Informe 4.301 Para Inter.docx

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OBJETIVOS: 

Determinar la energía de activación en base a las constantes de velocidad.



Determinar la conductividad a distintos tiempos y distintos temperaturas (15°C, 25°C, 35°C).



Determinar la constante de velocidad del acetato de etilo por medidas conductimétricas.

FUNDAMENTO TEORICO: Para una reacción química, el conocimiento de la velocidad de reacción, es decir de la variación de la concentración de un reactivo o producto en función del tiempo, es de gran interés practico pues permite calcular bajo qué condiciones la reacción evoluciona rápidamente para producir una elevada cantidad de producto útil, y el tiempo necesario para alcanzar un determinado rendimiento. La cinética química estudia y postula mecanismos de reacción basándose en valores experimentales de concentraciones de reactivos y productos, tiempo, temperatura, concentración de catalizador, etc. La velocidad de una reacción química se considera siempre como una cantidad positiva. Dada la reacción: a A + b B-------> c C + d D En los estudios de velocidad de reacción por métodos fisicoquímicos indirectos, cualquier propiedad física de un sistema en reacción, que es función conocida de la concentración de los reactivos o de los productos de reacción puede ser utilizada para obtener los datos (concentración / tiempo) necesario. Entre estos métodos se encuentra la medición de variación de propiedades eléctricas y magnéticas. La conductimetría solo es de utilidad en las reacciones en

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el que el número de cargas iónica varía considerablemente durante la reacción, como la hidrolisis de los anhídridos de ácidos, la saponificación de los esteres. Entre otras. La conductimetría mide la capacidad de los iones de una solución de transportar la corriente eléctrica cuando se les somete a una diferencia potencial. Cuando menor sea la resistencia de la solución mayor será la conductividad. La conductividad en medio acuoso depende de varios factores: Cantidad de iones: cuando mayor sea la concentración mayor será la conductividad. Tipo de iones: los iones más pequeños y movibles, conducen mejor la corriente, por ejemplo: iones como Cl-, K+ o Na+. La reacción estudiada: CH3COOC2H5 + NaOH ------> CH3COONa + C2H5OH En las disoluciones iónicas se da una propiedad consistente en el flujo de electricidad debido a transporte de electrones. Esta magnitud es la conductividad específica (𝓀), que se mide en siemens/cm, y es la propiedad física que cuantificaremos para hacer seguimiento de reacción. La determinación de la conductividad específica se llevara a cabo mediante una celda de conductividad conectada a un conductímetro. Escoger esta propiedad como parámetro de medida proporcionada una serie de ventajas. 

La celda de conductividad se sumerge en la disolución problema y ya no se vuelve a extraer hasta el final del experimento. Con ello evitamos perdidas de disoluciones debidas a extracción de alícuotas y diluciones de la muestra debida a introducción de instrumental lavado y no secado.



El conductímetro mide de manera continua, pudiendo tomar lecturas de conductividad en cualquier momento de la reacción.



Al ser una propiedad física la conductividad no se ve afectada por reaccione laterales parasitas.

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

La conductividad es una medida muy fiable del contenido iónico de las disoluciones.



Velocidad de los iones: cuanto más veloces sean mayor será el transporte.



Naturaleza del electrolito: carga y tamaño, cuanto más pequeño es un ion mayor es su movilidad



Viscosidad: la conductividad disminuye al aumentar la viscosidad.



Temperatura: al aumentar la temperatura aumenta la conductividad porque disminuye la viscosidad.

