CINÉTICA | PRÁCTICA #2: OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD PARA LA REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN DEL ACETATO DE ET ILO MEDIANTE EL MÉTODO INTEGRAL Y DIFERENCIAL | ESIQIE PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVASLABORATORIO DE CINÉTICA Y REACTORES HOMOGÉNEOSEQUIPO #5 – SECCIÓN A | HERNÁNDEZ MÁRQUEZ GERARDO | MARTÍNEZMARTÍNEZ ANAYELI | PAULIN CELESTINO JOSE ANGEL | GRUPO 3IV52 |PROFESOR: HERNÁNDEZ CARBAJAL EDGAR IVÁN...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE CINÉTICA Y REACTORES HOMOGÉNEOS EQUIPO #5 – SECCIÓN A | HERNÁNDEZ MÁRQUEZ GERARDO | MARTÍNEZ MARTÍNEZ ANAYELI | PAULIN CELESTINO JOSE ANGEL | GRUPO 3IV52 | PROFESOR: HERNÁNDEZ CARBAJAL EDGAR IVÁN

PRÁCTICA #2: OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD PARA LA REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN DEL ACETATO DE ETILO MEDIANTE EL MÉTODO INTEGRAL Y DIFERENCIAL RESUMEN EXPERIMENTAL En esta práctica de laboratorio se realizarán dos métodos para la obtención de la ecuación de velocidad para la reacción de saponificación del acetato de etilo, estos dos métodos son el método integral y diferencial. Con ayuda de estos dos métodos se lograrán determinar el ORDEN DE LA REACCIÓN, la CONSTANTE DE VELOCIDAD y el TIEMPO DE VIDA MEDIA. Para el desarrollo del MÉTODO INTEGRAL, se selecciona una ecuación específica del modelo cinético en base a un orden de reacción (propuesto), se integra y de esta ecuación se despeja la constante y se calcula empelando los diferentes valores experimentales, si la constante presenta valores similares sin ninguna tendencia, el modelo cinético es adecuado. En el MÉTODO DIFERENCIAL se utiliza directamente la velocidad de reacción, en forma diferencial y se transforma a una forma lineal. La velocidad se evalúa con los datos experimentales. Y la constante se determina con la transformada lineal de la expresión de la velocidad, se requiere datos de intervalos regulares. De forma experimental se prepara 100 ml de solución de acetato de etilo 0.03M y 100 ml de NaOH 0.03M, también 100 ml de HCl 0,02M se adicionará 10ml de HCl a un matraz Erlenmeyer y adicionar 2 gotas de fenolftaleína titular con NaOH, hasta dar vire rosa y repetir 2 veces más. (saponificación) en un vaso de precipitados de 250 ml adicionar 50ml de acetato de etilo y 50ml de NaOH, agregar 2 gotas de fenolftaleína, inicia el tiempo de reacción y tomar alícuota de 10ml cada 3 minutos hasta 10 lecturas, se dará un vire de rosa mexicano a incoloro, valorar con HCL.

INTRODUCCIÓN El ORDEN DE REACCIÓN está definido como el orden en que las partículas de los diferentes reactivos colisionan para producir un producto. Adicionalmente, el orden total de reacción es la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la velocidad de la reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice . El orden de las reacciones se determina experimentalmente. VELOCIDAD DE REACCIÓN es una medida de la rapidez con la que se forman los productos o se consumen los reactivos. CONSTANTE DE VELOCIDAD es una constante de proporcionalidad entre la velocidad de reacción y la concentración de los reactivos. El tiempo requerido para que la concentración de reactante, [A], disminuya a la mitad de su valor inicial se llama VIDA MEDIA DE LA REACCIÓN y se denota por t1/2 A través de la dependencia del tiempo de vida media de una reacción se puede también determinar el orden de reacción. SAPONIFICACIÓN: La saponificación o hidrólisis de éster en medio básico, es un proceso químico en el cual un elemento graso reacciona con una base en presencia de agua, para generar sales sódicas y potásicas derivadas de los ácidos grasos (jabones) y glicerina. Para lograr la saponificación, es necesario desdoblar una molécula de éster por medio del agua. Es la síntesis del jabón a partir de la reacción química de aceites o grasas en un medio alcalino, que bien pudiera ser el hidróxido de sodio en un medio básico.

