UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA INGENIERIA DE LAS REACCIONES 1
REALIZADO POR: ESTEFANIA LOVATO
QUITO 2017-2017
RESUMEN
Determinación experimental de la velocidad de reacción de neutralización. Determinación del orden de reacción y la constante cinética de velocidad de reacción mediante el método integral y diferencial. Para lo cual preparamos dos soluciones a las mismas concentraciones, una de ella se la coloco bajo un goteo constante de la otra por determinados periodos de tiempo, seguidamente se extrajo un volumen de esta mezcla y la titulamos con el indicador hasta que se presente el cambio de coloración, obteniendo datos del volumen de consumo que se requirió para lograr la neutralización en cada experiencia, se concluye que la velocidad de la cinética de la reacción es mayor a mayor concentración, y existe una diferencia marcada en los métodos de cuantificación de esta, siendo en este caso el método integral el más cercano.
DESCRIPTORES: REACCION_DE_NEUTRALIZACION/CINETICA_DE_REACCION /METODO_INTEGRAL /METODO_DIFERENCIAL
Práctica N° 03 CINÉTICA DE NEUTRALIZACIÓN
1. OBJETIVOS 1.1. Determinar experimentalmente la velocidad de reacción de neutralización. 1.2. Determinar el orden de reacción y la constante cinética de velocidad de reacción mediante el método integral y diferencial.
2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1. Materiales y Equipos
Vasos de precipitación Cronómetro. Buretas Agitador magnético. Soporte Universal.
R: (0-100) ml
Ap: ± 25 ml
R: (0-100) ml
Ap:±0,1 ml
2.2. Sustancias y Reactivos
Ácido clorhídrico (0,5N). Hidróxido de sodio (0,5N). Fenolftaleína. Agua destilada.
HCl(l) NaOH(l)
C20H14O4(l) H2O(l)
2.3. Procedimiento 2.3.1. Llenar las buretas con las soluciones de HCl (0,5N) y colocar en un vaso de precipitación 100 mL de NaOH (0,5N). 2.3.2. Agregar gotas del indicador en el vaso que contiene el NaOH (0,5N). 2.3.3. Abrir la llave de la bureta regulando que salga una gota por segundo. 2.3.4. Tomar una muestra de 5 ml, cada 30 s hasta que se neutralice la solución sobrante. 2.3.5. Colocar una gota de fenolftaleína en cada vaso y titular con HCl, registrar el volumen gastado en las muestras.
3. DATOS 3.1. Datos experimentales
N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n
Tabla 3.1.-1 Datos experimentales t, t, [s] VHCl, [ml] [min] 0 0 20,3 2 160 20,1 4,2 252 19,5 6,13 367,8 19,3 8,11 486,6 19 10,3 618 10,5 12,2 732 9 14 840 7,9 16,3 978 7,8 18,14 1088,4 6,5 20,3 1218 6,2 22,13 1327,8 6
4. REACCIONES + → +
Ec: 4-1
5. CÁLCULOS 5.1. Cálculo de la normalidad del hidróxido de sodio. N base V base = Nácido Vácido
Ec.5.1-1
N base = (Nácido×Vácido) / V base
Ec.5.1-2
Calculo Modelo para t=0 : =
,5∗, ,5
= 2.03
N base = (Eq-g / L ) → transformar a M (mol / L). = ( )/l=0,203
Ec:5.1-3
Tabla 5.1-1 Concentración del NaOH N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n
Nbase 2,03
Mbase 2,03
2,01
2,01
1,95
1,95
1,93
1,93
1,9
1,9
1,05
1,05
0,9
0,9
0,79
0,79
0,78
0,78
0,65
0,65
0,62
0,62
0,6
0,6
5.2. Cálculo del método Diferencial. Realizar el diagrama: CA = f (t) (Ver Anexo 2) y obtener la ecuación: = + +
Ec. 5.2-1
y = 4E-07x2 - 0,001x + 2,283
Ec. 5.2-2
