UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIHUAHUA. 
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS.
REACTORES QUÍMICOS
DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE Y EL ORDEN DE REACCIÓN
DOCENTE: IVAN OCHOA SALMERON
KATIA ANALI LICANO MELCHOR 226321
PERLA LIZETH MORALES HERNÁNDEZ 226283
KAREN PAOLA HERNÁNDEZ GONZÁLEZ 226326
ALEJANDRO MONTES DEGOLLADO 226338
MARIO ALBERTO DOMÍNGUEZ LERMA
FECHA: 24/05/12
Contenido
OBJETIVO 3
RESUMEN 3
INTRODUCCIÓN 3
MATERIALES Y REACTIVOS 5
METODOLOGÍA 6
RESULTADOS 6
DISCUSIÓN 7
CONCLUSIÓN 8
BIBLIOGRAFÍA 8
ANEXOS 1 : Cálculos 9
ANEXO 2: Tablas y Graficas 9
OBJETIVO
Determinar la constante de reacción y el orden de la cinética durante la saponificación del etil acetato ( EtOAc) con hidróxido de sodio (NaOH) a partir de los datos de cambio de concentración.
RESUMEN
Se entiende como orden de reacción, en cinética química, que el orden de reacción con respecto a cierto reactivo, es definido como la potencia exponencial.El orden de reacción no está necesariamente relacionado a la estequiometria de la reacción, a menos que la reacción sea elemental. Reacciones complejas pueden tener o no órdenes de reacción iguales a sus coeficientes estequiométricos.
Esta práctica se llevó a cabo con el objetivo de determinar la constante de reacción y el orden de la cinética durante la saponificación del etil acetato ( EtOAc) con hidróxido de sodio (NaOH) a partir de los datos de cambio de concentración.
La práctica se llevó a cabo con un reactor continuo de tanque agitado, matraces aforados, cronómetro, cápsula, espátula, pipeta serológica.
Se vertieron 2 soluciones, una de NaOH y otra de EtOAc, preparadas anteriormente, en el reactor y se mantuvo el volumen constante en el reactor para medir la concentración de la mezcla en intervalos determinados, y se dejó correr la práctica cuando las concentraciones se mantuvieron constantes pues la reacción presumiblemente alcanzó el equilibrio.
Los resultados obtenidos fueron los siguientes: k = .0042 L/mol-s (esta se obtuvo de la ecuación de la grafica que se encuentra en el anexo 2)
rA=0.00079932 mol/L-s
INTRODUCCIÓN
La cinética química estudia la rapidez o velocidad de las reacciones químicas. Un número pequeño de factores controla la rapidez con que ocurre una reacción. La investigación de estos factores proporciona información acerca de cómo lo reactivos se trasforman en productos en las reacciones químicos. La mayor parte de los cambios químicos se realiza a través de mecanismos que constan de varios pasos. Nunca se puede estar seguro que un mecanismo represente la realidad: estos solo son suposiciones razonables basadas en estudios cinéticos.
Generalmente, cuando dos sustancias se ponen en contacto, hay posibilidad de que ocurran varias reacciones, pero la que realmente se lleva a cabo es aquella que se realiza más rápidamente. Por tanto, es posible influir en los productos controlando los factores que afectan la velocidad de la reacción.
Para cualquier sistema de reacción la velocidad no es constante con el tiempo, tiene un máximo valor al comienzo, cuando los reaccionantes se ponen en contacto y gradualmente decrece a medida que las concentraciones de estos disminuyen y el sistema alcanza el equilibrio.
Como no solo disminuyen las concentraciones de los reaccionantes, sino también la velocidad del cambio de concentración, la velocidad se puede definir como la variación de concentración de una sustancia por unidad de tiempo. Para un instante determinado se expresa mejor corno la derivada de la concentración con respecto al tiempo:
La concentración se expresa normalmente en moles / litro y en reacciones gaseosas en unidades de presión como: atmósferas, mmHg o kilopascales; tiempo se reporta en segundos, minutos, horas o días, dependiendo de la reacción.
En cinética química, el orden de reacción con respecto a cierto reactivo, es definido como la potencia (exponencial) a la cual su término de concentración en la ecuación.
El orden de reacción no está necesariamente relacionado a la estequiometría de la reacción, a menos que la reacción sea elemental. Reacciones complejas pueden tener o no órdenes de reacción iguales a sus coeficientes estequiométricos.
Una determinación importante en el estudio de la cinética de una reacción química es la del orden de reacción. Conviene recordar, en los casos más simples, lo que se entiende por orden de reacción. Siendo Co la concentración inicial del reactivo y C la concentración del reactivo pasado el tiempo t de reacción, si dC/dt obedeciese a la ecuación (1), n será el orden de reacción.
Si n = 0 (reacción de orden cero), la ecuación (2) será obtenida a partir de la ecuación (1)
En los casos de n = 1 (reacción de orden uno, o de primer orden) y n = 2 (reacción de orden dos, o de segundo orden), la ecuación (1) conducirá, respectivamente, a las ecuaciones (3) y (4).
