UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

DEPARTAMENTO DE QUIMICA

INFORME # 4

OBTENCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS

CINÉTICOS MEDIANTE EL METODO INTEGRAL

Y DIFERENCIAL EMPLEANDO LA REACCIÓN DE

SAPONIFICACIÓN DEL ACETATO DE ETILO

Integrantes: Aduviri Ochoa Clara Rocio

Gonzales Muñoz Ramiro Winder

Huanca Fulguero Gladys

Valdivia Zurita Andrea Michelle

Veneros Cartagena Jorge Mario

Asignatura: Laboratorio de Reactores

Docente: Ing. Javier Bernardo Lopez Arze

Gestion: II/2014

COCHABAMBA – BOLIVIA

OBTENCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS CINÉTICOS MEDIANTE EL METODO

INTEGRAL Y DIFERENCIAL EMPLEANDO LA REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN

DEL ACETATO DE ETILO

1. Introducción

Una ecuación cinética que caracteriza a la velocidad de reacción y su forma puede provenir de

consideraciones teóricas o ser simplemente el resultado de un procedimiento empírico de

ajuste de curvas. En ambos casos, el valor de los coeficientes cinéticos de la ecuación

solamente puede determinarse por vía experimental, ya que en la actualidad resultan

inadecuados los modelos de predicción.

2. Objetivos

Realizar tratamientos de datos cinéticos mediante el método integral y método

diferencial empleando como sistema la reacción de Saponificación del Acetato de Etilo

Aplicar en el tratamiento de datos experimentales los dos métodos matemáticos

señalados, para la determinación del orden de reacción, la constante de velocidad y el

tiempo de vida media.

Definir la exactitud o aproximación de cada método, mediante la comparación de los

resultados obtenidos con respecto a los datos teóricos existentes.

3. Marco Teórico

La cinética química estudia la velocidad y el mecanismo por medio de los cuales una

especie química se transforma en otra. La velocidad es la masa de un producto

formado o de un reactante consumido por unidad de tiempo. El mecanismo es la

secuencia de eventos químicos individuales cuyo resultado global produce la reacción

observada. La cinética química considera todos los factores que influyen sobre ella

explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción.

Para poder estudiar la cinética química de una reacción debemos seguir de algunos

métodos

Métodos químicos

En los métodos químicos se separa una cantidad de sustancia (alícuota) del reactor

para su análisis. Para que los métodos químicos sean eficaces, deben ser rápidos en

relación a la reacción a estudiar, en caso contrario la reacción de la alícuota se ha de

frenar mientras transcurre el proceso de análisis. Las formas en las que podemos

detener el avance de la reacción son diversas, dependiendo de cada sistema:

disminuyendo la temperatura de reacción, eliminando el catalizador, añadiendo un

inhibidor al sistema, eliminando alguno de los reactivos.

Métodos Físicos

En los métodos físicos se mide una propiedad física de la mezcla que cambie a lo largo

de la reacción. Son rápidos y evitan tener que sacar muestras del reactor, por lo que en

general son más indicados para el estudio cinético de una reacción. Los métodos

físicos más frecuentes son medida de la presión en reacciones gaseosas, métodos

dilatométricos (cambio en el volumen, métodos ópticos (polarimetría, índice de

refracción, colorimetría, espectrofotometría), métodos eléctricos (conductimetría,

potenciometría, polarografía).

3.1 Método Diferencial

Cuando una reacción es irreversible, en muchos casos es posible determinar el orden de

reacción α y la constante de velocidad específica diferenciando numéricamente los datos de

concentración contra el tiempo.

Por ejemplo:

A productos

Expresando la velocidad de reacción como -rA = kCAα o bien como

−dC Adt

=kC Aα

Sacando logaritmo natural de ambos miembros de la velocidad de reacción tendremos:

ln (−dC Adt )= ln k+α lnC A

La pendiente de una gráfica de ln (−dC Adt )

en función de (ln CA) es el orden de reacción

Para obtener la derivada de −dC A /dt , debemos diferenciar los datos de concentración tiempo,

numéricamente o gráficamente.

3.2 Método Integral

Para determinar el orden de reacción por el método integral, conjeturamos el orden reacción e

integramos la ecuación diferencial usada. Si el orden que supusimos es correcto, la grafica

apropiada de los datos concentración-tiempo (determinada a partir de la integración) será

lineal.

