INFORME DE LABORATORIO Nº 1

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1 Universidad de Chile Facultad de Cs. Físicas y Matemáticas Labratri de Fluiddinámica y Prcess INFORME DE LABORATORIO Nº 1 Cinética de Reaccines CI41B Ingeniería Ambiental Nta Infrme Final: Nmbres: Ayudante encargad: Alumn 1 Alumn 2 Alumn 3 Ayudante Observacines: Fecha realización: Fecha de entrega:

2 1. Intrducción a la cinética de reaccines N tdas la reaccines químicas alcanzan el equilibri en frma rápida. Reaccines químicas que dependen del tiemp se denminan reaccines cinéticas. Existen muchs cass en ingeniería ambiental en ls cuales la reacción de un cntaminante u tra sustancia depende del tiemp transcurrid. Alguns ejempls sn: Remción de materia rgánica en agua Crecimient de masas bilógicas Decaimient radiactiv Desinfección química Reaccines químicas de residus industriales La tasa de reacción, k, es un términ usad para describir la frmación desaparición de una sustancia ( especie química). Reaccines cm una xidación bilógica desinfección, las cuales curren en una fase única (gas, líquid sólid) se denminan hmgéneas. Aquellas cm ls intercambis iónics y adsrción, las cuales curren cn intercambis de fases se denminan hetergéneas. Las reaccines resultan de la pérdida de un reactante y la ganancia frmación de un prduct. En frma esquemática est se puede ver de la siguiente manera: reactante prduct La tasa a la cual curre esta reacción tiene unidades de cncentración pr tiemp, es decir, [M/L 3 -T]. Ejempls de estas unidades sn [mg/l 3 s] [ml/cc-s] 2. Reaccines de segund rden Cnsiderems ds mléculas del tip A y B, pdems bservar que a través del tiemp la siguiente reacción se lleva a cab: A + B P1 + P2 Dnde P1 y P2 sn ls prducts de la reacción entre A y B. Cnsiderems el siguiente escenari. Supngams una mlécula de A rdeada de muchas mléculas de B. La prbabilidad de que la mlécula A reaccine cn alguna mlécula B sería prprcinal a la cantidad de mléculas de B presentes en la slución. Si cnsiderams ahra un cnjunt de mléculas del cmpuest A, la prbabilidad de reaccines es prprcinal al ttal de mléculas de A y B, es decir, la

3 tasa de reacción es prprcinal a la multiplicación de las cncentracines del cmpuest A y B. Este escenari da rigen a la cinética bimlecular cinética de segund rden: d[a] d[b] - r = - = k[a][b] = = A Para analizar estas ecuacines supngams que x representa la cantidad (en mles de ls reactantes A y B que han reaccinad. De esta manera, si [A] y [B] representan las cantidades iníciales de ls reactantes A y B se tiene que: [A] = [A] X y [B] = [B] X Dnde [A] y [B] sn las cncentracines A Y B en el tiemp. Se tiene además que: d[a] d([a] = X ) dx = - Juntand tdas las ecuacines anterires se btiene la siguiente ecuación: dx = k([a] La cual, integrand, en t = 0 y x = 0; [A] 1 [B] ln X ) ([B] X ) [B] ([A] X ) [A] ([B] X ) r B = k t En la figura 1 se muestra un gráfic que ilustra el cambi de la cncentración del cmpuest A a través del tiemp:

4 Figura 1 La reacción estudiada en ésta práctica es la del acetat de etil cn hidróxid de sdi, la cual tendrá cm prducts acetat de sdi y alchl etílic CH3COOC2H5 + Na + OH - CH3COONa + C2H5OH 3. Objetivs de la experiencia El bjetiv general de este experiment es describir parte de la reacción del acetat de etil cn NaOH encntrand la tasa de reacción de la reacción mencinada en el punt anterir para una determinada temperatura. Además se espera intrducir al alumn dentr de la química de la cinética de reaccines. 3.1 Medición de tasas per cóm? N se puede medir la masa de la reacción sin alterar el prces de transfrmación, pr es es necesari cntar cn un indicadr. La cnductividad, capacidad de una slución inizada para transprtar crriente eléctrica, resulta ser un indicadr adecuad del seguimient de esta reacción. En este experiment el NaOH y el acetat de sdi cntribuirán la

5 cnductividad de la slución. En un principi sól el NaOH aprtará a la cnductividad, cm cntinúe la reacción se cmienza a frmar acetat de sdi cnsumiend el NaOH, resultand en diferentes niveles de cnductividad. El cnsum de NaOH se puede encntrar según la siguiente expresión: Dnde: C( t) k( t) k = C k k A0 0 C(t) = Cncentración de NaOH al tiemp t CA0= Cncentración inicial de NaOH k (t) = Cnductividad de la slución al tiemp t k = Cnductividad inicial de la slución 0 k = Cnductividad al final de la reacción Para btener dats cnfiables, se realizan experiments a escalas pequeñas de manera de btener cndicines de peración cercanas a las ideales, cm pr ejempl: 1. Agitación perfecta, es decir la cncentración de un reactiv prduct y la temperatura sn las mismas en cualquier psición del reactr. 2. La cncentración slamente cambia pr reacción y n pr cambi de vlumen.

6 3.2 Equips y materiales Reactr Batch agitad, cn chaqueta. 1 matraz afrad de un 1 [l] 1 balanza 1 vas precipitad de 100 [ml] Sensres de cnductividad y temperatura Módul CASSY C e interfases PC y Sftware CASSY-Lab Hidróxid de sdi (NaOH) Acetat de Etil Agua destilada Material de vidri necesari. Figura 2 Mntaje de la experiencia Agitadr Cntrladr de Temperatura Cmputadr Sensr de Temperatura Sensr de Cnductividad Chaqueta

7 4. Prcedimient - Dispner el reactr cn agitadr cn ls respectivs sensres (temperatura y cnductímetr). El reactr debe estar limpi (utilizar agua destilada para lavarl). - Prepara 1 litr de slución 0,1M de NaOH en un matraz de 1 litr afrad. Lueg, depsitar la slución en el reactr. Utilizar agua destilada. - Nta: 0,1M = 0,1 mlar = 0,1 (mles de NaOH / litr), cnsiderand el pes mlecular del NaOH ~ 4[gr] - Mantener cn agitación la slución en el reactr, y esperar a alcanzar la temperatura deseada. - Finalmente, agregar 0,2 mles de acetat de etil l más rápid psible y, al mism tiemp, cmenzar la tma de dats en el cmputadr. - Nta: 0,2 mles de acetat de etil crrespnden a gr de acetat de etil pur. - Finalizar la tma de dats cuand la cnductividad alcance un valr estable (cnstante). 5. Punts a cnsiderar en el infrme Determinación de la cnstante cinética de reacción para una determinada, investigar en la literatura el efect de la temperatura en esta cnstante, junt cn las discusines y cmentaris cn respect a la btención de esta cnstante.