Science & Mathematics">
Cinetica de Saponificacion
Cinetica de Saponificacion
Cinetica de Saponificacion
Realizado por: Chen, William C.I. : 16.113.714 Daz, Jennyfer C.I. : 15.518.763
INDICE
Introduccin ........................................................................ Datos Experimentales ........................................................... Resultados ........................................................................... 1 2 4
Anlisis de los resultados ...................................................... 7 Conclusiones ....................................................................... Bibliografa .......................................................................... Anexos ................................................................................ 8 9 10
SUMARIO
El objetivo principal de esta prctica es estudiar la cintica de la reaccin de saponificacin del Acetato de Etilo. Se desea determinar la constante cintica y el orden de la reaccin: la saponificacin a temperatura ambiente. Otros objetivos de la prctica son: determinar la energa de activacin y factor de frecuencia, familiarizarse con la utilizacin del Ph-metro, y la medicin de volumen y Ph como propiedades fsicas con las que se puede calcular la concentracin de un reactivo en cualquier instante durante una reaccin qumica, y estudiar la rapidez con que se desarrolla la reaccin analizando la influencia que tiene la temperatura sobre ella. Se utiliz una solucin de acetato de etilo 0,02N y, como medio bsico, hidrxido de sodio 0,02N. Estos se hicieron reaccionar en un reactor por cargas con chaqueta de enfriamiento colocado sobre un agitador magntico. Para poder cuantificar la concentracin en cada instante de la reaccin se midi el Ph de la solucin con el uso de un Ph-metro. Se calcul la conversin del Acetato de Etilo a partir del Ph, y con ella, la concentracin a cada instante. Bajo la suposicin de que esta es una reaccin elemental de 2do orden, y como la alimentacin fue equimolar, se calcul su constante cintica con el uso del mtodo integral. El ajuste lineal de 1/CA vs t, que son los parmetros que establece para esta reaccin el modelo utilizado, aport una constante cintica de 1,931 l/mol*min, la cual tiene un error asociado pequeo: 7,3%. En la reaccin se evidenci que la velocidad de la reaccin disminuye a medida que los reactivos se agotan. Esto se not en la disminucin de la variacin del Ph (por el agotamiento del NaOH que estaba reaccionando). Con la realizacin de esta experiencia se ratific que el mtodo integral es una tcnica muy buena para la verificacin de la constante cintica de reacciones isotrmicas.
INTRODUCCIN
En esta experiencia de laboratorio se estudi la cintica de la reaccin de saponificacin del acetato de etilo, para la cual se requiere determinar, a temperatura constante, el orden, la constante cintica de la reaccin, el tiempo de vida media y el porcentaje de desviacin respecto a la constante cintica terica calculada para dicha reaccin. Para ello se determina la variacin del pH de la reaccin en el transcurso del tiempo utilizando para ello un pH-metro. Esto se hace porque, al conocerse como vara alguna propiedad fsica en el tiempo de uno de los reactivos en la reaccin, cuya concentracin inicial sea conocida, se puede calcular la variacin de la conversin de dicho reactivo, lo que a su vez permite determinar la variacin de su concentracin y que aplicando el mtodo integral resulta en una ecuacin cuya grfica ajustada proporciona la constante cintica de la reaccin y la confirmacin del orden supuesto.
DATOS EXPERIMENTALES
Tabla 1: Tiempo de reaccin y valores de pH durante la saponificacin del acetato de etilo a 27 C t (min 0.1) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 pH 0.01 11,763 11,724 11,701 11,682 11,667 11,652 11,637 11,621 11,610 11,596 11,582 11,569 11,555 11,544 11,530 11,520 11,511 11,500 11,491 11,481 11,475 11,470 11,442 11,425 11,408 11,390 11,366 11,356 11,337 11,324 11,312
20,5 21,5 22,5 23,5 24,5 25,5 26,5 27,5 28,5 29,5 30,5 32,5 34,5 36,5 38,5 40,5 42,5 44,5 46,5 51,5 56,5 61,5 66,5 71,5 76,5 81,5 91,5 111,5
11,297 11,285 11,273 11,263 11,253 11,241 11,231 11,219 11,209 11,195 11,190 11,168 11,148 11,126 11,111 11,091 11,077 11,067 11,060 11,011 11,979 11,954 11,916 11,893 11,871 11,846 11,804 10,678 9,586
Nota: El ltimo valor sealado en esta tabla se midi al da siguiente, y se tom como el valor final para los clculos.