Modelo cinético: 𝟐.𝟗𝟐𝟏𝟕 −𝒓𝑨 = 𝟐𝟐𝟓 𝑪𝐍𝐚𝐎𝐇 MÉTODO INTEGRAL: n=0 𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴 0.016311 − 0.012498 𝑘= = = 0.001271 𝑡 3 n=1 1 𝐶𝐴0 1 0.016311 𝑘 = ln = ln = 0.088755 𝑡 𝐶𝐴 3 0.012498 n=2 1 1 1 1 1 1 − ] = 6.234535 𝑘 = [ − 0] = [ 𝑡 𝐶𝐴 𝐶𝐴 3 0.012498 0.016311 n=3 1 1 1 1 1 1 𝑘 = [ 2 − 02 ] = [ − ] = 440.520178 2(3) (0.012498)2 (0.016311)2 2𝑡 𝐶𝐴 𝐶𝐴 Después de obtener todos los valores de k de los tres órdenes de reacción, el modelo cinético final es: 𝟑 −𝒓𝑨 = 𝟑𝟐𝟔. 𝟗𝟖𝟐𝟔 𝑪𝐍𝐚𝐎𝐇 TIEMPO DE VIDA MEDIA (x=0.5): 3 Si el modelo cinético es −𝑟𝐴 = 326.9826 𝐶NaOH 1 1 Por lo tanto, tiempo 𝑡1/2 = 0 2 [(1 − 𝑋𝐴 )−2 − 1] = [(1 − 0.5)−2 − 1] 2 2(0.016311) (326.9826)

2𝐶𝐴 𝑘

𝒕𝟏/𝟐 =17.2427 min

TABLAS DE RESULTADOS TABLA 2.3 – TABLA DE RESULTADOS DE LA PRÁCTICA #2 VALORACIÓN DEL HCL CORRIDA

V NaOH 0.03M (ml)

1 2

10 10

3

10

V HCl (ml)

C HCl (M)

C HCl prom

13.8 14.4

0.02173913 0.020833333

0.021183828

14.3

0.020979021

MÉTODO DIFERENCIAL

DIAGRAMAS DE FLUJOS

CORRIDA

t (min)

1 2

0 3

V NaOH (ml) 10 10

V HCl (ml) 7.7 5.9

C NaOH=Ca (M) 0.016311548 0.012498459

-0.00381309

3

0.014405

-4.240179688

-6.667927924

3

6

10

5.3

0.011227429

-0.00127103

3

0.01186294

-4.434335702

-7.766540212

4

9

10

5.4

0.011439267

0.00021184

3

0.01133335

-4.480005739

5

12

10

4.5

0.009532723

-0.00169471

6

0.01038008

-4.567867095

-8.17200532

6 7

15 18

10 10

4 3.8

0.008473531 0.008049855

-0.00105919 -0.00042368

3 3

0.00900313 0.00826169

-4.710183317 -4.796125747

-7.948861769 -8.865152501

8

21

10

3.6

0.007626178

-0.00042368

3

0.00783802

-4.84876948

-8.865152501

9

24

10

3.5

0.00741434

-0.00021184

3

0.00752026

-4.890154696

-9.558299681

10

27

8

2.5

0.006619946

-0.00079439

3

0.00701714

-4.959399109

-8.236543842

n

2.9217

k

224.9999095

ECUACIÓN DE LA GRÁFICA

-∆Ca

y=2.9217x + 5.4161

∆t

Ca prom

X= In(Ca prom)

Y = In(-∆Ca/∆t)

#¡NUM!

