Velocidad de Reacción - FCQ-Reactores

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 ............................................................................................................................ 4

Velocidad de reacción ................................................................................................... 4

Método para determinar la velocidad de reacción ........... Error! Bookmark not
defined.

Orden de reacción ........................................................................................................... 4
MATERIALES Y REACTIVOS ..................................................................................................... 5
METODOLOGÍA ............................................................................................................................. 6
RESULTADOS................................................................................................................................. 7
DISCUSIÓN ..................................................................................................................................... 8
CONCLUSIÓN ................................................................................................................................. 8
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 9
ANEXOS 1 : Cálculos ................................................................................................................. 10
ANEXO 2: Tablas y Graficas .................................................................................................... 10
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
3
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.

Velocidad de reacción
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.

Orden de 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.
4
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).
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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
1. 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
2. Posteriormente se vertieron las soluciones en el reactor.
3. Se mantuvo el volumen constante en el reactor manteniendo el flujo
de salida constante.
4. Una vez hecho lo anterior se midió la concentración de la mezcla en
intervalos de tiempo de 5 minutos hasta llegar a una hora.
5. Finalmente se dejó de correr la práctica cuando las concentraciones
se mantuvieron constantes pues la reacción presumiblemente
alcanzó el equilibrio.
6
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
7
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:
1. Errores de en la valoración de los reactivos.
2. La concentración en las sustancias no fue equimolar.
3. 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.
8
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
1. http://www.fing.edu.uy/iq/maestrias/DisenioReactores/materiales
/notas1.pdf
2. http://www.ocw.upm.es/ingenieria-quimica/...dela.../metodologiadiseno.ppt
3. Ingeniería de las Reacciones Químicas, Levenspiel, Editorial
LimusaWiley, 3era edición, Capítulos 5 Y 6 (pág.90-95, 120-123).
4. Smith, J. Ingeniería de la Cinética Química. Primeraedición.
Editorial Cecsa. 1992
5. Levenspiel, O. Ingeniería de las reacciones químicas. Editorial,
Reverté, España, 1986.
6. Smith, J.M. Ingeniería de la Cinética Química. Editorial CECSA, 1°
Edición, México, 1992
9
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”
Temperatura: 26 °C
Tiempo Concentración
(min)
(mol/L)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0.196
0.1935
0.1919
0.1916
0.1909
0.1902
0.1901
0.1896
0.1887
0.188
0.1881
0.1881
0.1874
1/Ca
Rotor 15
5.10204082
5.16795866
5.21104742
5.21920668
5.23834468
5.25762355
5.26038927
5.2742616
5.29941706
5.31914894
5.31632111
5.31632111
5.3361793
0.190315385
Grafica 1: “Grafica de los datos obtenidos de la practica”.
10
y = 0.0042x + 5.1426
R² = 0.8898
5.35
Tiemo (min)
5.3
5.25
5.2
5.15
5.1
5.05
0
10
20
30
40
50
1/Ca

Esta grafica nos indica que es de 2°
11