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Reporte de laboratorio de practica de reactores quimicos
Tipo: Ejercicios
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Equipo C Integrantes: Medina Carranza Alejandra Guadalupe (219569675) Cardona Vera Pamela Berenice (221347523) Castro Ruiz Alejandra Estefania (218415526) Marquez Maldonado Donovan Zabdiel (222305174) Trejo Huizar Carlos Eduardo ( 214792473) Ramirez Colin Axel Alfredo (222787721)
En esta práctica de laboratorio se estudia la cinética de la reacción de hidrólisis del acetato de etilo en medio ácido, un proceso de tipo irreversible que sigue el mecanismo de reacciones de pseudo-primer orden. El objetivo fue determinar el orden de reacción y la constante cinética a partir de datos experimentales obtenidos en el laboratorio de análisis de reactores, durante el experimento se midió la variación de concentración de acetato de etilo con respecto al tiempo,usando un conductímetro. Posteriormente, los datos fueron analizados aplicando el método integral. Los análisis permitieron identificar el comportamiento cinético característico y calcular el valor de la constante de velocidad bajo las condiciones experimentales. Con ello se comprobó que el proceso puede ser modelado adecuadamente mediante las ecuaciones cinéticas de reacciones homogéneas en fase líquida, además de reforzar la importancia de la catálisis ácida en la hidrólisis de ésteres.
La cinética química es una rama fundamental de la fisicoquímica que estudia la velocidad de las reacciones químicas y los factores que la afectan. En particular, el análisis cinético de reacciones de hidrólisis permite comprender los mecanismos moleculares y cuantificar el orden de reacción y la constante de velocidad, parámetros esenciales para modelar y optimizar procesos químicos a escala industrial.
En este experimento se estudia la hidrólisis del acetato de etilo en medio básico mediante el seguimiento de la variación de la conductividad eléctrica de la solución. La reacción de interés ocurre entre el acetato de etilo (CH₃COOC₂H₅) y el hidróxido de sodio (NaOH), generando etanol (C₂H₅OH) y acetato de sodio (CH₃COONa). Al consumir iones hidroxilo (OH⁻) y producir una sal iónica, se modifican las propiedades conductimétricas de la solución, lo que permite correlacionar la concentración de reactivos con la velocidad de reacción. Este enfoque experimental es relevante porque ilustra cómo técnicas fisicoquímicas indirectas, como la conductimetría, pueden emplearse para estudiar sistemas en los que la cuantificación directa de especies resulta complicada.
La importancia de esta práctica radica en que el estudio de reacciones de hidrólisis es de gran interés en la industria química y en procesos biológicos. La hidrólisis de ésteres es la base de fenómenos como la degradación de lípidos, la catálisis enzimática de esterasa y lipasa, así como de procesos industriales de síntesis de fármacos, polímeros y compuestos aromáticos. Además, el análisis cinético proporciona información crucial para el diseño y control de reactores químicos, optimización de procesos y evaluación de la eficiencia catalítica en reacciones homogéneas y heterogéneas.
concentraciones de diferentes reactivos. Se conocen también reacciones de órdenes superiores. Esta situación se generaliza, si la velocidad de una reacción es proporcional a la potencia α de la concentración de un reactivo A, a la potencia β de la concentración de un reactivo B, etc.:
α
β
γ
Se denomina orden de la reacción a la suma de exponentes α+β+γ+... El orden de una reacción tiene, por lo tanto, un sentido práctico.
Leyes de velocidad elementales Las leyes de velocidad elementales son aquellas que ocurren en un solo paso molecular, por lo que se escriben de acuerdo a la estequiometría de la reacción. El coeficiente estequiométrico de una especie es el exponente al que se eleva su concentración en la ley de velocidad. Es decir:
Reacción de primer orden A ⟶ Productos Ley de velocidad: rA = k [A] Reacción de segundo orden A + B ⟶ Productos Ley de velocidad: rA = k [A] [B] Reacción de segundo orden 2A ⟶ Productos Ley de velocidad: rA = k [A]^
Conocer el orden de la reacción y su constante de velocidad es importante para poder predecir, controlar y optimizar reacciones químicas.
Influencia de la temperatura sobre la velocidad de reacción.
A partir de observaciones experimentales, Arrhenius estableció la dependencia que la constante de velocidad específica de una reacción tiene con la temperatura.
𝑘 = 𝐴𝑒
−
𝐸𝑎 𝑅𝑇
En esta expresión:
El factor A son los choques entre las moléculas reaccionantes dando lugar al denominado complejo activado, formado por moléculas dotadas de una cierta energía necesaria para que tenga lugar la reacción química; dicha energía se conoce como energía de activación y es independiente de la temperatura y característica de cada reacción en particular. En la ecuación de Arrhenius, la velocidad de reacción aumenta exponencialmente con la temperatura. Si se realizan mediciones experimentales a diferentes temperaturas, se pueden determinar los parámetros A y Ea a partir de la representación lineal de la ecuación de Arrhenius en su forma logarítmica:
𝐸𝑎 𝑅
1 𝑇 A partir de la pendiente de esta ecuación se calcula el valor de Ea y del valor de la ordenada en el origen, se determina el de A.
Reacciones de saponificación.
