Velocidad Para La Reacción De Saponificación Del Acetato De Etilo 213n6j

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA

LABORATORIO DE CINÉTICA Y REACTORES HOMOGÉNEOS

PRACTICA No. 2 “OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD PARA LA REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN DEL ACETATO DE ETILO, MEDIANTE EL MÉTODO INTEGRAL Y DIFERENCIAL.”

PROFESORA:

LAURA VERÓNICA CASTRO SOTELO

INTEGRANTES EQUIPO # 3: CABRERA MARTÍNEZ YOSELIN DAYANY GARCÍA PINTOR MARIO ALBERTO MORALES JIMÉNEZ TANIA VALDEZ CHAGOYA MARÍA DE JESÚS

GRUPO: “3IV53” SECCIÓN: “A”

OBJETIVOS 



Aplicar en el tratamiento de datos experimentales los métodos: integral y diferencial para determinación de: a) El orden de reacción. b) La constante de velocidad. c) El tiempo de vida media. Definir la exactitud y/o la aproximación de cada método, mediante la comparación de los resultados obtenidos con respecto a los datos teóricos existentes.

INTRODUCCIÓN La cinética química es la parte de la química que trata de la velocidad con que suceden las reacciones, de los factores que influyen en ella y del mecanismo a través del cual los reactivos se transforman en productos. Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s. Determinación del orden de reacción 1. Método de rapidez inicial (Método diferencial de Van't Hoff) - se hacen una serie de experimentos donde la concentración inicial del reactivo se varía y se observa como varía la rapidez de la reacción. Ejemplo: Queremos determinar el orden de la reacción con respecto al reactivo A. Para eso variamos la concentración de la especie y observamos la relación con la rapidez.

Dependiendo

del

orden

de

la

reacción

para

reacciones

del

tipo:

a. Orden cero, n = 0 (Separando variables e integrando)

b. Orden uno, n = 1 (usando el mismo método de separación de variables e integración)

c. Orden dos, n = 2

Un ejemplo de las gráficas de las tres ecuaciones lineares se presenta en la figura a continuación. Orden cero

Orden uno

Orden dos

Tiempo de vida media (t1/2) -se define como el tiempo que le toma a una especie en una reacción alcanzar la mitad de su concentración: [A] t = [A]0/2. Es un método útil para determinar el orden de reacción para reacciones del tipo: A º P donde El tiempo de vida media está dado por las ecuaciones a continuación:

Para reacciones de primer orden, el tiempo de vida media no depende de la concentración inicial, por lo tanto siempre es una constante que caracteriza el sistema. Por el contrario para reacciones de segundo orden o más, siempre depende de la concentración inicial.

Tabla de datos experimentales Experimento 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tiempo [=] min V HCl [=] mL 0 6.3 3 6.6 6 4.8 9 4 12 4.7 15 3.1 18 3.2 21 2.8 24 2.8 Tabla 1

C NaOH [=] M 0.0119 0.0125 0.0091 0.0076 0.0089 0.0058 0.0060 0.0053 0.0053

Secuencia de cálculos

M HCL = 0.019

;

V NaOH = 10 mL

M NaOH *V NaOH = M HCL* V HCL M NaOH = M NaOH =



M HCL∗ V HCL V NaOH 0.019M∗ 6.3mL 10mL

= 0.0119

Los demás resultados se encuentra en la tabla 1

MÉTODO DIFERENCIAL t

0 3 6 9 12 15 18 21 24

CA = C NaOH

- ΔCA

0.0119 0.0006 0.0125 -0.0034 0.0091 -0.0015 0.0076 0.0013 0.0089 -0.0031 0.0058 0.0002 0.006 -0.0007 0.0053 0 0.0053 ---------------

Δt

CA promedio

3 0.0122 3 0.0108 3 0.00835 3 0.00825 3 0.00735 3 0.0059 3 0.00565 3 0.0053 --------------- --------------Tabla 2

X= Ln(CAprom)

− 𝚫𝐂𝐀 ) 𝚫𝐭

Y = Ln(

-4.40631933 ---------------4.52820914 -6.78259214 -4.78549374 -7.60090246 -4.79754208 ---------------4.91305497 -6.87496546 -5.13280293 ---------------5.17609973 -8.36304251 -5.24004846 -------------------------------------------



Selección de datos para realizar la gráfica y la regresión lineal. − ΔCA

x= Ln(CA prom)

y = Ln( Δt ) -4.5282 -6.7825 -4.7854 -7.6009 -4.9130 -6.8749 -5.1760 -8.3630 Tabla 3

Ln(CA prom) vs Ln(− ΔCA)/Δt) 0 -5.3

-5.2

-5.1

-5

-4.9

-4.8

-4.7

-4.6

-4.5

-1

-4.4

LN(− ΔCA)/ΔT)

-2 -3 -4 y = 2.1403x + 2.9767 R² = 0.6148

-5 -6 -7 -8

LN(CA PROM)

-9

Gráfico 1

De la regresión lineal:

por lo tanto

m = 2.1403

n = 2.1403

b = 2.9767

k =19.62

Por ello la ecuación cinética -rA = 19.62CNaOH2.1403 [=] (mol/L)-1*min-1 ]