R² = 0,8836 Sacar la derivada de la ecuación Ec 5.2-1:
= + 2
Ec. 5.2-3
= 0,0001 + (2 × 4 × 10− )
Ec. 5.2-4
=
= 2
Ec.5.2-5
=
Ec. 5.2-6
= 0,0001 + (2 × 4 × 10− )
dC A f Ln(C A ) dt (Ver Anexo 3)
Ln
Luego realizar el diagrama:
dC A x y Ln(C A ) dt
Ln
Ec.5.2-7
y = 2,4415x - 8,2128 R² = 0,8511
Ec.5.2-8
Recordar:
dC A
r A
Ln
Ln
dt
dC A dt
kC A
n
Ec.5.2-9
Ln ( k C A ) n
Ec.5.2-10
dC A dt
Ln ( k ) n Ln (C A )
Ec.5.2-11
Entonces del diagrama obtenido: ln( k )
x ;
k
e
x
Ec.5.2-12
Ln(k)=-8,2128 = 2 × 10− n
y
n=2,4415
Ec.5.2-13
5.3. Método Integral Asumir un orden de reacción:
dC n r A A kC A dt
Ec. 5.3-1
dC r A A kC A dt
Ec. 5.3-2
CA
CAo
t
dC A C A
2
k dt
2
Ec. 5.3-3
0
1
C A
Realizar el diagrama: 1
C A
a
1 C A
bt (Verificar
1
C Ao
kt
f (t ) (Ver Anexo 4)
que el cociente de correlación R se ajuste a los datos representados en el
diagrama) (R = 1)
y=0,0011x+0,2841 R² = 0,9311
Ec: 5.3-4
En donde: a = (1/CA0)
Ec: 5.3-5
a=0,4926 b = k (cte cinética)
Ec: 5.3-6
b=0,0011 n = orden de reacción
n=2
Ec: 5.3-7
NOTA: El orden de reacción correcto será el valor asumido con el cual obtengamos una recta con un coeficiente de correlación cercano a 1. 6. RESULTADOS Tabla 6.-1 Método Integral N
t,s
CA, [mol/L]
1/CA, [L/mol]
1
0
2,03
0,4926
2
160
2,01
0,4975
3
252
1,95
0,5128
4
367,8
1,93
0,5181
5
486,6
1,9
0,5263
6
618
1,05
0,9523
7
732
0,9
1,111
8
840
0,79
1,2658
9
978
0,78
1,2820
10
1088,4
0,65
1,5384
11
1218
0,62
1,6129
12
1327
0,6
1,666
Tabla 6.-2 Método Diferencial N
t,s
CA, [mol/L]
(-dCA/dt)
Ln (CA)
1
0
2,283
-0,0018
0,082
2
160
2,133
-0,001672
0,7576
3
252
2,056
-0,001598
0,7209
4
367,8
1,969
-0,001505
0,677
5
486,6
1,891
-0,00141
0,6371
6
618
1,817
-0,001305
0,5976
7
732
1,765
-0,001214
0,5453
8
840
1,725
-0,00112
0,5683
9
978
1,687
-0,00101
0,5233
10
1088,4
1,668
-0,000929
0,5118
11
1218
1,658
-0,00082
0,5058
12
1327
1,66
-0,00073
0,507
Tabla 6.-3 Orden de reacción y constante cinética Método
Orden de reacción
Constante cinética
Ecuación cinética
Integral
2
0,0011
– rA = k (CA)n – rA = 0,0011 (CA)2
Diferencial
2,44
2,71 × 10−
– rA = k * (CA)(n*) – rA =
2,71 × 10−
(CA)2,44
7. DISCUSIÓN El método cuantitativo utilizado en la presente práctica fue el adecuado ya que determinamos experimentalmente la velocidad de reacción de neutralización así como también el orden de reacción y la constante cinética de velocidad de reacción mediante el método integral y diferencial, existieron errores de tipo aleatorio y sistemático, ya que las mediciones de los volúmenes utilizados para la titulación, no fueron del todo exactos, en gran medida porque la percepción de nosotros como operadores es distinta en cada caso, así también, la solución titulada no era homogénea ya que no podíamos realizar una agitación constante, otro error fue que la solución madre no tenía un conteo de gotas constante, en algún momento esta se hizo demasiado lenta, en otro esta fue muy rápida afectando la concentración, y por ende la cinética de la reacción, se recomienda la utilización de equipos volumétricos mas precisos como un pipeteador automático, también un agitador magnético para lograr que la solución a titular se encuentre homogénea y así obtener datos más exactos de la experimentación.
