Practica 3 Reactores

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE CINETICA Y REACTORES HOMOGENEOS Titular: EDGAR IVAN HERNANDE CARVA!AL PRÁCTICA NO. 3 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCION DEL AGUA OXIGENADA

Alu"#$%:

C$#tr&ra% P&'a Di&($

Gru)$: *IV H$rari$: +:,, - .:,, /r% Tur#$ VESPERTINO Ci0l$ E%0$lar: A($%t$1 Di0i&"2r& 3,45 645738 Objetivos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE CINETICA Y REACOTRES HOM9GENEOS


 Aplicar el método matemático integral o diferencial para el tratamiento de datos experimentales en la determinación de la constante de velocidad y el orden de reacción.  Determinar los valores de la energía de activación y el factor de frecuencia, aplicando la ecuación de Arrehenius.

INTRODUCCIÓN Un aumento de temperatura aumenta la velocidad de la reacción, con independencia de que ésta sea exotérmica o endotérmica. a explicación está en el hecho de que, al aumentar la temperatura, aumenta el n!mero de moléculas con una energía igual o mayor que la energía de activación, con lo que aumenta el n!mero de choques efectivos. a velocidad de la reacción se duplica por cada "#$% de aumento de temperatura. Un e&emplo claro lo tenemos en las reacciones de degradación de los alimentos' para que el proceso sea más lento guardamos los alimentos a (a&a temperatura. a dependencia de la velocidad de una reacción homogénea con la temperatura, se descri(e con mayor exactitud por la ecuación de arrhenuis.

Energía de Activación )l acontecimiento de una reacción química está o(ligatoriamente relacionado con el contacto entre moléculas reactivas y a una energía mínima necesaria. )sta energía mínima para el acontecimiento de la reacción es llamada como energía de activación. a formación de los productos a partir de los reactivos es un proceso gradual en que los enlaces de los reactivos son rotos en paralelo con la formación de los enlaces de los productos. )ste estado intermedio en que algunos enlaces están semi*rotos y otros semi*formados es conocido como +comple&o activado. -tra exigencia para la formación del comple&o activado es que las moléculas reactivan colisiones con orientación favora(le a la formación del mismo %olisiones con energía y orientaciones adecuadas a la formación del comple&o activado, son llamadas como colisiones efectivas. )stos son los principios (ásicos de la eoría de %olisión.

%omple&o activado es una estructura intermedia entre los reactivos y los productos, con enlaces intermediarios entre los dos reactivos y los dos productos.

2|Página



a energía de activación de la reacción corresponde a la energía necesaria para que la reacción se efect!e con menos energía de los reactivos. %uanto más (a&a fuese la energía de activación de una reacción, más elevada será la velocidad de la misma. Una reacción se llama exotérmica cuando provee para el medio una energía más alta que la necesaria para alcan/ar el comple&o activado. %uando una reacción es endotérmica, ella provee para el medio una energía más (a&a que la necesaria para alcan/ar el comple&o activado.

Di agramadeener gí apar ar eacci onescon ener gí adeacti vaci ón Reacci ón exot érmi caconener gí adeact i vaci ón: E <0 Lae ne r g í al i be r a da corr espondeal a di f e r e nc i adee ne r g í a ent r el ospr oduct osy l osr eact ant es.Como l ae ne r g í adel os pr oduct ose sme nor al ae ne r g í adel o s r e ac t ant e s,s el i be r a e ne r g í ae ne lpr o ce s o ∆

3|Página

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE CINETICA Y REACTORES HOMOGENEOS


Ecuación de Arrhenius. Arrhenius ha(la so(re a dependencia de la temperatura con la constante de velocidad mediante una forma exponencial simple0

k = A e

− E RT

Dónde0 )1 )nergía de activación. A1 2actor de frecuencia 3mismas unidades de 45 1 emperatura 61 %onstante de los gases ideales

Catai!adores 7on sustancias que disminuyen la energía de activación para una dada reacción, sin alterar el 89 de la misma. os catali/adores no se alteran durante las reacciones. )n la autocatálisis, uno de los productos de la reacción act!a como catali/ador, al inicio de la reacción es lenta con la formación de este la velocidad va aumentando gradualmente. )n la catálisis homogénea, catali/ador y reactivos se encuentran en la misma fase. )n la catálisis heterogénea, catali/ador y reactivos se encuentran en fases diferentes. as en/imas son catali/adores que act!an en reacciones (iológicas y generalmente son (astante específicas y presentan temperatura óptima de actuación en el entorno de los :;$.

