LEYES DE VELOCIDAD Y ESTEQUIOMETRIA Ejemplo 3.1
Determinacin !e la ener"#a !e acti$acin
Calcule la activación para la descomposición de cloruro de benceno diazonio para dar clorobenceno y nitrógeno: utilizando la información de la tabla E3-1.1 para la reacción de primer orden.
-1
%&s ' T &%'
(.((()3 313.(
Ejemplo 3.% 3.%
TA!A TA!A E3-1.1 "AT#$ "AT#$ (.((1(3 (.((1*( 31.( 33.(
(.((3++ 3*.(
(.((,1, 333.(
E&pre'ar Cj()j*+, para para -na reaccin en a'e li/-i!a.
El /abón consiste de sales de sodio y potasio de diversos 0cidos grasos tales como los 0cidos oleico este0rico palm2tico laurico y miristico. !a saponicación saponicación para la formación de /abón a partir de sosa caustica acuosa y estearato de glicerilo es: 34a#5&a6' 7 &C1,53+C##'3C35+
3C1,53+C##4a 7 C35+'3.
$i 8 representa la conversión de 9idróido de sodio &las moles de 9idróido de sod sodio 6ue 6ue reacc eaccio iona narron por por mol mol de 9idr 9idró óido ido de sodi sodio o inic inicia ialm lmen ente te' ' elaboraremos una tabla este6uiometria para epresar epresar la concentración de cada especie en t;rminos de su concentración inicial y la conversión 8.
NaOH +
1
( C 3
17
H 35 COO
)
3
C 3 H 5 → C 17 H 35 COONa +
1 3
(
)
C 3 H 5 OH 3
1
1
3
3
A + B → C + D
se considera constante= V =V 0
por lo tanto C A =
ΘB =
N A V
=
C BO C AO
V 0
=
Θ C =
Especie
N AO (1 − X )
C CO C AO
V 0
Θ D =
$2mbo lo A
4a#5
( C
N A
H 35 COO )3 C 3
17
(
)
=C AO 1 − X
C DO C AO
?nicialmen te
Cambi o
N AO
− N AO X
N BO
−1 3
N AO
C 17 H 35 COONa
C
N CO
N AO X
C 3 H 5 (OH )3
"
N DO
1 3
Agua&inerte'
?
N 10 N ¿
N AO
−¿ 0 ¿
@eman emanen ente te
Conc Concen entr trac ació ión n
N AO (1 − X )
(
N A 0 Θ B−
C AO ( 1− X )
X 3
)
N AO ( ΘC + X )
(
N A 0 Θ D − N 10
X 3
(
C AO C A 0−
X 3
)
C AO ( ΘC + X )
)
(
C AO C D 0 +
X 3
)
C 10
N T T = N ¿
Ejemplo 0312A &a' &a' Escrib Escriba a la ley ley de veloc velocid idad ad para para las siguie siguiente ntes s asumie asumiend ndo o 6ue 6ue cada cada reacción sigue una ley de velocidad elemental.
1
1
3
3
A + B → C + D
se considera constante= V =V 0
por lo tanto C A =
ΘB =
N A V
=
C BO C AO
V 0
=
Θ C =
Especie
N AO (1 − X )
C CO C AO
V 0
Θ D =
$2mbo lo A
4a#5
( C
N A
H 35 COO )3 C 3
17
(
)
=C AO 1 − X
C DO C AO
?nicialmen te
Cambi o
N AO
− N AO X
N BO
−1 3
N AO
C 17 H 35 COONa
C
N CO
N AO X
C 3 H 5 (OH )3
"
N DO
1 3
Agua&inerte'
?
N 10 N ¿
N AO
−¿ 0 ¿
@eman emanen ente te
Conc Concen entr trac ació ión n
N AO (1 − X )
(
N A 0 Θ B−
C AO ( 1− X )
X 3
)
N AO ( ΘC + X )
(
N A 0 Θ D − N 10
X 3
(
C AO C A 0−
X 3
)
C AO ( ΘC + X )
)
(
C AO C D 0 +
X 3
)
C 10
N T T = N ¿
Ejemplo 0312A &a' &a' Escrib Escriba a la ley ley de veloc velocid idad ad para para las siguie siguiente ntes s asumie asumiend ndo o 6ue 6ue cada cada reacción sigue una ley de velocidad elemental.
&b'Escriba la ley de velocidad para la reacción A 7
C
$i la reacción &1' es de segundo orden para y de orden global tres= &' es de orden cero para A y de primer orden para = &3'es de orden cero tanto para A como para y &)' de primer orden para A y de orden global cero. &c' Encuentre Encuentre y escriba las leyes de velocidad para las siguientes reacciones: reacciones: &1'5 7 r 5r &'5 7 ? 5?
