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.