ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID DPTO. QUÍMICA INDUSTRIAL Y POLÍMEROS

Transcripción

1 ESUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉNIA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD PLITÉNIA DE MADRID DPT. QUÍMIA INDUSTRIAL Y PLÍMERS ASIGNATURA: INGENIERÍA DE LA REAIÓN QUÍMIA PRÁTIA : ESTUDI INÉTI EN UN REATR DISNTINU TANQUE AGITAD Fernndo Gutiérrez Mrtín Evngelin Atnes Sánchez Alberto mbr Pereir

2 PRÁTIA. ESTUDI INÉTI EN UN REATR DISNTINU TANQUE AGITAD. JETIV Se emple como rección de estudio l hidrólisis lclin de un éster, en concreto l sponificción del cetto de etilo con NH diluido en fse cuos, obteniéndose como productos cetto sódico y lcohol etílico. El objetivo de l práctic es verificr el orden de l rección y determinr l constnte cinétic de l mism en función de l tempertur. 2. FUNDAMENT TEÓRI El mecnismo de l sponificción del cetto de etilo con NH diluido en fse cuos puede representrse por el siguiente esquem de recciones: H 3 -H 2 --H HN - + N H 3 -H 2 --H H 3 H 3 -H 2 ---H H 3 - N + H 3 -H 2 --N + H 3 H El ión hidróxido tc l crbonilo del éster formndo un intermedio tetrédrico. undo se regener el grupo crbonilo se produce l eliminción del ión lcóxido y se form un ácido crboxílico. Un rápid trnsferenci de protón form el crboxilto y el lcohol. Este último pso desplz los dos equilibrios nteriores del proceso de sponificción hci su terminción, hciendo que el proceso se irreversible. L rección globl result por tnto un proceso netmente monodireccionl, con un primer etp lent de equilibrio, y un cinétic de primer orden respecto cd uno de los rectivos o de segundo orden globl. Puede simplificrse l nomencltur de l siguiente form: o, pr su estudio cinético, AcEt + NH AcN + EtH A + Productos Podemos expresr l velocidd de rección como siendo d V k dt E A /( RT) k A e (2) V: velocidd de rección A () 2

3 k: constnte cinétic A, : concentrciones iniciles de los rectivos A (cetto de etilo) y (sos) A, : concentrciones de los rectivos A y en cd tiempo k : fctor preexponencil E A : Energí de ctivción L ecución cinétic () puede escribirse, pr concentrciones estequiométrics de los rectivos ( A ) como d V k dt A k Integrndo est ecución se obtiene l siguiente ecución integrd de velocidd pr cinétic de 2º orden: que puede expresrse como ( ) + k t k t L cinétic de l rección puede seguirse por conductimetrí debido ls diferentes especies iónics en l mezcl reccionnte; l conductividd del sistem se debe principlmente los iones H -, cuy conductividd es muy superior l de los iones cetto formdos como producto. Por tnto, l conductividd Ω de l mezcl es un medid fible de l concentrción, e irá disminuyendo con el tiempo debido l desprición del ión conductor H - (es decir, l consumo del rectivo ). L conductividd Ω de un sustnci es proporcionl su concentrción, pudiendo escribir l siguiente ecución: Ω + b De form que pueden obtenerse ls siguientes relciones conductividd del medio de rección-concentrciones en los distintos tiempos de rección: t Ω b + 2 (4) (5) Ω (3) Ω (6) Ω Ω t t Ω + b (7).. t Ω b L ecución integrd de velocidd (5) puede expresrse en función de l conductividd del medio teniendo en cuent ls expresiones (6) y (7): ( ) ( Ω Ω) Ω Ω ( Ω Ω ) Ω Ω Ω Ω Despejndo l conductividd Ω de l ecución (8) se obtiene k t (8) 3

4 Ω Ω + k ( Ω Ω) A prtir de l ecución (9) puede comprobrse el orden de rección y obtener l constnte de velocidd. L relizción del experimento distints temperturs permite obtener el vlor de l constnte cinétic vris temperturs de trbjo. A prtir de ls misms, pueden determinrse los prámetros de l ecución de Arrhenius k y E A (relciondos con ls colisiones y energí de ctivción). t (9) 3. MATERIALES 3.. Mteril - ño termostático con gitción - Plc gitdor - Agitdor mgnético - onductivímetro - Termómetro - ronómetro - Vso de precipitdos con cmis (rector) Se requiere demás mteril uxilir pr l preprción de ls disoluciones y l relizción de l práctic: - lnz nlític - Vsos de precipitdos - mtrces Erlenmeyer - Probets - Pipets Psteur 3.2. Rectivos - Lentejs NH - Acetto de etilo - Agu destild 4. PREDIMIENT EXPERIMENTAL Se fij l tempertur desed en el bño termostático, comprendid entre l tempertur mbiente y unos 35º. Se hce circulr el líquido del bño por l cmis de refrigerción del rector. Se deberán tener preprds dos disoluciones de NH y AcEt,2M. 4

5 Se diluye l mitd l primer, introduciendo pr ello en un vso de precipitdos 5 ml de disolución NH + 5 ml de gu destild, y disponiendo el vso en el rector. Un vez que l mezcl lcnz l tempertur del bño, se mide su conductividd (Ω ). Se desech est muestr. Se termosttizn dos recipientes que contengn, respectivmente, ml NH,2 M y ml de AcEt,2 M. Uno de ellos se termosttiz en el rector encmisdo y el otro en el bño. undo mbs hn lcnzdo l tempertur de consign, se ñde l disolución termosttizd en el bño sobre l termosttizd en el rector. Se inici por tnto l rección, y se inici el cómputo del tiempo medinte el cronómetro (tiempo cero). L mezcl se git mecánicmente y se tomn dtos de conductividd Ω lo lrgo del tiempo durnte l menos un hor. Repitiendo el experimento tres temperturs se determinn los prámetros de l ecución de Arrhenius pr l rección de estudio. 5. RESULTADS Y DISUSIÓN Recoger los dtos experimentles en un tbl: T (º) Tiempo (min) Ω (µs/cm) Ω Ω 5 Ω Teniendo en cuent l ecución (9), representr gráficmente ls prejs de vlores conductividd Ω en ordends frente l cociente [(Ω -Ω)/t] en bsciss. L obtención de un rect confirm que el orden de rección supuesto es correcto. Determinr l constnte cinétic l tempertur de trbjo prtir de l pendiente de l rect. Determinr los prámetros de l ecución de Arrhenius k y E A (relciondos con ls colisiones y energí de ctivción) con sus uniddes correspondientes prtir de los vlores de l constnte cinétic obtenid vris temperturs de trbjo. Pr ello representr gráficmente ln k en ordends vs. [ 3 /T]. 5