lo largo de la reacción. Son rápidos y evitan tener que sacar muestras del reactor, por lo que en general son más indicados para el estudio cinético de una reacción. Los métodos físicos más frecuentes son medida de la presión en reacciones gaseosas, métodos dilatométricos (cambio en el volumen, métodos ópticos (polarimetría, índice de refracción, colorimetría, espectrofotometría), métodos eléctricos (conductimetría, potenciometría, polarografía).
3.1 Método Diferencial
Cuando una reacción es irreversible, en muchos casos es posible determinar el orden de reacción α y la constante de velocidad específica diferenciando
numéricamente los datos de concentración contra el tiempo. Por ejemplo: A productos Expresando la velocidad de reacción como -r A = kC Aα o bien como
dC A dt
kC A
Sacando logaritmo natural de ambos miembros de la velocidad de reacción tendremos:
ln
La pendiente de una gráfica de
dC A
ln k ln C A
dt
ln
dC A dt
A) es el orden de en función de ( ln C
reacción Para obtener la derivada de dC A / dt , debemos diferenciar los datos de concentración tiempo, numéricamente o gráficamente.
3.2 Método Integral Para determinar el orden de reacción por el método integral, conjeturamos el orden reacción e integramos la ecuación diferencial usada. Si el orden que supusimos es correcto, la grafica apropiada de los datos concentración-tiempo (determinada a partir de la integración) será lineal. Para el ejemplo A
productos, efectuada en un reactor por lotes de un
volumen constante, el balance de moles es: dC A dt
r A
En el caso de una reacción de orden cero, balance de moles moles combinados combinados dan
dC A dt
Integrando con C A = C A,o en t = 0, tenemos
,y r A = -k
la ley de velocidad y
k
C A
C A o
kt
,
Si el ajuste del grafico C A en función de tiempo no se ajusta a una aproximación lineal satisfactorio, satisfactorio, se ensaya ensaya con otra otra ecuación ecuación cinética. cinética.
4. Parte Experimental Se estudiara la reacción de saponificación del acetato de etilo
4.1 Equipo y Material a Utilizar
Dos matraces aforados de 100 mL
Una bureta de 25 mL
Dos vasos precipitados de 250 mL
Dos matraces Erlenmeyer de 100 mL
Un cronómetro
Ácido clorhídrico concentrado concentrado Hidróxido de sodio Acetato de etilo Fenolftaleina Agua Destilada
4.2 Desarrollo de la Práctica
Preparar 50 ml de solución 0.03 M de NaOH.
Preparar 50 ml de solución 0.03 M de acetato de etilo.
Preparar y valorar 200 ml de la solución de concentración 0.01M de ácido clorhídrico ( HCl) y aforar en una bureta con con la solución de HCl 0.01 M
Tomar 50mL de acetato de etilo con una probeta y agregarlos a un vaso de precipitados de 250mL que servirá como reactor.
Adicionar 2 ó 3 gotas de fenolftaleína al vaso de precipitados precipitados (reactor).
Adicionar 50mL de NaOH al reactor e inmediatamente proseguir con el siguiente paso.
Tomar una alícuota de 5 ml del sistema, adicionarlos a un matraz Erlenmeyer y titular con HCl 0.01M.
Nota:
Repetir el anterior anterior paso cada 2 minutos minutos (tomar 10 lecturas). La última alícuota probablemente será de 5 ml, debido al error de
medición.
4.2.1 Diagrama Experimental
Acetato de Etilo
NaOH
0.03M
0.03M
Fenolftaleina
50 ml Acetal Etilo
50 ml NaOH
HCl
Incoloro
Titular
Rosa
Imagen: reactivos (Acetato de etilo e hidróxido de sodio) y equipos utilizados.
Imagen.- vasos de precipitado, probetas graduadas y matraz Erlenmeyer utilizados en la práctica.
Imagen.- solución de la alícuota y fenolftaleína (rosado), solución incolora después de la titulación con HCL.
5. Cálculos y Resultados
C Acetato de etilo=CA0= 0.03 M C NaOH=CB0= 0.03 M T= 21 ºC CHCL= 0.01 M
Tabulación de CA vs. Tiempo Experimental
Diferencial
Integral
Tiempo
Tiempo CA
Tiempo
CA
CA
0,93
0,0144
0,93
0,93
0,01494787
3,15
0,0144
3,15
3,15
0,01482488
6,27
0,0144
6,27
6,27
0,01465541
10,1
0,0142
10,1
10,1
0,01445261
15,7
0,0142
15,7
15,7
0,01416598
20,25
0,014
20,25
20,25
0,01394133
25,61
0,0138
25,61
25,61
0,01368566
35,33
0,0134
35,33
35,33
0,01324518
45,45
0,013
45,45
45,45
0,01281572
55,48
0,0126
55,48
55,48
0,0124167
65,08
0,0122
65,08
65,08
0,01205739
75,36
0,0112
75,36
75,36
0,01169499
85,25
0,0112
85,25
85,25
0,01136633
95,23
0,0108
95,23
95,23
0,01105288
102,38
0,0114
102,38
102,38
0,01083874
107,15
0,0108
107,15
107,15
0,01070043
113,22
0,0112
113,22
113,22
0,01052946
116,22
0,0098
116,22
116,22
0,01044696
120,87
0,0098
120,87
120,87
0,0103216
Tabla de Comparación de Resultados Método V aria ri able ble
Orden de reacción Constante
Li teral teral
Integ ral
n
2
k
0.25
Di ferenci al Unidades Unidades
L/mol min
Tiempo medio
t1/2
266.67
min.
GRAFICO DE CONCENTRACION DE NaOH VS TIEMPO
Concentración Concentración de NaOH vs Tiempo 0.016 0.015
] M [ H0.014 O a N e 0.013 d n ó i c 0.012 a r t n e c 0.011 n o C
CA vs t [EXP] CA vs t [Int]
0.01 0.009 0
20
40
60
Tiempo [min]
80
100
120
6. Observaciones y Conclusiones
Se
logró
realizar
el
tratamiento
de
los
datos
obtenidos
experimentalmente en la reacción de Saponificación de Acetato de Etilo mediante los métodos integral y diferencial obteniendo parámetros cinéticos similares.
Se calculó la constante de velocidad y el tiempo de vida media usando ambos métodos observándose poca variación en los resultados.
Aplicar en el tratamiento de datos experimentales los dos métodos matemáticos señalados, para la determinación del orden de reacción, la constante de velocidad y el tiempo de vida media.
Se logró obtener que la orden de reacción es de 2 orden con una constante de 0.25 y tiempo medio de 266.67
6. Bibliografía.-
1.
FOGLER H. S.
(2001)
“Elementos de Ingeniería de las Reacciones
Químicas”, 3a. ed. Pearson Educación, México 2. LEVENSPIEL, O. (1998) “Ingeniería de las Reacciones Químicas”, 2a. ed.
Wiley, Nueva York 3. MISSEN, Ronald Ronald W. (1998) “Introduction “Introduction to Chemical Chemical Reaction Engineering and Kinetics” 1a. ed. John Wiley, W iley, New York
4. http://www.escet.urjc.es/~iqa/lab_doc.html#reactores 5. http://www.user1.7host.com/esiqie/quimica/cinetica/indice.htm
