OBTENCION Y TRATAMIENTO DE DATOS CINETICOS MEDIANTE EL METODO INTEGRAL Y DIFERENCIAL EMPLEANDO LA REACCION DE SAPONIFICACION 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 Objti!o"
Realizar tratamientos de datos cinéticos mediante el método interal y méto métod do
difer iferen enc cial ial
emple mplea ando
como omo
siste istema ma
la
reac reacci ción ón
de
!aponificación del "cetato "cetato de Etilo "plicar en el tratamiento de datos experimentales los dos métodos matem#ticos se$alados, para la determinación del orden de reacción, la constante de velocidad y el tiempo de vida media.
%efi %efini nirr la exac exacti titu tud d o apro aproxi ximac mació ión n de cada cada méto método do,, medi median ante te la compar comparaci ación ón de los resulta resultados dos obteni obtenidos dos con respec respecto to a los datos datos teóricos existentes.
#$ M%rco Tórico &a cinética cinética química química estudia la velocidad velocidad y el mecanismo mecanismo por medio de los cuales una especie química se transforma en otra. &a 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 lobal produce la reacción observada. &a cinética química considera todos los factores que influyen sobre ella explicando la causa de la manitud de esa velocidad de reacción.
'ara poder estudiar la cinética química de una reacción debemos seuir de alunos métodos
M&todo" 'u()ico" En los métodos químicos se separa una cantidad de sustancia (alícuota) del reactor para su an#lisis. 'ara que los métodos químicos sean eficaces, deben ser r#pidos en relación a la reacción a estudiar, en caso contrario la reacción de la alícuota se *a de frenar mientras transcurre el proceso de an#lisis. &as 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, a$adiendo un in*ibidor al sistema, eliminando aluno de los reactivos.
M&todo" F("ico" En los métodos físicos se mide una propiedad física de la mezcla que cambie a lo laro de la reacción. !on r#pidos y evitan tener que sacar muestras del reactor, por lo que en eneral son m#s indicados para el estudio cinético de una reacción. &os métodos físicos m#s frecuentes son
medida de la presión en reacciones aseosas, métodos
dilatométricos (cambio en el volumen, métodos ópticos (polarimetría, índice
de
refracción,
colorimetría,
espectrofotometría),
métodos
eléctricos (conductimetría, potenciometría, polarorafía). #$1 M&todo Di*rnci%+ uando una reacción es irreversible, en muc*os casos es posible determinar el orden de reacción - y la constante de velocidad específica diferenciando numéricamente los datos de concentración contra el tiempo. 'or ejemplo+ " productos Expresando la velocidad de reacción como r " / 0 "- o bien como
−
dC A dt
= kC
α
A
!acando loaritmo natural de ambos miembros de la velocidad de reacción tendremos+ ln
− dC = ln k + α ln C dt A
A
&a pendiente de una rafica de
ln
− dC en función de (ln C A) es el orden dt A
de reacción 'ara obtener la derivada de
− dC
A
/ dt ,
debemos diferenciar los datos de
concentración tiempo, numéricamente o r#ficamente.
#$2 M&todo Int,r%+ 'ara determinar el orden de reacción por el método interal, conjeturamos el orden reacción e interamos la ecuación diferencial usada. !i el orden que supusimos es correcto, la rafica apropiada de los datos concentracióntiempo (determinada a partir de la interación) ser# lineal. 'ara el ejemplo "
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 A = -k , y la ley de velocidad y balance de moles combinados dan
dC A dt
1nterando con " / ",o en t / 2, tenemos
= −k C A
=
C A
,
o
−
kt
!i el ajuste del rafico " en función de tiempo no se ajusta a una aproximación lineal satisfactorio, se ensaya con otra ecuación cinética.
- P%rt E./ri)nt%+ !e estudiara la reacción de saponificación del acetato de etilo
-$1 E'ui/o 0 M%tri%+ % ti+i%r
%os matraces aforados de 322 m&
Una bureta de 45 m&
%os vasos precipitados de 452 m&
%os matraces Erlenmeyer de 322 m&
Un termómetro
Un cronómetro
"cido clor*ídrico concentrado 6idróxido de sodio '." "cetato de etilo '." 7enolftaleina "ua %estilada
-$2 D"%rro++o d +% Pr3ctic%
'reparar 322 ml de solución 2.28 9 de :a;6.