RECOLECCIO Y AALISIS DE DATOS DATOS DE VELOCIDAD. Ejemplo 4% 4% M5to!o inte"ral inte"ral para para an6li'i' an6li'i' !e !ato' !e concentraci concentracin n tiempo. se el m;todo integral para conrmar 6ue la reacción es de segundo orden con respecto al cloruro de trifenilmetilocomo se describe en el e/emplo +-1 y para calcular la velocidad de reacción especica B Tritilo Tritilo &A' 7 Detanol &'
REACCIOES REACCIO ES MUL MU LTI0LES
Ejemplo 74 m9ltiple'.
E'te/-iometria 8 le8e' !e $eloci!a! para reaccione'
Considere el siguiente con/unto de reacciones:
Escriba la ley de velocidad para cada especie en cada reacción y despu;s anote las velocidades netas de formación de 4# # y 4 . Ejemplo p7:
;i!ro!e'al/-ilacion !e me'itileno en -n 0
!a producción de m-ileno por 9idrodesal6uilacion de mesitileno sobre un catalizador de 5oudry "etrol implica las siguientes reacciones:
El m-ileno tambi;n llega a eperimentar 9idrodesal6uilacion para producir tolueno:
!a segunda reacciones no deseada por6ue el m-ileno se vende a un precio m0s alto 6ue el tolueno &1.3Flbm contra (.3(Flbm'.
!a 9idrodesal6uilacion de mesitileno se va a efectuar isot;rmicamente a 1+((G@ y 3+ atm en un reactor empacado con alimentación de HH., molI de 9idrogeno y 33.3 molI de mesitileno. El Ju/o volum;trico es de ),H pies 3F9 y el volumen del reactor& o sea KLMF> b' es de 3* pies3. !as leyes de velocidad para las reacciones 1 y son respectivamente
"onde los subindices son:DL mesitileno 8Lmileno TLtolueno DeLmetano y 5L 9idrogeno&5 '. A 1+((G@ las velocidades de reaccion especica son:
!a densidad volumetrica del catalizador se incluyo en la velocidad de reaccion especica &es decir B1LB1 >b'. Nra6ue las concentraciones de 9idrogeno mesitileno y ileno en función del espacio. Tiempo. Calcule el espacio-tiempo cuando la producción de ileno es m0ima &es decir
'
Ejemplo 712 C6lc-lo !e la' con'tr-ccione' en -ncin !e la po'icin para la o&i!acin !e ; 3 en -n 0
Al escribir estas ecuaciones con s2mbolos obtenemos:
4ota: 9emos transformado las velocidades de reacción espec2cos para epresarlas por unidad de volumen multiplicando K -1 epresada en t;rminos de masa de catalizador por la densidad volum;trica del lec9o empacado &es decir −1
k −k ρB
"etermine las concentraciones en función de la posición &es decir el volumen' en un
0 =:>
!a farmacocin;tica estudia las reacciones ingestión distribución reacción y eliminación de f0rmacos del cuerpo. Considere la aplicación de la farmacocin;tica a uno de los principales problemas de los estadounidenses los conductores en estado de ebriedad. Elaboraremos un modelo del tiempo 6ue es necesario esperar para mane/ar despu;s de 9aber ingerido un Dartini grande. En la mayor2a de los estados el l2mite legal de intoicación es de (.*g de etanol por litro de l26uido corporal. &En $uecia es de (.+gF! en tanto 6ue en Europa oriental y @usia cual6uier valor por encima de (.(gF!'. !a ingestión de etanol su paso al torrente sangu2neo y la eliminación subsecuente puede eplicarse mediante una serie de reacciones.. !a velocidad de reacción de v2as digestivas a torrente sangu2neo y cuerpo es una reacción de primer orden con una constante especica de velocidad de reacción de 1(9 -1. !a velocidad a la cual el etanol se descompone en el torrente sangu2neo est0 limitada por la regeneración de una coenzima. En consecuencia es posible elaborar un modelo para el proceso como reacción de orden cero con velocidad de reacción especica de (.1 gF9Q! de l26uido corporal. RCu0nto tiempo tendr2a 6ue aguardar luna persona &a' en Estados nidos= &b' en $uecia y &c' en @usia si bebe dos martinis grandes inmediatamente al llegar a una estaSRCómo se modicar2a su respuesta al inciso &d' si la persona tomara las bebidas con media 9ora de diferenciaS&e'R$i se consumieran las dos bebidas a velocidad constante durante la primera 9ora de diferencia' $upongamos 6ue una persona asiste a una esta bebe de inmediato la mitad de un Dartini grande y despu;s recibe una llamada telefónica en la cual le dicen 6ue surgió una emergencia y necesita regresar a casa de inmediato. RCu0ntos minutos tendr2a el individuo 6ue esperar para llegar a casa antes de 6uedar legalmente intoicado asumiendo 6ue no bebió nada adicionalS &g'RCómo cambiar2a su respuesta si la persona fuera delgadaSR si fuera obesaS&$ugerencia: ase todas las concentraciones de etanol en sangre en función del tiempo'. RUu; generalizaciones puede 9acer al respectoSRCual es el ob/etivo de este problemaS )H(1LVeanSRVS&es decir RUui;nS'. ?nformación adicional: Etanol en un Dartini grande: )(g Kolumen de l26uido corporal: )(!