La saponificación es una reacción química donde un triglicérido (grasa o aceite) se somete a hidrólisis en medio básico, normalmente con hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH).. Durante el proceso, los enlaces éster de los triglicéridos se rompen y se forman dos productos: glicerina y sales de los ácidos grasos (jabón).
Aplicaciones del acetato de sodio
El acetato de sodio sirve como conservador y potenciador del sabor en alimentos, agente tamponador para controlar el pH en diversas industrias (cosmética, farmacéutica), y en aplicaciones técnicas como la producción de tintes textiles, la fabricación de cemento o como componente de almohadillas térmicas reutilizables.
Materiales y reactivos Materiales I. 11 viales de vidrio de 30 ml con tapa II. Cronómetro III. 3 pipetas volumétricas de 10 mL IV. 3 vaso de precipitados de 50 mL V. Propipetas VI. Conductímetro VII. Piseta VIII. Espátula IX. Termómetro X. Cristalizador XI. Una plancha de calentamiento
Curva de calibración Tabla 1. Soluciones de concentraciones conocidas y sus respectivas lecturas de conductividad.
Gráfica 1. Curva de calibración La gráfica muestra una relación creciente entre la concentración y la conductividad, lo que indica que la conductividad del medio aumenta con la concentración de la solución. La tendencia sugiere una relación aproximadamente lineal, lo que es consistente con la teoría de que la conductividad de una solución es proporcional a la concentración de los iones presentes.
En base a la curva de calibración y a las propiedades de la línea recta podemos calcular la pendiente e intercepto permitiendo el cálculo de las concentraciones y su respectivo orden de reacción, basándonos en la siguiente tabla de datos.
Concentración k (mS/cm)
0 0.
0.005 1.
0.01 2.
0.025 5.
0.05 11.
0.075 16.
0.1 21.
0.125 27.
Tabla 2. Valores calculados de concentración y sus respectivas lecturas de conductividad y temperatura.
No. Muestra c1 v2 c2 v1 k (mS/cm) T (°C)
0 0.2 25 0 0 0.005285 26.
1 0.2 25 0.005 0.63 1.193 27.
2 0.2 25 0.01 1.25 2.322 27.
3 0.2 25 0.025 3.13 5.687 27.
4 0.2 25 0.05 6.25 11.31 27.
5 0.2 25 0.075 9.38 16.54 27.
6 0.2 25 0.1 12.5 21.95 27.
7 0.2 25 0.125 15.63 27.35 27.
Tabla 3. Valores calculados de concentración y ajustes de orden de reacción.
Tiempo (s) Conductividad k (mS/cm)
Concentración (m) Ln (CaO/Ca) 1/ca
orden, aunque este ajuste es bastante bueno, aún se presenta un ajuste más cercano a 1, por lo que sugiere que el ajuste de la reacción probablemente no sigue un modelo de primer orden.
Gráfica 4. Sistema ajustado a un orden de reacción grado 2.
La relación lineal obtenida con un coeficiente de determinación R2=0.9933 sugiere que la reacción sigue un modelo de orden 2. Esto indica que la velocidad de reacción depende cuadráticamente de la concentración del reactivo, lo que implica un alto impacto en la conversión al variar la concentración inicial.
Figura 1. Orden de reacción 2 y la constante de velocidad experimental calculada.
El orden de reacción que se ajusta de mejor manera a la reacción es el de segundo orden, lo que nos permite calcular por medio de regresión lineal la constante de velocidad experimental de la reacción llevada a cabo en la practica.
Los resultados obtenidos en la práctica permiten concluir que la reacción de hidrólisis del acetato de etilo en medio alcalino sigue una cinética de segundo orden, de acuerdo con el análisis integral de los datos experimentales. La representación gráfica de 1/[C] frente al tiempo mostró la mejor correlación lineal con un coeficiente de determinación R2=0.9933, superior a los ajustes de primer y cero orden.
La constante de velocidad experimental determinada a partir de la pendiente de la recta fue
k2=0.0139 M−1s−
valor que concuerda con los reportados en la literatura para reacciones de saponificación del acetato de etilo a temperaturas similares. Este resultado confirma que la velocidad de reacción depende del cuadrado de la concentración del reactivo, lo que implica una interacción bimolecular entre el acetato de etilo y el ion hidroxilo durante el paso determinante de la reacción.
Durante el desarrollo experimental se observó una disminución progresiva de la conductividad conforme avanzó la reacción, lo cual es consistente con el consumo de iones OH⁻ y la formación de especies menos conductoras, como el acetato de sodio. Este comportamiento validó la aplicación de la conductometría como técnica indirecta para el seguimiento de reacciones en fase líquida.
El procedimiento permitió comprender de manera práctica la relación entre la velocidad de reacción, la concentración y la temperatura, así como la utilidad de las curvas de calibración para traducir señales instrumentales en concentraciones químicas. Los resultados también evidencian la importancia del control térmico y del mezclado homogéneo en la reproducibilidad de los datos cinéticos.
imagen 1. se muestran los datos recabados en la práctica, son mediciones obtenidas del conductímetro en la reacción y en la curva de calibración realizada
Acetato de etilo https://www.uv.mx/pozarica/cq/files/2022/04/3.-Acetato-de-Etilo.pdf Hidróxido de sodio https://www.uv.mx/pozarica/cq/files/2021/02/354.-Sodio-hidro%CC%81xido.pd