'reparar 322 ml de solución 2.28 9 de acetato de etilo.
'reparar y valorar 322 ml de la solución de concentración 2.249 de #cido clor*ídrico ( 6l) y aforar en una bureta con la solución de 6l 2.24 9
"dicionar 4 ó 8 otas de fenolftaleína al vaso de precipitados (reactor).
"dicionar 52m& de :a;6 al reactor e inmediatamente proseuir con el siuiente paso.
Repetir el anterior paso cada 8 minutos (tomar 32 lecturas).
Nota: La última alícuota probablemente será de 10 ml, debido al error de medición
-$2$1 Di%,r%)% E./ri)nt%+
Acetato de Etilo
NaOH
0.03M
0.03M
Fenolftaleina
50 ml NaOH 50 ml Acetal Etilo
Titular HCl
Incoloro
Roa
4 C3+cu+o" 0 R"u+t%do" C%ct%to ti+o CA5o 6 7$7#M CN%O8 CB5o 6 7$7# M C8CL 6 7$72M
T%b+% d d%to" E./ri)nt%+"
Corrid%
Ti)/o
;o+u)n d 8C+ 9)L:
Concntr%ción N%O8 9M:
3 4 8 A
9)in$: 4 5 = >
= 5.? 5.4 5.3
2.224> 2.2248@ 2.2242> 2.2242A
5 @ = > ? 32
32 32 34 3A 3> 42
A.? A.> A.@ A.3 8.? 8.A
2.223?@ 2.223?4 2.223>A 2.223@A 2.2235@ 2.2238@
METODO INTEGRAL < BminC 4 5 = > 32 32 34 3A 3> 42
t BsC 82 84 A5 A2 2 A4 2 44 8= 5A
; 9)+: = 5,? 5,4 5,3 A,? A,> A,@ A,3 8,? 8,A
t 9": 352 884 A@5 542 @22 @A4 =42 >@4 333= 345A
moles :a;6 no rxn 9N%O8:L= 2,2223A 2,224> 2,22233> 2,2248@ 2,22232A 2,2242> 2,222324 2,2242A 2,2222?> 2,223?@ 2,2222?@ 2,223?4 2,2222?4 2,223>A 2,2222>4 2,223@A 2,2222=> 2,2235@ 2,2222@> 2,2238@
Asumiendo 1 orden
(dcaDdt)/ 0 ca ln(ca2Dca)/0t t +nc%= 352 4,8=35==?@A 884 4,5A4585=@8 A@5 4,@@>>4?A>> 542 4,@>>4A=5=A @22 4,=4>454?2> @A4 4,=A>>=43?@ =42 4,=?3A83>3 >@4 4,?2@5233A 333= 4,?5@5335@ 345A 8,2?8=34@>4
A"u)indo 2 ordn (dcaDdt)/ 0 ca4 (3Dca3Dcao)/0t t <1>c%?1>c%o= 352 848,>2?54A 884 8?2,8?5A> A@5 AA=,A85>?= 542 A5@,>@4=A5 @22 A=@,>=2=A> @A4 A>=,5 =42 532,3AA?4> >@4 5=@,A44=@A 333= @2=,@?482> 345A =23,?@2=>A
@ Ob"r!%cion" 0 Conc+u"ion" !e
*a lorado encontrar el orden de la reacción con los datos
experimentales por el método interal con los siuientes valores %6 7$#15 b62@ y el valor de la correlación r 67$1 con estos resultados se lleo a la conclusión que la reacción es de 4 orden.
!iendo a / 0 /2.83> BlDmolsC
Bib+io,r%*(% 3. 7;F&ER 6. !.
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GElementos de 1neniería de las Reacciones
HuímicasI, 8a. ed. 'earson Educación, 9éxico 4. &EJE:!'1E&, ;. (3??>) G1neniería de las Reacciones HuímicasI, 4a. ed. Kiley,
:ueva Lor0
8. 91!!E:, Ronald K. (3??>) G1ntroduction to *emical Reaction Enineerin and MineticsI 3a. ed. No*n Kiley, :eO Lor0 A. *ttp+DDOOO.escet.urjc.esDPiqaDlabQdoc.*tmlreactores 5. *ttp+DDOOO.user3.=*ost.comDesiqieDquimicaDcineticaDindice.*tm
