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Laboratorio de Fisicoquímica II

CINÉTICA DE LA HIDRÓLISIS DEL ACETATO DE ETILO Alejandra González H., Juliana García P., Alejandro Parra A. Programa de Química, Universidad del Quindío Docente. Cristian C. Villa. RESUMEN Mediante ésta práctica de laboratorio se buscó estudiar la cinética de la hidrólisis del acetato de etilo teniendo especial cuidado con la medida del tiempo de reacción puesto que, ésto es imprescindible para la realización de los experimentos relacionados con la cinética de las reacciónes; se determinó el orden de reacción y se plantearon gráficas y análisis para el mejor entendimiento del mismo. Palabras claves: Cinética, tiempo de reacción, orden de reacción. ABSTRACT By means of this laboratory practice it was sought to study the kinetics of the hydrolysis of ethyl acetate taking special care with the measurement of the reaction time since this is essential for the realization of the experiments related to the kinetics of the reactions; the order of reaction was determined and graphs and analyzes were proposed for the best understanding of the same. Key words: Kinetics, reaction time, reaction order. INTRODUCCIÓN “La cinética de las reacciones estudia las velocidades y los mecanismos de las reacciones químicas. Un sistema reactivo no está en equilibrio, por lo que la cinética de las reacciones no se considera parte de la termodinámica, sino que es una parte de la cinética. Las aplicaciones de la cinética química, son numerosas. En la síntesis industrial de sustancias, las velocidades de reacción son tan importantes como las constantes de equilibrio. El equilibrio termodinámico nos indica la máxima cantidad posible de NH 3, que puede obtenerse, a unas T y P dadas, a partir de N2 y H2, pero si la velocidad de reacción entre estos es muy baja, la realización de dicha reacción no es económica. Frecuentemente, en las reacciones de síntesis orgánica pueden dar varias reacciones competitivas, y la velocidad relativa de éstas determina generalmente la cantidad de cada producto. Lo que ocurre con los contaminantes liberados en la atmósfera puede

comprenderse únicamente mediante un análisis cinético de las reacciones atmosféricas. Un automóvil funciona porque la velocidad de oxidación de los hidrocarburos, aunque despreciable a temperatura ordinaria, es rápida a la elevada temperatura del motor. Muchos de los metales y plásticos de la tecnología moderna son termodinámicamente inestables respecto a la oxidación, pero la velocidad de ésta es pequeña a temperatura ambiente. Las velocidades de reacción son fundamentales en el funcionamiento de los organismos vivos. Los catalizadores biológicos (enzimas) controlan el funcionamiento de un organismo acelerando selectivamente ciertas reacciones. En suma, para comprender y predecir el comportamiento de un sistema químico, deben considerarse conjuntamente la termodinámica y la cinética. ”1

1 Levine, I.N. FISICOQUÍMICA. Vol 2. McGraw-Hill. Bogotá. 1981. p 659. 1

Laboratorio de Fisicoquímica II

La reaccion correspondiente entre el acetato de etilo y el hidróxido de sodio es:

14,0 16,0 18,0 20,0

CH 3 COO C2 H 5+ NaOH → CH 3 COONa+C2 H 5 OH

9,26 9,04 8,98 8,91

10,20 10,11 10,21 10,58

METODOLOGÍA REACTIVOS Acetato de etilo, Agua destilada, NaOH 2M. MATERIALES Y EQUIPOS Barra de agitación magnética, Beakers, Cronómetro, Tubos de ensayo, pH-metro, Pipetas, Plancha de calentamiento, Propipeta, Soportes.

Para los datos de reacción obtenidos a 23 °C: pH+ pOH =14 pOH =14− pH



Para el pH= 13,2 a 23°C: pOH=14 −13,2 =¿ 0,8

MÉTODOS Para la cinética de la hidrólisis del acetato de etilo En un vaso de precipitados se colocó una barra de agitación magnética y se adicionaron 5 mL de NaOH 2M y 5 mL de acetato de etilo; se puso en marcha el cronómetro al adicionar la mitad del acetato de etilo e inmediatamente se introdujo el electrodo al sistema. Se hicieron medidas en determinados tiempos hasta los veinte minutos. Posteriormente se subió la temperatura 10°C y se realizó el mismo procedimiento. ANÁLISIS DE RESULTADOS Tabla 1. Valores de pH obtenidos a lo largo de la reacción a diferentes temperaturas. t (min) 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 5,0 7,0 10,0 12,0

pH a 23°C 13,2 13,0 12,98 12,92 12,87 11,95 10,16 9,82 9,60 9,49

pH 34°C 11,85 11,54 11,52 11,32 11,10 10,51 10,16 10,11 9,88 10,23

Se realizó el mismo calculo para cada valor de pH encontrado en la tabla 1. Luego se realizó el cálculo de la concentracion de OH, de la siguiente manera: pOH =−log[OH ]

[ OH ]=antilog(− pOH ) 

Para el pOH= 0,8:

[ OH ]=antilog ( −0,8 ) =0,1585 De esta misma forma se realizó el cálculo para hallar todas las concentraciones reportadas en la tabla 2.