MÉTODO INTEGRAL CORRIDA

t (min)

V NaOH (ml)

V HCl (ml)

1

0

10

7.7

0.016311548

-

-

-

2

3

10

5.9

0.012498459

0.00127103

0.08875599

6.23453499

440.5201679 347.8814448

3

DATOS EXPERIMENTALES TABLA 2.1 - VALORACIÓN DE LA SOL’N DE HCl # V NaOH ml (0.03M) 1 10 2 10 3 10

C NaOH=Ca (M)

k (n=0)

k (n=1)

k (n=2)

k (n=3)

n

-

6

10

5.3

0.011227429

0.00084735

0.06225225

4.62688761

4

9

10

5.4

0.011439267

0.00054136

0.0394246

2.9013251

5

12

10

4.5

0.009532723

0.0005649

0.04476191

3.6329636

301.913961

6

15

10

4

0.008473531

0.00052253

0.04366173

3.78055275

338.9658956

7

18

10

3.8

0.008049855

0.00045898

0.0392344

3.49553241

324.2667432

8

21

10

3.6

0.007626178

0.00041359

0.03620412

3.32481044

319.9025225

9 10

24 27

10 8

3.5 2.5

0.00741434 0.006619946

0.00037072 0.00035895

0.03285239 0.03339948

3.06531304 3.32416169

300.6766087 352.9676119

3

215.748986 K prom

326.9826602

GRÁFICAS

V HCl (ml) 13.8 14.4 14.3

TABLA 2.2 – TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES # T (min) V alícuota NaOH (ml) V HCL (ml) 1 0 10 7.7 2 3 10 5.9 3 6 10 5.3 4 9 10 5.4 12 10 4.5 5 6 15 10 4 7 18 10 3.8 8 21 10 3.6 9 24 10 3.5 10 27 8 2.5

SECUENCIA DE CÁLCULOS EXPERIMENTALES PARA LA VALORACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE HCl: Para la concentración de HCl (M) = 𝐶𝐴 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 = 𝑉𝐻𝐶𝑙 𝑀𝐻𝐶𝑙 despejando 𝑀𝐻𝐶𝑙 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻 (10𝑚𝑙)(0.03𝑀) = 𝑀𝐻𝐶𝑙 = = 𝟎. 𝟎𝟐𝟏𝟕𝟑𝐌 = 𝑪𝑯𝑪𝒍 𝑉𝐻𝐶𝑙 13.8 MÉTODO DIFERENCIAL: Para la concentración de NaOH 𝑉𝐻𝐶𝑙 𝐶𝐻𝐶𝑙 (7.7𝑚𝑙)(0.02173M) = 𝐶NaOH = = 0.016311M 𝑉NaOH 10𝑚𝑙 Para Δ𝐶𝐴 𝛥𝐶𝐴 = 𝐶𝐴2 − 𝐶𝐴1 = 0.012498M − 0.016311M = −0.003813M Para Δt Δt = 𝑡2 − 𝑡1 = 6𝑚𝑖𝑛 − 3𝑚𝑖𝑛 = 3𝑚𝑖𝑛

DISCUSIÓN DE RESULTADOS Se determino las velocidades de reacción mediante el MÉTODO DIFERENCIAL que consistió en el cálculo del logaritmo de la concentración frente al logaritmo de la velocidad obteniendo una línea recta con pendiente positiva casi cercana a 3 (n=2.9217) y calculando el valor de k=225 (

𝑚𝑜𝑙 𝑙

)

−1.9217

𝑚𝑖𝑛 −1. Durante la realización de estos cálculos se obtuvo

un valor incorrecto en la corrida #4 ya que no existen logaritmos negativos , por lo que se tuvo que descartar ya que, en caso contrario, ese dato alteraría el orden de la reacción a mayor a 3 al momento de graficarlo. En el MÉTODO INTEGRAL que es el que más se utiliza para la interpretación de datos cinéticos, mediante la integración de las concentraciones y velocidad proponiendo el modelo cinético en base a un orden de reacción propuesto (0, 1, 2, 3), se ha llegado al resultado de que el orden de reacción 3 es donde el valor de k se mantenía más constante. Y conforme se calculaban las concentraciones de nuestro reactivo este iba disminuyendo conforme avanzaba el tiempo.

CONCLUSIONES De acuerdo con lo visto en la práctica, tanto el método diferencial y el método integral son muy eficientes para el cálculo de la rapidez de la reacción de saponificación del acetato de etilo, pero es en el método diferencial, al ser un método gráfico, donde nos da los valores más exactos debido al cálculo de la pendiente mediante la gráfica y el ajuste de los datos linealmente. En cambio, en el método integral, que es un método analítico, el orden de la reacción no es...