8. CONCLUSIONES 8.1. La reacción de neutralización se da por lo general en una reacción entre un ácido y una base, y la velocidad con la que esta se dé dependerá del reactivo que este en exceso, por ende es de esperarse que las primeras muestras necesiten más volumen de HCl, para llegar al equilibro, este fenómeno puede verificarse observando la tabla 3.1-1.
8.2. El método integral resulto un método más preciso para el cálculo de la cinética de reacción cuando se encontraba una gran cantidad de reactivo en exceso, esto puede verse en el anexo 4, ya que como se puede apreciar a partir de los 618 s la gráfica comienza a tener la tendencia a linealizarse.
8.3. El método diferencial resulto más efectivo al inicio de la reacción química, ya que podíamos suponer que conocíamos el valor de la concentración inicial, y como podemos apreciar en el Anexo 2, en los primeros instantes el valor se mantuvo relativamente constante hasta los 486,6 s, pero este pierde su precisión a partir de ese valor, por lo determinamos que este método es más factible en reacciones instantáneas.
8.4. El valor nos ayuda a determinar cuál tendencia es la más cercana, en este caso fue el método integral el que tuvo un valor más cercano a la unidad, como podemos apreciar en los anexos, razón por la cual esta reacción de neutralización en las presentes condiciones de experimentación esta mejor representada por el método integral, de orden 2 de reacción
9. APLICACIÓN INDUSTRIAL 9.1. Cuando en la industria se producen accidentes de laboratorio con ácidos, ya sea por un derrame o escape de gases, la solución más inmediata es neutralizarlos con una base fuerte, para evitar provocar daños ambientales o de salud.
9.2. En la industria para tratamientos con sustancias corrosivas, se suele utilizar la neutralización para los efluentes de los procesos, y así no se malogren los equipos, también como pre tratamiento para los residuos que se alojan fuera como resultado de las operaciones efectuadas.
9.3. En medicina los antiácidos funcionan con la cinética de neutralización ya que la acidez estomacal se contrarresta con medicamentos en base a bicarbonatos que reaccionan con el HCl presente en el estómago
10. ANEXOS 10.1.
Diagrama del equipo
10.2.
Gráfico CA = f(t).
10.3.
Gráfico Ln (- dCA/dt) = f ( Ln (CA)).
10.4.
Gráfico de las ecuaciones obtenidas al aplicar método integral
11. CUESTIONARIO 11.1.
Con la ecuación cinética encontrada calcule los valores de velocidad para las diferentes
concentraciones experimentales y complete la siguiente tabla: t
CA
(-dCA/dt) exp.
-rA = (-dCa/dt) -ra=(2,71*10^-4)(Ca)^2,44
1
2,03
0,0018
0,001524
2
2,01
0,0016
0,001488
3
1,95
0,0015
0,001382
4
1,93
0,001505
0,001348
5
1,9
0,0014
0,001297
6
1,05
0,0013
0,000305
7
0,9
0,00121
0,000209
8
0,79
0,0011
0,000152
9
0,78
0,00101
0,000147
10
0,65
0,0009
0,000094
11
0,62
0,00082
0,000084
12
0,6
0,00073
0,000079
11.2 Consultar un artículo científico en el que se haya realizado una cinética de neutralización. Explicar cómo se hizo y que se obtuvo. Este análisis servirá para en la sección de discusiones comprar con su modelo obtenido experimentalmente. Mecanizado de componentes aeronáuticos con alto requerimiento de integridad superficial El desarrollo de aleaciones con excelentes propiedades mecánicas y químicas a alta temperatura ha permitido mejorar la eficiencia de las turbinas aeronáuticas. En contrapartida, estos materiales presentan serias dificultades en la fabricación de componentes, y por lo tanto, los procesos hay que definirlos de forma detallada. Este aspecto es aún más importante en componentes críticos tales como discos de turbina, ya que debido a defectos originados en la fabricación la vida del componente crítico puede reducirse de forma dramática. El trabajo que se presenta ha sido realizado en colaboración entre la empresa fabricante de motores aeronáuticos ITP S.A. y Mondragon Unibertsitatea. El objetivo de este trabajo es describir una metodología de trabajo para estudiar la integridad superficial y vida a fatiga de componentes críticos mecanizados a través de ensayos realizados en laboratorios. Esta metodología permitirá optimizar o modificar los par ámetros de procesos de mecanizado de una manera más ágil asegurando la integridad superficial y comportamiento del componente a lo largo de la vida en servicio, mediante: limpieza de la superficie con acetona, b) lijado de la superficie con liga de grado 1000, c) acondicionado de la superficie con un ácido de base agua para limpiar superficies y d) neutralización de la superficie empleando un alcalino de base agua para medir superficies.