La relación entre la concentración y la conductividad es: 𝓀 = Li ∗ mi[s ∗ cm−1 ] Li= conductancia mi= constante para cada especie iónica Etapa inicial de la reacción a t=0 En un primer momento tenemos una disolución de acetato de etilo, que es una especie neutra, con lo que la conductividad es nula. Posteriormente se agrega NaOH, que al disociarse completamente proporciona iones Na+ y OH- al medio. En este momento la conductividad es debida solo a estos iones, por lo tanto: 𝓀𝓀 = 𝓀Na+ + 𝓀OH − 𝓀𝓀 = mNa+ + mOH − ∗ COH − = a(CNa+ ∗ COH − ) a= [acetato de etilo] inicial = [NaOH] inicial Etapa intermedia: Durante el transcurso de saponificación los iones OH- se van uniendo al grupo de etilo, que expulsa al acetato, formando etanol. En la disolución quedan libres los iones de Na+, cuya concentración permanece constante, y los iones acetato. Como el etanol es una especie neutra, en lo referente a conducción eléctrica, el balance

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de la reacción es que los iones OH- se van remplazando por Ac-. La conductividad en cada instante será: 𝓀t = 𝓀t (Na) + 𝓀t (Ac) + 𝓀t (OH) Etapa final t=∞ Los iones Ac- son mucho más voluminosos que los OH-, por lo que su capacidad de transporte es mucho mejor de este modo la conductividad ira disminuyendo mientras decrece el número de iones hidroxilo. 𝓀f vendrá dada por: 𝓀f = 𝓀Na+ + 𝓀OH − + 𝓀Ac − 𝓀f = a ∗ mNa+ + (a − x) ∗ mOH − + 𝓀Ac − Si la reacción fuera perfectamente irreversible al final de la saponificación la 𝓀 vendrá dada por: 𝓀f = 𝓀Na+ + 𝓀Ac − 𝓀f = a(mNa+ + mAc − ) Ecuación adimensional. Es un número que no tiene unidades físicas que definan y por lo tanto es un número puro. Los números adimensionales se definen como productos o cocientes de cantidades que si tienen unidades de tal forma que todas estas se simplifican.

𝓀0 − 𝓀t =K 𝓀t − 𝓀∞ Donde; 𝓀0 = Conductividad a tiempo cero 𝓀∞ = Conductividad a tiempo infinito 𝓀t = Conductividad a diferente tiempo y temperatura K = constante de velocidad

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Ecuación de Arrhenius: Para las reacciones elementales, la dependencia de la constante de velocidad con la temperatura viene recogida de manera bastante razonable por la Ley de Arrhenius:

Al aplicar logaritmo neperiano a la ecuación de Arrhenius.

−εa 1 lnK = ( ) ( ) + lnA R T Pendiente de la gráfica =

R= 8,314

εa R

J∗mol L∗°K

 PARTE EXPERIMENTAL: MATERIALES Y REACTIVOS: MATERIALES

REACTIVOS

EQUIPO

Vaso precipitado

hidróxido de potasio KOH

Balanza industrial

Matraz erlenmeyer

Cloruro de potasio

Balanza analítica

Matraz aforado

Acetato de etilo

CH3COOC2H5 Campana de absorción

Piceta

Acetato de sodio

CH3COONa

Termostato

Pipeta graduada

Agua destilada

H2O

Estufa

cronómetro termómetro Frascos de vidrio Frascos de caré Pera de pipeta

KCl

conductímetro

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Conductivimetro

Solución

Baño termostato

Energía

1: Preparación de soluciones:  Solución de cloruro de potasio a 0.1M en 100ml  Solución de acetato de sodio 0.001M en 100ml  Solución de acetato de etilo 0.05M en 100ml  Solución de hidróxido de potasio 0.05M en 100ml 2: calibración del equipo:  Para calibrar el equipo se debe hacer diluciones a distintos concentraciones a partir de la solución de 0.1M.  Medir la conductividad de cada una de estas diluciones con cloruro de potasio a 0,0M. 3: conductividad a tiempo cero:  Se debe medir la conductividad de sol. De hidróxido de potasio de dos a tres veces si existe repetividad de datos se toma en cuenta esa conductividad. 4: conductividad a tiempo infinito:  Se debe medir la conductividad de la solución de acetato de sodio, de dos a tres veces.

