Metepec, Estado de México, a 11 de Noviembre del 2015

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA

TNMSNESTNMSEP

Laboratorio Integral ll

Practica 10

Hidrolisis alcalina de un Ester

Ingeniería Química

P R E S E N T A:

Estrada Hernández René

Torres Andrade José Ignacio

NO. CONTROL:

11281392

11280064

Introducción

El objetivo principal de esta práctica es estudiar la cinética de la reacción de saponificación del Acetato de Etilo. Se desea determinar la constante cinética y el orden de la reacción: la saponificación a temperatura ambiente. Otros objetivos de la práctica son: determinar la energía de activación y factor de frecuencia, familiarizarse con la utilización del Ph-metro, y la medición de volumen y Ph como propiedades físicas con las que se puede calcular la concentración de un reactivo en cualquier instante durante una reacción química, y estudiar la rapidez con que se desarrolla la reacción analizando la influencia que tiene la temperatura sobre ella. Se utilizó una solución de acetato de etilo 0,02N y, como medio básico, hidróxido de sodio 0,02N. Para poder cuantificar la concentración en cada instante de la reacción se midió el Ph de la solución con el uso de un Ph-metro. Se calculó la conversión del Acetato de Etilo a partir del Ph, y con ella, la concentración a cada instante. Bajo la suposición de que esta es una reacción elemental de 2do orden, y como la alimentación fue equimolar, se calculó su constante cinética con el uso del método integral.

En la reacción se evidenció que la velocidad de la reacción disminuye a medida que los reactivos se agotan. Esto se notó en la disminución de la variación del Ph (por el agotamiento del NaOH que estaba reaccionando). Con la realización de esta experiencia se ratificó que el método integral es una técnica muy buena para la verificación de la constante cinética de reacciones isotérmicas.

La saponificación del acetato de etilo transcurre relativamente rápida a 25°C de acuerdo con la ecuación:

CH3COOC2H5 + Na+OH- → CH3COO- Na+ + C2H5OH

La reacción puede seguirse conductimétricamente puesto que la conductividad disminuye en el transcurso de la reacción. Esto se deduce del hecho de que la conductividad molar del ión OH- es mayor que la del ión acetato y éstos sustituyen a los OH- en el transcurso de la reacción. Por otra parte el acetato de etilo y el alcohol que no son iónicos, prácticamente no afectan a las medidas de conductividad.

Si la reacción se comporta como irreversible, de forma que los productos no afectan a la velocidad de la reacción, la ecuación de velocidad puede escribirse de la siguiente forma:

d [x ]dt

=k [CH 3COOC 2H 5 ]∗n [NaOH ]M

O bien

d[x]/dt = k [a− x]n[b− x]m [1]

donde

a = concentración inicial de acetato de etilo

b = concentración inicial de hidróxido de sodio

x = concentración de reactivo que reacciona en el tiempo t.

Si hacemos que las concentraciones iniciales de los reactivos sean iguales (a = b) la ecuación [1] se transforma:

d[x]/dt= k [a− x]m+n = [a− x]r [2]

Siendo r el orden total de la reacción.

Las ecuaciones integradas de velocidad para orden uno y dos son:

r = 1 Ln[ A ]/ [ A ]o= a =−x/a =−kt [3]

r = 2 1/[ A ]-1/[ A ]o= (1/a-x)-1/a =kt [4]

Por otra parte si llamamos:

κo a la conductividad específica inicial de la disolución.

κt a la conductividad específica de la disolución en el tiempo t.

κf a la conductividad específica final de la disolución.

Podremos expresar x en función de las conductividades específicas mediante la expresión siguiente:

x = a (κo- κt) / (κo- κf) [5]

Sustituyendo la ecuación (5) en las ecuaciones (3) y (4) obtenemos las ecuaciones integradas de velocidad en término de la conductividad:

r = 1 Ln(κt –κf /k0-kf )=−k [6]

r = 2 κ0 - κt / kt-kf =a k t [7]

A partir de las ecuaciones integradas para orden 1 y 2 en función de las conductividades y de a podremos determinar determinar el orden global de reacción y la constante de velocidad de la reacción estudiada.

Resultados y Operaciones

Tiempo Ph Conductividad 10^(14-ph) k 20°C

0 11.7 2040 199.526231 2.421875 0.88454203

1 11.7 2020 199.526231 1/T

2 11.7 1980 199.526231 0.00341297

3 11.7 1940 199.526231

4 11.7 1900 199.526231

5 11.7 1860 199.526231

6 11.7 1830 199.526231

7 11.7 1800 199.526231

8 11.7 1760 199.526231

9 11.7 1730 199.526231

10 11.7 1710 199.526231

11 11.7 1680 199.526231

12 11.7 1660 199.526231

13 11.7 1640 199.526231

14 11.6 1620 251.188643

15 11.6 1600 251.188643

16 11.6 1580 251.188643

18 11.6 1550 251.188643

20 11.6 1520 251.188643

22 11.6 1490 251.188643

24 11.5 1470 316.227766

26 11.5 1450 316.227766

28 11.5 1430 316.227766

30 11.5 1400 316.227766

0 5 10 15 20 25 30 350

50

100

150

200

250

300

350

f(x) = 4.57661955129201 x + 173.921575847365

t VS 10^(14-PH)