MATERIALES Y REACTIVOS
Reactivos:
Acetato de Etilo 0.1 M
NaOH 0.1 M
Agua destilada
Material:
Reactor continuo de tanque agitado
2 matraces aforados de 500 ml
2 matraces aforados de 250 ml
Cronómetro
Cápsula
Espátula
Pipeta serológica
METODOLOGÍA
Se pesaron 3.09 g de NaOH y se aforaron a 750 ml para obtener una solución de 0.1 M y se prepararon otros 750 ml de EtOAc 0.1 M
Posteriormente se vertieron las soluciones en el reactor.
Se mantuvo el volumen constante en el reactor manteniendo el flujo de salida constante.
Una vez hecho lo anterior se midió la concentración de la mezcla en intervalos de tiempo de 5 minutos hasta llegar a una hora.
Finalmente se dejó de correr la práctica cuando las concentraciones se mantuvieron constantes pues la reacción presumiblemente alcanzó el equilibrio.
RESULTADOS
Se realizó una corrida experimental con el reactor químico en condiciones de 26 ° C y el rotor a 15. Esto para poder obtener los distintas mediciones a distintos tiempos y así poder calcular la constante de reacción (k) y la velocidad de reacción (-rA). Para esto obtuvimos los siguientes resultados:
k = .0042 L/mol-s (esta se obtuvo de la ecuación de la gráfica que se encuentra en el anexo 2)
rA=0.00079932 mol/L-s
DISCUSIÓN
En la tabla anexa a este reporte se encuentran los tabulados los datos de tiempo y concentración obtenidos mediante el experimento en el reactor.
Al graficar la tabla anterior correspondiente a los diferentes tiempos y sus concentraciones, así como su 1/Ca, se pudo observar que el orden de reacción corresponde a un segundo orden se ajustó mejor a la recta, dando una correlación menormente mayor que la de orden cero o primer orden. (Ver gráfica en Anexo).
De esta gráfica se obtuvo el valor de la constante k, y con este valor se pudo aplicar la formula correspondiente para obtener la velocidad de reacción, donde la cual también involucra la concentración.
En cuanto a la forma de la pendiente, se discutió acerca de los posibles factores que pudieron afectar en ella, como lo son:
Errores de en la valoración de los reactivos.
La concentración en las sustancias no fue equimolar.
La toma de muestras debió ser antes de que marcara el tiempo requerido.
Comprobando lo indicado por Smith (1992) en donde dice que al agregar los reactantes, y provocar la interacción entre estos comenzaron a formar productos, por medio de agitación por lo que la concentración de los primeros disminuía con respecto al tiempo, la disminución de la concentración del hidróxido de sodio, nos indica un consumo, una formación de producto, un avance de reacción.
CONCLUSIÓN
Con la práctica realizada se pudieron aterrizar los conocimientos establecidos en clase para la determinación experimental del orden de reacción de la saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio en un Reactor Tanque Agitado, los datos experimentales arrojaron información suficiente para hacer una grafica para determinar el orden de reacción, y la constante de reacción. La reacción fue de 2do orden.
Se observó que los parámetros como Volumen, Eficiencia, y el tiempo de producción, se juegan un papel muy importante para obtener resultados correctos y confiables
BIBLIOGRAFÍA
http://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdf
http://www.ocw.upm.es/ingenieria-quimica/...de-la.../metodologiadiseno.ppt
Ingeniería de las Reacciones Químicas, Levenspiel, Editorial LimusaWiley, 3era edición, Capítulos 5 Y 6 (pág.90-95, 120-123).
Smith, J. Ingeniería de la Cinética Química. Primeraedición. Editorial Cecsa. 1992
Levenspiel, O. Ingeniería de las reacciones químicas. Editorial, Reverté, España, 1986.
Smith, J.M. Ingeniería de la Cinética Química. Editorial CECSA, 1° Edición, México, 1992
ANEXOS 1 : Cálculos
Velocidad de Reacción
-rA=kCa2 26°C
Donde
k = .0042 L/mol-s
-rA= (0.0042 L/mol-s)(0.190315385mol/L)2
-rA=0.00079932 mol/L-s
ANEXO 2: Tablas y Graficas
Tabla 1: “Tabulación de los datos obtenidos en la práctica”
Tiempo (min)
|
Concentración (mol/L)
|
1/Ca
|
0
|
0.196
|
5.10204082
|
5
|
0.1935
|
5.16795866
|
10
|
0.1919
|
5.21104742
|
15
|
0.1916
|
5.21920668
|
20
|
0.1909
|
5.23834468
|
25
|
0.1902
|
5.25762355
|
30
|
0.1901
|
5.26038927
|
35
|
0.1896
|
5.2742616
|
40
|
0.1887
|
5.29941706
|
45
|
0.188
|
5.31914894
|
50
|
0.1881
|
5.31632111
|
55
|
0.1881
|
5.31632111
|
60
|
0.1874
|
5.3361793
|
|
0.190315385
|
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Temperatura: 26 °C
Rotor 15
Grafica 1: “Grafica de los datos obtenidos de la practica”.
Esta grafica nos indica que es de 2°
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