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5: conductividad a distintos tiempos y distinto temperatura: 

Se debe tomar 20ml de hidróxido de potasio y 5ml de acetato de etilo, desde que se empiece a mezclar cronometrar en tiempo hasta terminar la lectura de conductividad cada 3min.

 Se la misma manera se realiza la mezcla de 20ml de hidróxido de potasio y 5ml de acetato de etilo para cada temperatura otra, poner la mezcla en termostato y leer la conductividad cada 30seg, y cronometrar el tiempo desde que se empiece a mezclar hasta terminar la lectura.

FLUJOGRAMA:

ESTUDIO CINÉTICO DE LA REACCIÓN DE SAPONIFICACIÓN DEL ACETATO DE ETILO CON HIDRÓXIDO DE SODIO

Preparación de soluciones

0.01M NaAc en 100ml

0.1M KCl en 100ml

0.05M EtAc en 100ml

0,05M KOH en 100ml

0,05M

Leer conductividad 3 veces

Leer conductividad 3 veces

0,01M

Aforar a 100ml

Poner a termostato a 25°C y 35°C

Leer la conductividad Leer la conductividad

5ml

20ml

Diluciones

Cronometrar

Mezclar

Leer la conductividad a temperatura ambiente

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REACCIONES: CH3COOC2H5 + KOH ------> CH3COOK + C2H5OH

CALCULOS Y RESULTADOS:  Expresiones teóricas: Determinación de la masa de cloruro de potasio. Datos: C= 0.1M

𝐌=

𝐦𝐨𝐥 𝐋

𝐦𝐨𝐥 = 𝐌 ∗ 𝐋 mol = 0.1

V = 0.1L

mol ∗ L

𝐧=

𝐦 𝐏𝐌

0.1L

m = 0.01mol ∗ 74.55g/mol

mol = 0.01 moles

Disoluciones:

1° dilución

C1= 0.1M

𝐕𝟏 =

V 1= ?

V1 =

V2=100ml

V1 = 10ml

𝐦 = 𝐧 ∗ 𝐏𝐌

m = 0.7460g de KCl

2° dilución

𝐂𝟐 ∗𝐕𝟐

𝐕𝟏 =

𝐂𝟏

0.01M∗100ml

𝐂𝟐 ∗𝐕𝟐

V1 =

0.1M

𝐂𝟏

0.05M∗100ml 0.1M

V1 = 50ml

Determinación de la masa de hidróxido de potasio. Datos: C= 0.05M V = 0.1L

𝐌=

𝐦𝐨𝐥 𝐋

𝐦𝐨𝐥 = 𝐌 ∗ 𝐋 mol = 0.05

mol ∗ 0.1L L

mol = 0.005 moles

𝐧=

𝐦 𝐏𝐌

𝐦 = 𝐧 ∗ 𝐏𝐌 m = 0.005mol ∗ 56g/mol m = 0.29g de KOH

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Determinación de la masa de acetato de sodio. Datos: 𝐌=

C= 0.01M

𝐦𝐨𝐥 𝐋

𝐦

𝐦𝐨𝐥 = 𝐌 ∗ 𝐋 mol = 0.01

V = 0.1L

𝐧 = 𝐏𝐌

mol ∗ 0.1L L

𝐦 = 𝐧 ∗ 𝐏𝐌 m = 0.001mol ∗ 82.03g/mol

mol = 0.001 moles

m = 0.08203g de CH3COONa

Determinación del volumen de acetato de etilo. Datos: 𝐌=

C= 0.05M

𝐦𝐨𝐥 𝐋

𝐦

𝐦𝐨𝐥 = 𝐌 ∗ 𝐋 mol = 0.05

V = 0.1L

𝐧 = 𝐏𝐌

mol ∗ 0.1L L

m = 0.005mol ∗ 88.10g/mol

mol = 0.005 moles

%p=

𝐦𝐬∗𝟏𝟎𝟎% 𝐦𝐭

𝐦𝐭 =

𝐦𝐬∗𝟏𝟎𝟎% %𝐩

mt =

𝐦 = 𝐧 ∗ 𝐏𝐌

m = 0.4405g

𝛒=

𝐦 𝐕

0.4405g∗100%

𝐕= V=

99.5%

mt = 0.4427g

𝐦 𝛒 0.4427g g ml

0.90

V = 0.49ml de CH3COOC2H5

 Expresiones experimentales: Calibración del equipo. Para 0.1M de KCl 𝒽 = 14.73mS 14.73mS ∗

