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
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 3 - + 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
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
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
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 2......... 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