Tabla 2. Datos pOH y [OH] a 23 °C pOH 0,8 1 1,02 1,08 1,13 2,05 3,84

[OH ] 0,1585 0,1 0,0955 0,0832 0,0741 0,0089 1,44 x 10−4

Ln[OH] -1,842 -2,302 -2,349 -2,486 -2,602 -4,722 -8,846

1/[OH] 6,309 10 10,471 12,019 13,495 112,359 6944,44 2

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4,18 4,4

6,61 x 10−5 3,98

-9,624

15128,59

-10,132

26125,63

-10,385

32362,46

-10,914

54945,05

-11,418 -11,559

90909,09 104712,0 4 123001,2 3

r Gráfica 2. Ln [OH] vs tiempo ¿ ) ¿ ¿

−5

4,51 4,74 4,96 5,02 5,09

x 10 3,09 x 10−5 1,82 −5 x 10 1,1 x 10−5 9,55 −6 x 10 8,13 x 10−6

-11,719

Gráfica 3. 1/[OH] vs tiempo r ¿ ) ¿ ¿

Por lo tanto: La reaccion es de segundo orden y se pudo deducir gracias a los r 2 de cada gráfica correspondiente.

Gráfica 1. [OH] vs tiempo

r ¿ ) ¿ ¿

Se realizó en Origin las tres gráficas correspondientes a reacciones de orden cero, uno y dos y se determinó por linealidad que la reaccion es de segundo orden y se pudo deducir gracias a los 2 r de cada gráfica correspondiente. Para las reacciones de segundo orden: A ¿0 ¿ ¿ 1 1 − [A] ¿ K=¿ 1 1 − 0,0741 0,1585 K= 2 K=3,593 3

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Para los datos obtenidos a 34 °C: 

Para el pH= 11,85 a 34°C: pOH=14 −11,85=¿ 2,15

Luego se realizó el cálculo de la concentración de OH, así: pOH =−log[OH ]

[ OH ] =antilog(− pOH ) 

Gráfica 4. [OH] vs tiempo

Para el pOH= 2,15 a 34°C:

[ OH ] =antilog( −2,15) =7,08 x 10−3

r ¿ ) ¿ ¿

De igual manera se realizaron los cálculos para las concentraciones reportadas en la tabla 3. Tabla 3. Datos pOH y [OH] a 34 °C pOH

[OH]

2,15 2,46 2,48 2,68 2,9 3,49 3,84 3,89 4,12

7,08 x 10 3,48 x 10−3 −3 3,31 x 10 2,09 x 10−3 −3 1,26 x 10 −4 3,23 x 10 −4 1,44 x 10 −4 1,29 x 10 −5 7,58 x 10

−3

Ln [OH] -4,950 -5,661 -5,711 -6,170 -6,677 -8,038 -8,846 -8,956 -9,487

1/[OH] 141,243 287,356 302,115 478,469 793,651 3095,975 6944,444 7751,938 13192,61 2

Gráfica 5. Ln[OH] vs tiempo r ¿ ) ¿ ¿

4

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Grafica 6. 1/[OH] vs tiempo

A: Factor pre-exponencial o factor de frecuencia. Indica la frecuencia de las colisiones.

r ¿ ) ¿ ¿

R: constante de los gases.

Para la realización de las gráficas se descartaron algunos datos muy alejados para conseguir una mayor linealidad y determinar correctamente el orden de la reacción.

T: Temperatura absoluta.

Se puede determinar una reaccion de segundo orden, y se calcula k; asi:

mayor energía de activación para las moléculas y

Este aumento del valor de K también es debido a que a mayor temperatura, hay mayor entropía, están más dispuestas a reaccionar, por lo que se ve reflejado en el aumento de la constante de velocidad

A ¿0 ¿ ¿ 1 1 − [A] ¿ K=¿

CONCLUSIONES 

1 1 − −3 2,09 x 10 7,08 x 10−3 =224,81 K= 1,5 Como se puede apreciar existe una variación entre



el K calculado para la temperatura de 23 °C y el K para 34 °C. A partir de esto se puede decir que cuando hay un aumento hace de la temperatura para una reacción

que en este caso se trató de la

hidrólisis del acetato de etilo,

la constante de

velocidad (K) aumenta, por lo que tiene una

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  Levine, I.N. FISICOQUÍMICA. Vol 2. McGraw-Hill. Bogotá. 1981. p 659. 

Herramienta graficación.



Eva Mª Talavera Rodríguez y Francisco A. Ocaña Lara. Cinética De Hidrólisis Del Acetato De Metilo. Universidad de Granada.

dependencia de la temperatura. Esta dependencia está dada por la ecuación de Arrhenius: K (t)=A∗e

−Ea RT

Se determinó por medio gráficos hechos en la herramienta Origin Labs que la hidrólisis del acetato de etilo con hidróxido de sodio es una reacción de segundo orden. Se calculó la constante de velocidad K para la reacción a las temperaturas propuestas y se identificó que esta constante es dependiente de la temperatura.

Origin

Labs,

análisis

y

Donde: K(t): Constante cinética dependiente de T. Ea: energía de activación 5...