1000μS 1mS

Para 0.05M de KCl 𝒽 = 1.76mS

= 14730μS

1.76mS ∗

1000μS 1mS

para 0.01M de KCl 𝒽 = 772μS

= 1760μS

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𝒽 = 14730μS

𝒽 = 1760μS

Conductividad para t=0 (KOH)

conductividad para t=∞ (CH3COONa)

𝒽0 = 12.885mS 12.885mS ∗

1000μS 1mS

𝒽∞ = 749μS = 12885μS

𝒽0 = 12885μS Tabla 1: determinación de conductividad a temperatura ambiente Adimensional

𝓀0 −𝓀t

N°

T (min)

𝓱 (𝛍𝐒)

1

2

7041

0.929

2

4

6050

1.289

𝓱𝟎 = 𝟏𝟐𝟖𝟖𝟓𝛍𝐒

3

6

5340

1.543

𝓱∞ = 𝟕𝟒𝟗𝛍𝐒

4

8

5000

1.855

5

10

4780

2.011

6

12

4380

2.342

7

14

4110

2.579

Conversiones de conductividad. 1: 7.041mS ∗

1000μS 1mS

= 7041μS

2: 6.05mS ∗

1000μS 1mS

= 6050μS

3: 5.34mS ∗

1000μS 1mS

= 5340μS

4: 5.00mS ∗ 5: 4.78mS ∗

1000μS 1mS

1000μS 1mS

= 5000μS

= 4780μS

𝓀t −𝓀∞

Determinación de adimensional 12885μS−7041μS 7041μS−749μS

12885μS−6050μS 6050μS−749μS

12885μS−5340μS 5340μS−749μS

12885μS−5000μS 5000μS−749μS

12885μS−4780μS 4780μS−749μS

= 0.929 = 1.289 = 1.543 = 1.855 = 2.011

QMC-301 NELLY FERNANDEZ 6: 4.38mS ∗

1000μS 1mS

= 4380μS

7: 4.11mS ∗

1000μS 1mS

= 4110μS

12885μS−4380μS 4380μS−749μS

12885μS−4110μS 4110μS−749μS

= 2.342 = 2.579

Tabla 2: determinación de conductividad a temperatura 25°C

Adimensional

N°

T (min)

𝓱 (𝛍𝐒)