RESULTADOS
Tabla 2: Tiempo de reaccin e inverso de la concentracin t (min 0.1) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 1/Ca
50,000 51,864 53,030 54,034 54,853 55,698 56,569 57,529 58,208 59,096 60,011 60,887 61,859 62,644 63,674 64,430 65,126 65,998 66,728 67,559 68,068 68,497 71,008 72,624 74,315 76,194 78,852 80,015 82,322 83,978 85,568
20,5 21,5 22,5 23,5 24,5 25,5 26,5 27,5 28,5 29,5 30,5 32,5 34,5 36,5 38,5 40,5 42,5 44,5 46,5 51,5 56,5 61,5 66,5 71,5 76,5 81,5 91,5
87,641 89,374 91,176 92,735 94,348 96,359 98,101 100,277 102,166 104,932 105,957 110,714 115,426 121,094 125,289 131,356 135,965 139,460 142,016 162,913 180,233 196,558 227,941 252,326 281,088 322,917 430,556
Nota: al realizar los clculos de ajuste de datos se decidi desechar los ocho ltimos valores experimentales dado que estos se encontraban alejados de la tendencia.
GRFICO 1: 1/Ca VS t
240,000
220,000
200,000
180,000
140,000
120,000
100,000
80,000
60,000
Tabla N 3: Constante cintica y orden de reaccin para la saponificacin del acetato de etilo
Constante Cintica Experimental (KEXP) Constante Cintica Terica (KTEORICA) Porcentaje de desviacin Orden de la Reaccin (n)
Temperatura ( T)
27 C
1,931 lt/mol*min
2,083 lt/mol*min
7,3%
Segundo orden
25,9 min
CONCLUSIONES
La saponificacin de acetato de etilo se ajusta al modelo cintico de orden 2, lo cual verifica que se puede relacionar la conversin puntual de los reactivos por medio de la variacin del pH del medio de reaccin. Es posible calcular la conversin de un reactivo en una reaccin isotrmica a partir del seguimiento del cambio de una propiedad fsica o qumica, que sea aditiva y proporcional a la concentracin y, por tanto, que vare durante la reaccin, como es el caso del pH. El incremento de la temperatura a la cual se va a llevar a cabo una reaccin isotrmica aumenta la velocidad de reaccin de la misma. Esto se ve reflejado en valores mayores de la constante cintica para temperatura ms elevadas.
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
(1) (2)
LEVENSPIEL, Octave. Chemical Reaction Engineering, 3 edicin. John Wiley & Sons. USA, 1999. 668pp. BARROW, Gordon. Qumica Fsica, 2 edicin, vol.2. Edit. Revert S.A.. Barcelona, Espaa, 1968. 893pp.
Otras consultas realizadas: CASTELLAN, Gilbert. Fisicoqumica, 2 edicin. Addison Wesley Longman. Mxico, 1987. 1057pp. CROCKFORD, H. D. y Samuel Knight. Fundamentos de Fisicoqumica. 1 edicin en espaol de la 2 edicin en ingls. Compaa Editorial Continental, SA. Mxico, 1978. 469pp.
ANEXOS
Deduccin del modelo cintico Para volumen y temperatura constante durante la reaccin:
dCa = k Ca n dt
Ca: t: k: n: Concentracin puntual del reactivo a Tiempo Constante cintica de la reaccin Orden de la reaccin Orden uno (n=1)
dCa = k dt Ca
Integrando la expresin:
ln(Ca ) = k t + ln(Ca0 )
Ca0: Concentracin inicial del reactivo a Orden dos (n=2)
dCa = k dt 2 Ca
Integrando la expresin:
1 1 = k t + Ca Ca0
Conversin puntual
x=
pH pH 0 pH pH 0
Ca = Ca0 (1 x)
Ca: t: k: n: Ca0: Concentracin puntual del reactivo a Tiempo Constante cintica de la reaccin Orden de la reaccin Concentracin inicial del reactivo a
t m exp =
1 k exp * C A 0
Donde: Tmexp : Tiempo de vida media experimental (min) Kexp : Constante cintica experimental (lt/mol*min)
tm exp =
1 1,931* 0,02
Ea k TEO = A 0 exp RT
KTEO: A 0: Ea: R: T: Constante cintica terica Factor de frecuencia (16.6*106 l/mol*s) Energa de activacin de la reaccin (11.3 Kcal/molK) Const. Universal de los gases (1.987*10-3 Kcal/mol k) Temperatura de la reaccin (300 K)
kTEO : Constante Cintica Terica KEXP : Constante cintica experimental1 2,083 1,931 % DESVIACIN = *100 2,083
% DESVIACIN = 7,3%
Resultados intermedios
etilo Tabla N 4 : Conversin puntual para la saponificacin del acetato de
t (min 0.1) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16,5 17,5 18,5 19,5 20,5 21,5
x
0,00 0,04 0,06 0,07 0,09 0,10 0,12 0,13 0,14 0,15 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 0,27 0,30 0,31 0,33 0,34 0,37 0,38 0,39 0,40 0,42 0,43 0,44
22,5 23,5 24,5 25,5 26,5 27,5 28,5 29,5 30,5 32,5 34,5 36,5 38,5 40,5 42,5 44,5 46,5 51,5 56,5 61,5 66,5 71,5 76,5 81,5 91,5 111,5
3
0,45 0,46 0,47 0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0,55 0,57 0,59 0,60 0,62 0,63 0,64 0,65 0,69 0,72 0,75 0,78 0,80 0,82 0,85 0,88 1,00
0,8
Conversin
0,6
0,4
0,2