"#todos de c$cuo %ara E & A "#todo gra'ico 7e lineali/a la ecuación de Arrhenius, aplicando logaritmos, para comparar con la ecuación de la recta como sigue0 K = A e

− E R T

(

Ecuacionoriginal

Lnk = ln A e ln

− E R T

) Aplicando Logaritmos

( AB )= LnA +¿ n< 5 ¿

ln k =ln A + ln e

− E R T

4|Página


ln k =ln A −

E 1 Ecuacion Linealizada R T

Y =b −m x

)n donde se efectua la regresión lineal para o(tener m y ( y por analogía se calcula con las siguientes expresiones ) y A

b

E=−mR … ..3.4 A =e … … 3.5

"#todo anaítico De la ecuación de =an>t 9off 3?ermite calcular la variación de la energía estándar de una reacción5 d ln Ke ΔH = 2 … … … 1 dT R T

7a(emos que0 ΔH = E 1− E 2 … … ..2

@

Ke=

K 1 K 2

7ustituyendo  y : en "

5|Página


K 1 k 2 E 1− E 2 = 2 dT R T

ln

d

Aplicando propiedades de los logaritmos 3n AB< 1 nA C n<5 y separando dLnK 1 dLnK 2 E 1 E2 − = 2− 2 dT dT R T R T

7i la ecuación  se separa para las ecuaciones directas e inversa se tiene ?ara la reacción directa0 dLnK 1 E 1 = 2 dT R T ?ara la reacción inversa dLnK 2 E 2 = 2 dT R T

)n general dLnK E 2 = 2 dT R T

Entegrando entre límites a la ecuación y despe&ando ) k 2

T 2

E dT d ln k = R T 1 T 2 k 1

∫

E=

∫

(

)

T 2 T 1 k 2 R ln T 2−T 1 k 1

%on las expresión anterior calcular ) y sustituir este valor en la ecuación original de Arrehenius 3:."5 para despa&ar a A.

6|Página


Te(%eratura a(biente Tie(%o,s-

T)**+C % 9- 1%a



=olumen de Fa7-: #."

/*.*0

#.

#.

/1.23

#.:

#.:G

*3.4

#.

#.:H

53.14

#.I

#.:;

54.*6

#.J

#.:II

36./

#.;

#.:I

10.1/

#.H

#.::I

03.2

#.G

#.:I

04.0

"

#.:"I

#."

Desarrollo0

Mét odout i l i zadopar acal cul arelmodel oci nét i comét odo di f er enci al

t 6%8

,

V C Na3S3 H3O3 O* 6"l8 6"$l7 L8 0

0,41

Ca t

-

-

Ca )r$" -

;
=

43>+

0,1

0,4

45>. ? 3?>9

0,2

0,39

0,3

0,38

*?>5 9 *9>3 @ ?@>, 4 5+>5 4 +?>.

0,4

0,37

0,5

0,36

0,6

0,35

0,7

0,34

0,8

0,33

+9>+

0,9

0,32

0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1

12, 6 3,5 8 9,0 6 9,6 9 4,6 8 7,7 4 9,5

0,405

-0,903868

-7

0,395

-0,928869

-6

0,385

-0,954511

-7

0,375

-0,980829

-7

0,365

-1

-6

0,355

-1,03563

-7

0,345

-1,06421

-7

8,2 9 4,8

0,335

-1,093624

-7

0,325

-1,12393

-6

T ambiente

f(x) = - 0.83x - 7.42

"n (&#a'&t)

-1.15

-1.1

-1.05

-1

-0.95

-0.9

-8 -7 -7 -7 -7 -7 -6 -6 -6 -6 -0.85 -6

inea! ()

"n (#a$!%m)

7i m 1 n 3orden5 entones n 1 #.H:" b

K = e

−7.4236

K = e

K = 0.0006

Kuedando la ecuación del modelo cinético0

−r A= 0.0006 C A

0.8341

8|Página


t 6%8

V Na3S3O * 6"l8

C H3O3 6"$l7 L8

Ca

, ++>9 4**>. 3,,>? 35. *4@>? *.5>3 ?*.>+ ?9@>? +,?>.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

0,41 0,4 0,39 0,38 0,37 0,36 0,35 0,34 0,33 0,32

+.9

1

0,31

t

Ca )r$"

0 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

0 66,9 66,9 66,6 57,6 59,4 67,8 53,4 58,8 107, 4 0,01 84,2

;
=
0 0,405 0,395 0,385 0,375 0,365 0,355 0,345 0,335 0,325

0 -0,904 -0,929 -0,955 -0,981 -1,008 -1,036 -1,064 -1,094 -1,124

0 -8,81 -8,81 -8,8 -8,66 -8,69 -8,82 -8,58 -8,68 -9,28

0,315

-1,155

-9,04

T f!ia -1.25

-1.15

-1.05

-0.95

-8.2 -0.85 -8.4 -8.6

f(x) = 1 .06x - 7.73 -8.8

"n (&a'&t)

inea! ()