Tiempo Ph conductividad 10^(14-ph) k 25°C

0 11.6 1990 251.188643 2.10843373

0.74594537

1 11.5 1910 316.227766 1/T

2 11.5 1840 316.227766 0.0033557

3 11.5 1780 316.227766

4 11.5 1720 316.227766

5 11.4 1670 398.107171

6 11.4 1630 398.107171

7 11.4 1600 398.107171

8 11.4 1560 398.107171

9 11.4 1530 398.107171

10 11.3 1510 501.187234

11 11.3 1480 501.187234

12 11.3 1460 501.187234

13 11.3 1440 501.187234

14 11.3 1420 501.187234

15 11.3 1410 501.187234

16 11.3 1390 501.187234

18 11.2 1360 630.957344

20 11.2 1340 630.957344

22 11.2 1310 630.957344

24 11.2 1300 630.957344

26 11.2 1280 630.957344

28 11.1 1260 794.328235

30 11.1 1250 794.328235

35 11.1 1220 794.328235

40 11 1200 1000

45 11 1180 1000

50 11 1160 1000

0 10 20 30 40 50 600

200

400

600

800

1000

1200

f(x) = 15.6461628284997 x + 290.58701575863

t VS 10^(14-ph)

Tiempo Ph Conductividad 10^(14-Ph) k 30°C

1 11.6 1900 251.188643 1.76470588

0.56798404

2 11.6 1870 251.188643 1/T

3 11.6 1810 251.188643 0.00330033

4 11.6 1770 251.188643

5 11.6 1720 251.188643

6 11.6 1680 251.188643

7 11.5 1650 316.227766

8 11.5 1620 316.227766

9 11.5 1590 316.227766

10 11.5 1570 316.227766

11 11.5 1540 316.227766

12 11.4 1520 398.107171

13 11.4 1500 398.107171

14 11.4 1490 398.107171

15 11.4 1470 398.107171

16 11.4 1450 398.107171

17 11.4 1440 398.107171

18 11.4 1420 398.107171

19 11.4 1400 398.107171

20 11.4 1390 398.107171

0 5 10 15 20 250

50

100

150

200

250

300

350

400

450

f(x) = 10.202516819446 x + 226.435334594388

t VS 10^(14-ph)

Tiempo Ph Conductividad k 35°C

0 11.4 2000 398.107171 1.09649123

0.09211529

1 11.4 1800 398.107171 1/T

2 11.4 1740 398.107171 0.00324675

3 11.3 1650 501.187234

4 11.3 1580 501.187234

5 11.3 1530 501.187234

6 11.2 1490 630.957344

7 11.2 1440 630.957344

8 11.2 1420 630.957344

9 11.2 1390 630.957344

10 11.1 1360 794.328235

11 11.1 1340 794.328235

12 11.1 1320 794.328235

13 11.1 1320 794.328235

14 11.1 1300 794.328235

15 11.1 1290 794.328235

16 11.1 1280 794.328235

17 11.1 1270 794.328235

18 11.1 1260 794.328235

19 11.1 1250 794.328235

20 11.1 1240 794.328235

0 5 10 15 20 250

100

200

300

400

500

600

700

800

900f(x) = 22.8678125386991 x + 436.051549490637R² = 0.833983415579982

Chart Title

Ln k=Ln A -Ea/R*1/T

b=lnA=.143

y=Ln K

m=Ea/R * 1/T = -.7266*1/T

x= 1/T

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1f(x) = − 0.542705124381683 x + 1.57549870634396R² = 0.796547124786194

Series2

Linear (Series2)

Linear (Series2)

Análisis de resultados

Calculando la conversión puntual del NaOH, la cual es igual a la del acetato de etilo ya que la reacción es equimolar, se puede obtener el valor de la concentración puntual conociendo previamente la concentración inicial. Con los valores de concentración puntual de NaOH, que es el reactivo al cual se le hizo el seguimiento, se realiza el ajuste al modelo cinético de orden 2. A partir de lo cual se obtuvo la ecuación global de la velocidad de reacción.

Conclusiones

• La saponificación de acetato de etilo se ajusta al modelo cinético de orden 2, lo cual verifica que se puede relacionar la conversión puntual de los reactivos por medio de la variación del pH del medio de reacción.

• Es posible calcular la conversión de un reactivo en una reacción isotérmica a partir del seguimiento del cambio de una propiedad física o química, que sea aditiva y proporcional a la concentración y, por tanto, que varíe durante la reacción, como es el caso del pH.

• El incremento de la temperatura a la cual se va a llevar a cabo una reacción isotérmica aumenta la velocidad de reacción de la misma. Esto se ve reflejado en valores mayores de la constante cinética para temperaturas más elevadas.

Referencias bibliográficas

(1) LEVENSPIEL, Octave. “Chemical Reaction Engineering”, 3° edición. John Wiley & Sons. USA, 1999. 668pp.

(2) BARROW, Gordon. “Química Física”, 2° edición, vol.2. Edit. Reverté S.A.. Barcelona, España, 1968. 893pp.

(3) CASTELLAN, Gilbert. “Fisicoquímica”, 2° edición. Addison Wesley Longman. México, 1987. 1057pp.