Para el ejemplo A productos, efectuada en un reactor por lotes de un volumen constante, el

balance de moles es:

dC Adt

=rA

En el caso de una reacción de orden cero, rA = -k, y la ley de velocidad y balance de moles

combinados dan

dC Adt

=−k

Integrando con CA = CA,o en t = 0, tenemos C A=C A ,o−kt

Si el ajuste del grafico CA en función de tiempo no se ajusta a una aproximación lineal

satisfactorio, se ensaya con otra ecuación cinética.

4. Parte Experimental

Se estudiara la reacción de saponificación del acetato de etilo

4.1 Equipo y Material a Utilizar

Dos matraces aforados de 100 mL

Una bureta de 25 mL

Dos vasos precipitados de 250 mL

Dos matraces Erlenmeyer de 100 mL

Un cronómetro

Ácido clorhídrico concentrado

Hidróxido de sodio

Acetato de etilo

Fenolftaleina

Agua Destilada

4.2 Desarrollo de la Práctica

Preparar 100 ml de solución 0.03 M de NaOH.

Preparar 100 ml de solución 0.03 M de acetato de etilo.

Preparar y valorar 100 ml de la solución de concentración 0.02M de ácido clorhídrico

( HCl) y aforar en una bureta con la solución de HCl 0.02 M

Tomar 50mL de acetato de etilo con una probeta y agregarlos a un vaso de precipitados

de 250mL que servirá como reactor.

Adicionar 2 ó 3 gotas de fenolftaleína al vaso de precipitados (reactor).

Adicionar 50mL de NaOH al reactor e inmediatamente proseguir con el siguiente paso.

Tomar una alícuota de 10 ml del sistema, adicionarlos a un matraz Erlenmeyer y titular

con HCl 0.02M.

Repetir el anterior paso cada 3 minutos (tomar 10 lecturas).

Nota: La última alícuota probablemente será de 10 ml, debido al error de medición.

5. Cálculos y Resultados

CAcetato de etilo, CA0 = 0.03 M CNaOH, CB0 = 0.03 M T = 21 ºC

Tabla de Comparación de Resultados

Método

Variable Literal Integral Diferencial Unidades

Orden de

reacciónn 2

Constante k 0.25 L/mol min

Tiempo medio t1/2 266.67 min.

Gráfico de Resultados de los Análisis de los Datos Experiméntales

Tabulación de CA vs. Tiempo

0 20 40 60 80 100 1200.00900000000000001

0.01

0.011

0.012

0.013

0.014

0.015

0.016

Concentración de NaOH vs Tiempo

CA vs t [EXP]CA vs t [Int]

Tiempo [min]

Conc

entr

ació

n de

NaO

H [M

]

Experimental Diferencial Integral

Tiempo CA Tiempo CA Tiempo CA

0,93 0,0144 0,93 0,93 0,01494787

3,15 0,0144 3,15 3,15 0,01482488

6,27 0,0144 6,27 6,27 0,01465541

10,1 0,0142 10,1 10,1 0,01445261

15,7 0,0142 15,7 15,7 0,01416598

20,25 0,014 20,25 20,25 0,01394133

25,61 0,0138 25,61 25,61 0,01368566

35,33 0,0134 35,33 35,33 0,01324518

45,45 0,013 45,45 45,45 0,01281572

55,48 0,0126 55,48 55,48 0,0124167

65,08 0,0122 65,08 65,08 0,01205739

75,36 0,0112 75,36 75,36 0,01169499

85,25 0,0112 85,25 85,25 0,01136633

95,23 0,0108 95,23 95,23 0,01105288

102,38 0,0114 102,38 102,38 0,01083874

107,15 0,0108 107,15 107,15 0,01070043

113,22 0,0112 113,22 113,22 0,01052946

116,22 0,0098 116,22 116,22 0,01044696

120,87 0,0098 120,87 120,87 0,0103216

6. Observaciones y Concluciones

Se logró realizar el tratamiento de los datos obtenidos experimentalmente en la reacción

de Saponificación de Acetato de Etilo mediante los métodos integral y diferencial

obteniendo parámetros cinéticos similares.

Se calculó la constante de velocidad y el tiempo de vida media usando ambos métodos

observándose poca variación en los resultados.

Aplicar en el tratamiento de datos experimentales los dos métodos matemáticos

señalados, para la determinación del orden de reacción, la constante de velocidad y el

tiempo de vida media.