MÉTODO INTEGRAL

Secuencia de cálculos CA = CA0 * (1 - XA)

𝐶𝐴

XA = 1 - 𝐶𝐴0

0.0091

XA = 1 - 0.0119 XA = 0.2352 𝑥𝑎 𝐶𝐴0 𝑑𝑥 𝑘= 𝑛∫ 𝑡 ∗ 𝐶𝐴0 0 (1 − 𝑥𝑎)𝑛

𝑘=

0.2352 0.0119 𝑑𝑥 ∫ 1 6 ∗ 0.0119 0 (1 − 𝑥𝑎)1

𝑘 = 0.0447 

Los demás datos se encuentran el tabla 4 Tabla 4

Tiempo [=] min 0 3 6 9 12 15 18 21 24

CA = C NaOH

K prom = 4.5398

0.0119 0.0125 0.0091 0.0076 0.0089 0.0058 0.006 0.0053 0.0053

XA

n=1 -------------0.2352 0.3613 0.2521 0.5126 0.4957 0.5546 0.5546

n=1.5 ---------------0.0447 0.0498 0.0242 0.0479 0.0380 0.0385 0.0337

n=2 ----------------0.4383 0.5119 0.2388 0.5284 0.4158 0.4351 0.3807

------------------4.3094 5.2828 2.3604 5.8920 4.5907 4.9831 4.3602

OBSERVACIONES

Durante la práctica se observó que al realizar las titulaciones con respecto a un determinado tiempo (3 minutos), el volumen gastado de HCl cambiaba, Durante las titulaciones se observó que el vire cambio de color rosa mexicano a incoloro, los volúmenes gastados obtenidos en la práctica como se puede observar en la tabla 1 no disminuyen de forma constante y eso ocasiono que los cálculos realizados tuvieran muchas variaciones y resultaran diferentes constantes en los diferentes métodos, estos errores suponemos que se deben a errores durante la titulación.

CONCLUSIONES

En esta práctica realizamos la saponificación del acetato de etilo, que este reacciona con el hidróxido de sodio, teniendo como resultado una ecuación elemental, en la práctica se realizaron distintas titulaciones con respecto a un tiempo de 3 minutos, lo que a medida del tiempo iba cambiando nuestra concentración, se realizó con el fin de obtener el orden de la reacción puesto que el orden depende de la velocidad con que se efectué la reacción, también depende del reactivo a analizar, el orden de la reacción indica a que exponente está elevada la concentración en términos de velocidad y la constante se refiere al término de proporcionalidad a la ley de masas y dependen de la estequiometria de la reacción. Así mismo teniendo el orden de la reacción podemos calcular la constante de velocidad ya teniendo la constante de velocidad podemos calcular el tiempo de vida media, diciendo que nuestra concentración es de 0.5 ya que se encuentra a la mitad de la reacción. Para lograr conocer el orden de la reacción utilizamos un método de titulación, este método lo utilizamos ya que necesitábamos conocer la concentración desconocida de nuestro reactivo. Se utilizó el método integral y diferencial que con los datos experimentales y con ayuda de las ecuaciones lineal izamos la expresión matemática de la velocidad de reacción así obteniendo mediante regresión lineal los valores de k y n. Por otro lado utilizamos el método integral donde seleccionamos una ecuación especifica del modelo cinético con forme al orden de reacción integrando esta ecuación obtenemos la constante. Ambos métodos a utilizar son buenos, lo que hay que tener en cuenta es el procedimiento del experimento al tomar en el tiempo adecuado las alícuotas y desempeñar bien el trabajo al momento de titular para evitar tener errores de volumen.

VALDEZ CHAOGYA MARÍA DE JESÚS

Finalmente se cumplieron los objetivos de la práctica y se nota que los datos experimentales en cuanto al volumen gastado en la titulación van disminuyendo en los intervalos de tiempo que eran de 3 min. Y por medio de estos datos se encontró la ecuación cinética de la reacción, la constante de velocidad y el orden de la reacción ya que estos parámetros permiten conocer el comportamiento cinético de la misma. Para lograrlo se utilizaron dos métodos con los cuales se llega al mismo resultado que son el método diferencial y el método integral. En el método diferencial se utiliza directamente la expresión de la velocidad de reacción en forma diferencial y se transforma a una forma lineal mediante logaritmos. El método integral selecciona una ecuación específica del modelo cinético en base a un orden de reacción propuesto, se integra y se despeja la constante K y se calcula su valor empleando los diferentes datos experimentales, hasta lograr que los valores de K sean constantes es el modelo cinético adecuado. Y por último el tiempo de vida media es el tiempo que transcurre para que la concentración inicial del reactivo limitante disminuya a la mitad de su valor. Morales Jiménez Tania

En esta práctica se realizó la saponificación del acetato de etilo, obteniendo datos cinéticos necesarios para la obtención del orden de reacción mediante el método diferencial y el método integral, con los datos cinéticos de concentración y tiempo se calculó la constante de equilibrio, el orden de reacción, lamentablemente no se pudo llegar al resultado deseado puesto que los datos de volumen que se obtuvieron no disminuyen de forma constante, ocurriendo que haya muchas variaciones en los resultados.

Cabrera Martínez Yoselin Dayany