&problema $A""-DA""'
07?> *armacocin5tica,. El tarzalón es un antibiótico l26uido 6ue se toma v2a oral para tratar infecciones del bazo. $olo es ecaz cuando se logra mantener una concentración en el torrente sangu2neo &basada en volumen de l26uido corporal' superior a (.) mg por dm 3 de l26uido corporal. !o ideal ser2a alcanzar una concentración de 1.( mgFdm 3. $in embargo cuando la concentración es sangre ecede 1.+ mgFdm3 se producen efectos nocivos. Cuando el tarzalón llega al estómago es procesado para dos rutas las cuales son de primer orden: &1' es absorbido a la sangre a trav;s de las paredes estomacales= &' pasa a trav;s de v2as digestivas y no es absorbido por la sangre. Ambos procesos son de primer orden segOn la concentración de tarzalón en el estómago. na vez en el torrente sangu2neo el tarzalón ataca a las c;lulas bacterianas y posteriormente es degradado por un proceso de orden cero. El tarzalón puede ser retirado de la sangre y ecretado en orina a trav;s de un proceso de primer orden en los riWones. En el estómago: Absorción 9acia la sangre Eliminación a trav;s de v2a digestiva:
k 1=0.15h
-1
B L(.H9-1
En el torrente sangu2neo: "egradación de tarzalón: Eliminación a trav;s de la orina:
B 3L(.1 mgFdm3.9 B )L(.9-1
A' Nra6ue las concentraciones de tarzalón en la sangre en función de tiempo cuando se toma la dosis ? &es decir una capsula li6uida' de tarzalón. ' RCómo deber2a suministrarse el tarzalón &dosicación y frecuencia' durante un periodo de )* 9 para ser m0s ecazS C' Comente acerca de las concentraciones de dosicación y los riesgos potenciales. "' RCómo se modicara sus respuestas si el f0rmaco se tomara con el estómago lleno o totalmente vac2oS na dosis de tarzalón es de +( mg en forma l26uida= volumen del l26uido corporal L)( dm 3
0711> El 0cido tereftalico &AT<' es muy empleado en la manufactura de bras sint;ticas &por e/emplo dracon' y como intermediario en pel2culas de poli;ster &como el mylar'. $e estudió la formación de tereftalato de potasio a partir de benzoato de potasio en un
"onde AL benzoato de potasio @L intermediarios agrupados &ftalatos de potasio isoftalatos de potasio y bencencarboilatos de potasio'y $Ltereftalato de potasio. $e carga A puro al reactor a presion de 11(B
&a'Nra6ue la concentracion de A @ y $ en funcion del tiempo en un reactor intermitente a )1(GC observando cuando se produce el maimo de @. &b'@epita el inciso &a' para las temperaturas de )3(GC y 3(GC. &c' RCu0les serian las concentraciones de salida en un C$T@ 6ue operana )1(GC y un espacio-tiempo de 1((sS
&a'
ien en esta graca se ve claramebte 6ue el componente @ se produce en un maimo al inicio de la reaccion mientras 6ue el elemetoA se va consumiendo lentamente y el elemento $ se va produciendo a lo largo de la trayectoria de reaccion de la formacion del nuevo compuesto nuestro valor de estudio en t fue de +((( para poder observar claramebte cual era el desplazamiento de los compuestos ya 6ue si lo 9aciamod de menos no lograbamos notar cual era la trayectoria 6ue seguia nuestro compuesto @.
&b'
En esta graca tomanos un valor de tiempo igual al e/ercicio anterior esto para ver como se comportaban los elementos A$ y @ cuando se variban las velocidades instantaneas de nuestra reaccion asi como las concentraciones 6ue se tenian al inicio de la reaccion con este cambio se logra ver como el componemte @ logra tener una produccion mayor en un tiempo menor y tambien podemos observar como es el comportamiento de los otros componente por e/emplo Adisminuye rapidamente y pareciera 6ue se acaba rapida y en si parece ser 6ue se termina mientras 6ue la formacion de $ se presenta rapidamente y despues te llegar a un cierto punto esta se mantiene constante.
&c'
07.1= !a epocidiacion de etileno se lleva a cabo usando catalizador de plata dopada con cesio en un reactor de lec9o empacado . 1 C5) 7 X #
C5)#
Vunto con la reacción deseada ocurre la combustión completa de etileno C5)7 3 #
C# 75#
$e propone reemplazar el reactor empacado convencional por un @D con la nalidad de me/orarla selectividad.
