UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Alvarado Daniela Daniela Alejandra Alejandra Nombres: Alba Alvarado Bedoya Machaca Helga Flores Calle Lourdes Jiménez Ancieta Ariel Salvatierra Huanca Eliana Velasco Coronel Iris Evelin Materia: Lab. De Reactores Docente: Lic. Bernardo López Arce
COCHABAMBA-BOLIVIA
CINETICA DE RACCION DEL ACETATO DE ETILO CON HIDROXIDO DE SODIO
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
Realizar
tratamientos de datos cinéticos mediante el método integral y
método diferencial empleando como sistema la reacción de Saponificación del Acetato de Etilo
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.
Definir la exactitud o 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 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 la cinética
química de una reacción debemos 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 grafica de
dC A dt
ln
ln k ln C A
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, r , y la ley de velocidad y balance A = -k de moles combinados dan
dC A dt
k
Integrando con C A = C A,o en t = 0, tenemos
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, se ensaya con otra ecuación 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
Acido clorhídrico concentrado Hidróxido de sodio Acetato de etilo Fenolftaleina Agua Destilada
4.2 Desarrollo de la Práctica
Preparar 100 ml de solución 0.03 M de NaOH.
Preparar 100 ml de solución 0.03 M de acetato de etilo.
Preparar y valorar 100 ml de la solución de concentración 0.02M de ácido clorhídrico ( HCl) y aforar en una bureta con la solución de HCl 0.02 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 (reactor).
Adicionar 50mL de NaOH al reactor e inmediatamente proseguir con el siguiente paso.
Tomar una alícuota de 10 ml del sistema, adicionarlos a un matraz Erlenmeyer y titular con HCl 0.02M.
Repetir el anterior paso cada 3 minutos (tomar 10 lecturas).
Nota: La última alícuota probablemente será de 10 ml, debido al error de medición.
4.2.1 Diagrama Experimental
Acetato de Etilo
NaOH
Fenolftaleina
50 ml Acetal Etilo
50 ml NaOH
Titular HCl
Incoloro Rosa
5. Cálculos y Resultados
Cacetato etilo CA,o =
0,03 M
CNaOH CB,o =
0,03 M
Tabla de datos Experimentales Corrida
Tiempo
Volumen de HCl
Concentración
[min.]
[mL]
NaOH [M]
1
3,03
4,2
2,2
2
6,83
3,8
1,8
3
10,00
3,3
1,3
4
11,52
3,3
1,3
5
13,47
2,9
0,9
6
16,37
2,7
0,7
7
18,87
2,7
0,7
8
22,17
2,5
0,5
9
25,00
2,3
0,3
10
27,57
2,3
0,3
11
31,00
2,2
0,2
12
34,33
2,0
0
13
38,50
2,0
0
14
40,00
2,0
0
T = 25 º C
Tabla de Comparación de Resultados Método
Variable
Li teral
Integr al
Di ferencial Unidades
Orden de reacción
n
1
1
Constante
k
0,0873
0,05
t-1
7,94
13,66
min.
Tiempo medio
t1/2
Tabulación de C A vs. Tiempo Experimental
Diferencial
Integral
Tiempo
C A
Tiempo
CA
Tiempo
CA
3,03
2,2
3,03
2,413
3,03
2,105
6,83
1,8
6,83
1,732
6,83
1,689
10,00
1,3
10
1,313
10
1,405
11,52
1,3
11,52
1,150
11,52
1,287
13,47
0,9
13,47
0,970
13,47
1,149
16,37
0,7
16,37
0,753
16,37
0,971
18,87
0,7
18,87
0,605
18,87
0,840
22,17
0,5
22,17
0,454
22,17
0,694
25,00
0,3
25
0,355
25
0,589
27,57
0,3
27,57
0,283
27,57
0,507
Gráfico de Resultados de los Análisis de los Datos Experiméntales
3 2,5 . c n o C
2 1,5 1 0,5 0 0
5
10
15
20
25
30
tiempo (min) Experimental
Integral
Diferencial
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.
7. 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 W. (1998) “Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics” 1a. ed. John Wiley, New York
4. http://www.escet.urjc.es/~iqa/lab_doc.html#reactores
5. http://www.user1.7host.com/esiqie/quimica/cinetica/indice.htm