-9 -9.2 -9.4

"n (#a$!%m)

7i m 1 n 3orden5 entones n 1 ".#J#" b

K = e

−7.7304

K = e

K = 0.00044

Kuedando la ecuación del modelo cinético0

−r A= 0.00044 C A

1.0601

9|Página


#a * tiem$% 0.44 0.42 0.4

# +22 (m%"')

0.38

t ambiente

0.36

t f!ia

0.34 0.32 0.3 -75

125

325

525

725

t (*)

 T 68 ,>,,,+

X < 47T

295

,>,,,? ? 277

0

0

Y < l#68

3,6581805 7,4185809 3,6604605 7,7287358 3

0

0

0

0

0

-7.2

-7.3

-7.4 f(x) = - 1408.02x - 2.65

"n()

-7.5 inea! () -7.6

-7.7

-7.8

1'T

10 | P á g i n a


am( 1 $% L;: 1 GIM fria 1 $%L;: 1 ;; M

EA 1 En M 1 En3A5 * R T

y1(*mxN.... 3:5 A1e( NNN. 35 7ustituyendo valores en : y  )1*3*"#H53".GH;calBmolOM5 1 ;GH calBmol

A1e(1e*.JIJ 1 #.#;#GJ 3molBl5 seg*"

Pétodo Aritmético  T 2 T 1 )1 T 2−T 1

K 2 O 6 O En K 1

7ustituyendo valores

( 277∗295 ) ) 1 ( 277 −295 ) ∗1.987 calBmol O En

0.00044 0.0006

) 1 ;G;.H

− E

-(teniendo K = A e RT

?ara M1#.### y 1;; M

11 | P á g i n a


0.00044

A1 e−2798 / 1.987 ( 277)

= 0.0709

?ara M"1#.###J y 1GIM

0.0006

A1 e

−2798 / 1.987( 29 5)

=0.0709

%-F%U7E-F a velocidad de una reacción química está en función de la temperatura dada para llevar aca(o la reacción, y esto a su ve/ lleva a un factor importante en una reacción que es el tiempo, ya que en nuestra práctica, si no se reali/a(a con rapide/ la agitación para o(tener el vire correspondiente nuestro reactor presenta(a fenómenos de transferencia en la interface 3precipitación5 y esto podía afectar nuestra reacción, por lo tanto se puede constatar que la constante cinética +4 está en función de la temperatura, donde si la temperatura aumenta, aumenta la velocidad de reacción y si la temperatura disminuye, la velocidad disminuye y el tiempo es mayor, esto quiere decir que la velocidad de reacción es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional al tiempo.

12 | P á g i n a


%ontreras ?eQa Diego

%uestionario

"*R%uál método de cálculo elegiste y por quéS

Seut i l i zóelmét odo i nt egr algr áﬁco,ya queesun mét odo pr eci so,y mássenci l l opar aut i l i zarenl acal cul adoraoenExcelynosopt i mi zael t i empoenl oscál cul ospor queel integral no converge.

*)n las gráficas de concentración contra tiempo RA qué crees que se de(an las diferenciasS

13 | P á g i n a


La di f er enci a es t á dada por elt i empo empl eado par a cada r eac ci ón, por que es t á en pr opor ci ón di r ec t a con l a ve l oci dad de r eacci ón en concl usi ónporerr or esexper i ment al es. :*RA qué temperatura existió mayor velocidad de reacciónS, fundamentar la respuesta. A temperatura am(iente la que utili/amos fue IT% ya que el otro es muy lento.

*Riene valide/ la ecuación de ArrheniusS, fundamentar la respuesta

quemedi ant eest aecuaci ón,sepuedel l egaral a det er mi naci ón 7í, por de l a ener gí a de act i v aci ón, l a nec es ar i a par a que comi ence una r eacci ón, y elf act or de f r ecuenci a, medi ant el a cual se expl i ca l a dependenci adel at emper at ur acon l aconst ant edeve l oci dadkdef orma exponenci al .

5¿Se pudi er a ut i l i z ar al gún ot r o mode l o que e xpl i que el comport ami ent odel aconst ant edeve l oci dadconl at emper at ur asi /no? Fundament el ar es pues t a. Sil at eorí adel ascol i si ones,l acualconsi st een l aquealaument arl a t emper at ur a a una sust anci a sus mol éc ul as se exc i t an co nf or me al aument odel at emper at ur a` pr ov ocandoques eamásr ápi do elcambi o der eact i vosapr oduct os,ademásdef avor ecerl aconver si ón poresoes quel aconst ant edevel oci dadest áenf unci óndel at emper at ur a.

14 | P á g i n a

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