Métodos para neutralizar la alcalinidad
Disolver 1 gramo de FENOFTALEINA en 50 cm3 de alcohol y 50 cm3 de agua. Humedecer la superficie con un trapo o esponja y mientras la pared se encuentra húmeda, aplicar unas gotas de solución de fenoftaleina. Si existe alcalinidad, éste reaccionará sobre la solución y se notará una mancha de color rosado o cereza en proporción con la cantidad de álcali existente.
Figura Cinetica de alcalinidad en diferentes concentraciones
Fuente: Imagen extraída de: /www.interempresas.net/MetalMecanica/Articulos/ 144531 Mecanizado-de-componentes-aeronauticos-con-alto-requerimiento-de-integridad-superficial.html
Fuente: A. Madariaga, P.J. Arrazola, J.A. Esnaola, A. Garay, E. Fernandez, L. Azpitarte, de Mondragon Unibertsitatea; y K. Ostolaza, de Industria de Turbopropulsores S.A.
NOTA: Si no encuentra específicamente una cinética de neutralización, analizar un artículo científico en el que se haya utilizado la titulación como método para realizar el estudio cinético
10. ANEXOS 10.1. Diagrama del Equipo
Figura 10.1-1 Diagrama del Equipo
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Patricia
10/05/2017
Universidad
Carrillo Central del Entega
Escala
Estefania
28/05/2017
Lovato
Ecuador
Tema: Cinetica de
Lamina
Neutralizacion 01
10.2. Anexo 2 Gráfico CA = f(t) Tabla 10.2-1 Datos
t, [s]
CA 0 160 252 367,8 486,6 618 732 840 978 1088,4 1218 1327,8
2,03 2,01 1,95 1,93 1,9 1,05 0,9 0,79 0,78 0,65 0,62 0,6
Grafica 10.2-1
Gráfico CA = f(t).
CA = f (t) y = 4E-07x 2 - 0,001x + 2,283 R² = 0,8836
2.5 2
ESCALA
1.5 a C
CA = f (t)
1
X
500
Y
0,5
Poly. (CA = f (t) )
0.5 0 0
500
1000
1500
t(s)
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Lamina
Neutralizacion 02
10.3.ANEXO 3: Gráfico Ln (- dCA/dt) = f ( Ln (CA)). Tabla 10.3-1 Datos ln(dc/dt)
ln(ca)
-6,31996861
0,82549037
-6,39373476
0,75764195
-6,43875215
0,72095766
-6,49845752
0,6776836
-6,56365507
0,63716492
-6,64109257
0,59761026
-6,71350515
0,56833742
-6,78730913
0,54536617
-6,89030837
0,52330361
-6,98110047
0,51189255
-7,09940016
0,50585907
-7,21189199
0,50707127
Gráfico 10.3-2 Grafica Ln (- dCA/dt) = f ( Ln (CA)).
ln(-ra)=ln(ca) -6 -6.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
y = 2.4415x - 8.2128 R² = 0.8511
ESCALA
-6.4 e l t i -6.6 T s i x -6.8 A
X
0,2
Linear (ln(-ra)=ln(c)) Y
0,2
ln(-ra)=ln(c)
-7 -7.2 -7.4
Axis Title
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10.4.ANEXO 4:Gráfico de las ecuaciones obtenidas al aplicar método integral Tabla 10.4-1 Datos t, [s]
1/Ca
0 0,49261084 160 0,49751244 252 0,51282051 367,8 0,51813472 486,6 0,52631579 618 0,95238095 732 1,11111111 840 1,26582278 978 1,28205128 1088,4 1,53846154 1218 1,61290323 1327,8 1,66666667
Grafica 10.4-1 Método Integral
Método Integral 1.8 y = 0.0011x + 0.2841 R² = 0.9311
1.6 1.4 1.2 a 1 C / 1 0.8
ESCALA X
500
Y
0,2
Series1
0.6
Linear (Series1)
0.4 0.2 0 0
500
1000
1500
t(s)
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Tema:Cinetica de
Lamina
Neutralizacion 04
