Informe Físico-Química, Cinética De Reacción De Orden

FÍSÍCO-QUÍMÍCA: LABORATORÍO 6
“Cinética dé una réacción dé ségundó órdén:
Sapónificación dél acétató dé étiló”
Nombre:
Álvaro Maldonado
Ayudante:
Yayné Beltrán
Compañero: Andrés Peña
Fecha:
02 de diciembre 2013
Resumen
El presente trabajo práctico consta de dos objetivos: Estudiar, mediante el método
conductimétrico, la cinética de la reacción de saponificación del acetato de etilo, de ecuación:
+
+
−
−
𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐶2 𝐻5(𝑎𝑐) + 𝑁𝑎(𝑎𝑐)
+ 𝑂𝐻(𝑎𝑐)
→ 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂(𝑎𝑐)
+ 𝑁𝑎(𝑎𝑐)
+ 𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻(𝑎𝑐)
Y comprobar que ésta reacción sigue una cinética global de segundo orden. Para la realización del
experimento se preparó una solución de igual concentración de ambos reactivos a la cual se le
midió la conductividad (por medio de un conductímetro) cada cierto margen de tiempo durante 1
hora, evidenciando una notable disminución de la propiedad a medir con respecto a la variable
considerada (t).
Los resultados obtenidos fueron:
-
𝑳
𝒌 = 𝟕, 𝟔𝟐 [𝒎𝒐𝒍∙𝒎𝒊𝒏]
Experimentación
Materiales, reactivos y sustancias utilizadas:








2 matraces Erlenmeyer de 250 mL
1 pipeta total de 25 mL
Conductímetro
Baño Termostático
Cronómetro
Disolución de acetato de etilo 0,02 mol/L
Disolución de NaOH 0,02 mol/L
Disolución de KCl 0,01 mol/L
Método experimental:
1. Se colocan los matraces con las disoluciones de NaOH y acetato de etilo en un baño
termostático a 25°C con la finalidad de que ambos alcancen dicha temperatura.
𝜇𝑆
2. Se calibra el conductímetro con la disolución de KCl, el cual debe medir un 𝜅 = 1413 𝑐𝑚.
3. Para determinar 𝜅0 se coloca en el vaso de la celda 25 mL de la disolución de NaOH y 25 mL de
agua desionizada, se deja termostatizar, se agita y se registran 3 lecturas de la conductividad
de la solución para asegurar mediciones confiables. Luego se lava el vaso y la celda de
conductividad.
4. Se coloca en el vaso de la celda 25 mL de acetato de etilo y se agrega, con agitación, 25 mL de
NaOH; simultáneamente se pone en marcha el cronómetro. Se deben registrar lecturas de la
conductividad durante una hora, una lectura cada minuto los primeros 10 minutos, cada dos
minutos durante los siguientes 20 minutos y finalmente cada 5 minutos hasta completar el
tiempo establecido.
5. Se determina el valor de 𝜅∞ , midiendo la conductividad de la solución 24 horas más tarde. Por
efectos limitantes, el tiempo considerado es sólo 20 horas luego de la primera medición.
6. Finalmente se deja limpio el material y lugar de trabajo.
Datos experimentales:
Tabla N° 1: Datos ambientales.
Temperatura ambiente
Presión barométrica
Factor de corrección
Temperatura del baño
(22,0 ± 0,5)[℃]
(763,0 ± 0,1)[mmHg]
2,74
(25,0 ± 0,5)[℃]
Tabla N° 2: Datos de conductividad en la solución de NaOH con agua destilada (𝜅0 ).
N° determinación
1
2
3
𝑋̅
(𝜿𝟎 ± 𝟎, 𝟎𝟏)𝒎𝑺
2,37
2,36
2,36
2,36
Tabla N° 3: Datos de conductividad en la solución de acetato de etilo y NaOH.
N° determ.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Tiempo (min)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
(𝜿𝒕 ± 𝟏)𝝁𝑺
2192
2111
2050
1937
1890
1846
1806
1768
1734
1699
1641
1591
1547
N° determ.
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Tiempo (min)
18
20
22
24
26
28
30
35
40
45
50
55
60
(𝜿𝒕 ± 𝟏)𝝁𝑺
1506
1472
1441
1412
1386
1363
1341
1292
1254
1222
1195
1172
1149
Tabla N° 4: Conductividad a tiempo infinito (20 hrs).
N° determ.
27
Tiempo (hr)
20
(𝜿𝒕 ± 𝟏)𝝁𝑺
907
Resultados
Magnitudes calculadas:
-
𝑳
𝒌 = 𝟕, 𝟔𝟐 [𝒎𝒐𝒍∙𝒎𝒊𝒏]
Tablas y Gráficos:
K versus t
2500
2000
1500
K (uS)
1000
K versus t
500
0
0
20
40
60
80
t (min)
Gráfico N° 1: Diagrama de la conductividad de la solución con respecto al tiempo en una hora.
Tabla N° 5: Datos de
Tiempo (min)
16
18
20
22
24
26
28
30
𝜅0 −𝜅𝑡
𝜅𝑡 −𝜅∞
para los tiempos 16,18,20,22,24,26,28,30 minutos.
(𝜿𝟎 − 𝜿𝒕 )/(𝜿𝒕 − 𝜿∞ )
1,27
1,43
1,57
1,72
1,88
2,03
2,17
2,35
(Ko-K)/(K-Kin) versus t
2.5
2
𝜿𝟎 − 𝜿𝒕
njnh
𝜿𝒕 − 𝜿∞
1.5
(Ko-K)/(K-Kin) versus t
1
y(t) = 0,0762t + 0,0501
R² = 0,9995
0.5
Linear ((Ko-K)/(K-Kin)
versus t)
0
0
10
20
30
40
t (min)
Gráfico N° 2: Diagrama de
𝜿𝟎 −𝜿𝒕
𝜿𝒕 −𝜿∞
de los datos 13 al 20, versus su respectivo tiempo.
Ejemplos de cálculo:
1. Obtención de 𝜅0 :
Se calcula la media aritmética de los registros de la conductividad a t=0 presentes en la Tabla N° 2.
𝜅0 =
2. Cálculo de
𝜅0 − 𝜅𝑡
𝜅𝑡 − 𝜅∞
(2,37 + 2,36 + 2,36)𝑚𝑆
= 2,36 𝑚𝑆~2360 𝜇𝑆
3
:
Con к0 = 2360 µS y к∞ = 907 µS, se calcula a partir de la Tabla N° 3, eligiendo 8 puntos entre t =0 y
t= 30 min. Por ejemplo, para t = 20 min se tiene кt = 1472 µS, así:
𝜅0 − 𝜅𝑡
(2360 − 1472)𝜇𝑆
=
= 1,57
𝜅𝑡 − 𝜅∞
(1472 − 907 )𝜇𝑆
3. Cálculo de la concentración de acetato de etilo en solución:
Para esta reacción se tiene que 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2 , donde C1 =0,02 mol/L, V1 = 25 mL y V2 = 50 mL.
Luego,
𝑚𝑜𝑙
0,02 ( 𝐿 ) ∙ 25(𝑚𝐿)
𝐶2 = 𝑎 =
= 0,01 𝑚𝑜𝑙/𝐿
50 (𝑚𝐿)
4. Cálculo de la constante de velocidad k:
Para una reacción de segundo orden con igual concentración inicial de reactantes se tiene que:
𝑥
= 𝑘𝑎𝑡
𝑎−𝑥
Esta expresión puede relacionarse con la conductividad de la siguiente manera:
𝑥
𝜅0 − 𝜅𝑡
=
𝑎 − 𝑥 𝜅𝑡 − 𝜅∞
Luego, al graficar
𝜅0 − 𝜅𝑡
𝜅𝑡 − 𝜅∞
vs t (Gráfico N° 2.), se obtuvo una recta de pendiente k𝑎 mediante el
ajuste de la curva correspondiente:
𝑦(𝑡) = 0,0762𝑡 + 0,0501
Se ve que:
𝑘𝑎 = 0,0762 (𝑚𝑖𝑛−1 )
Pero 𝑎 = 0,01 mol/L, entonces:
𝑘 = 7,62 [𝑚𝑜𝑙/𝐿]−1 (𝑚𝑖𝑛−1 )
Análisis de resultados
Los resultados obtenidos fueron:
-
𝑳
𝒌 = 𝟕, 𝟔𝟐 [𝒎𝒐𝒍∙𝒎𝒊𝒏]
Tras la experimentación, se pudo estudiar la cinética de la reacción de saponificación de acetato
de etilo mediante el método conductimétrico. Por otro lado se verificó, mediante un análisis al
Gráfico N° 2, que la reacción seguía una cinética global de segundo orden. Se cumplió lo esperado
teóricamente, debido a que los datos resultaron ser ajustados al interpolar usando una recta,
otorgando una confiabilidad de 0,9995.
A partir del Gráfico N° 1 fue posible constatar que la conductividad resultó no tener una
dependencia lineal con el tiempo, sino que disminuyó considerablemente con el paso de este. Esto
se debió a que los iones OH-, de gran movilidad iónica, fueron sustituidos progresivamente por los
iones acetato, de baja movilidad iónica. Esto resultó ser proporcional a la disminución de la
concentración de reactivos y se pudieron usar las medidas de conductividad para seguir el curso
de la reacción.
Se verificó que la velocidad de la reacción fue suficiente por sí sola, es decir, no existe necesidad
de hacer uso de catalizadores para llevar a cabo su estudio de manera exitosa. Sólo fueron
necesarias 24 horas para recoger los datos.
Respecto al error, es necesario destacar que no fue posible comparar el valor de la constante de
velocidad con datos bibliográficos. Sin embargo, donde se realizaron estimaciones fue en el ajuste
de la curva del Gráfico N° 2, debido que los datos no son exactamente una línea recta pero se
aproximan bastante como para obtener un ajuste correspondiente a R² = 0,9995, que resulta ser
bastante aceptable.
Referencias

Guía de trabajos prácticos, Físico-Química, Universidad de Concepción, 2013.