1

2

7810

0.719

2

2.5

7270

0.861

3

3

6620

1.067

4

3.5

6210

1.222

5

4

5770

1.417

6

4.5

5440

1.587

7

5

5200

1.727

8

5.5

4990

1.862

Conversiones de conductividad. 1: 7.81mS ∗

1000μS 1mS

= 7810μS

2: 7.27mS ∗

1000μS 1mS

= 7270μS

3: 6.62mS ∗

1000μS 1mS

= 6620μS

4: 6.21mS ∗

1000μS 1mS

= 6210μS

5: 5.77mS ∗

1000μS 1mS

= 5770μS

6: 5.44mS ∗

1000μS 1mS

= 5440μS

𝓀0 −𝓀t 𝓀t −𝓀∞

𝓱𝟎 = 𝟏𝟐𝟖𝟖𝟓𝛍𝐒 𝓱∞ = 𝟕𝟒𝟗𝛍𝐒

Determinación de adimensional 12885μS−7810μS 7810μS−749μS

12885μS−7270μS 7270μS−749μS

12885μS−6620μS 6620μS−749μS

12885μS−6210μS 6210μS−749μS

12885μS−5770μS 5770μS−749μS

12885μS−5440μS 5440μS−749μS

= 0.719 = 0.861 = 1.067 = 1.222 = 1.417 = 1.587

QMC-301 NELLY FERNANDEZ 7: 5.20mS ∗

1000μS 1mS

= 5200μS

8: 4.99mS ∗

1000μS 1mS

= 4990μS

12885μS−5200μS 5200μS−749μS

12885μS−4990μS 4990μS−749μS

= 1.727 = 1.862

Tabla 3: determinación de conductividad a temperatura 35°C

Adimensional

N°

T (min)

𝓱 (𝛍𝐒)

1

2

7490

0.800

2

2.5

6400

1.148

3

3

6010

1.307

4

3.5

5690

1.456

5

4

5250

1.696

6

4.5

4890

1.931

7

5

4430

2.297

8

5.5

4150

2.568

Conversiones de conductividad. 1: 7.49mS ∗

1000μS 1mS

= 7490μS

2: 6.40mS ∗

1000μS 1mS

= 6400μS

3: 6.01mS ∗

1000μS 1mS

= 6010μS

4: 5.69mS ∗

1000μS 1mS

= 5690μS

5: 5.25mS ∗

1000μS 1mS

= 5250μS

6: 4.69mS ∗

1000μS 1mS

= 4890μS

𝓀0 −𝓀t 𝓀t −𝓀∞

𝓱𝟎 = 𝟏𝟐𝟖𝟖𝟓𝛍𝐒 𝓱∞ = 𝟕𝟒𝟗𝛍𝐒

Determinación de adimensional 12885μS−7490μS 7490μS−749μS

12885μS−6400μS 6400μS−749μS

12885μS−6010μS 6010μS−749μS

12885μS−5690μS 5690μS−749μS

12885μS−6550μS 5250μS−749μS

12885μS−4890μS 4890μS−749μS

= 0.800 = 1.148 = 1.307 = 1.456 = 1.696 = 1.931

QMC-301 NELLY FERNANDEZ 7: 4.43mS ∗

1000μS 1mS

= 4430μS

8: 4.15mS ∗

1000μS 1mS

= 4150μS

12885μS−4430μS 4430μS−749μS

12885μS−4150μS 4150μS−749μS

= 2.297 = 2.568

GRAFICAS: Grafica 1: determinación de la constante de velocidad a temperatura ambiente

tiempo respecto adimensional (T=15°C) 16 14

y = 7.3998x - 5.2646 R² = 0.9942

12

b=7.3998 =K

tiempo

10 8 6 4

2 0 0

0.5

1

1.5

2 adimensional

2.5

3

Grafica 2: determinación de la constante de velocidad a temperatura 25°C

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tiempo respecto adimensional (T=25°C) 6

tiempo

5 y = 2.9717x - 0.1359 R² = 0.9972

4

b= 2.9717 =K

3

2

1

0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2 adimensional

1.4

1.6

1.8

2

Grafica 2: determinación de la constante de velocidad a temperatura 35°C

tiempo respecto adimensional (T=35°) 6 5 y = 2.0461x + 0.3732 R² = 0.9857

tiempo

4

b =2.0461=K

3 2 1 0 0

0.5

1

1.5

2 adimensional

Grafica 4: determinación de energía de activación

2.5

3

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lnK

energia de activacion 2.5

2

y = 34.019x - 0.2508 R² = 0.9992

1.5

1

0.5

0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07 1/T

Determinación de energía de activación Pendiente = 34.019 εa = 34.019 R εa = 34.019 ∗ R εa = 34.019 ∗ 8.314

J∗mol L∗°K

εa = 282.834 J

OBSERVACIONES: 

Se pudo observar las características de cada reactivo como: el hidróxido de potasio es sólido de color blanco, y se puede observar que es higroscópico; el acetato de sodio y cloruro de potasio presentan casi las mismas características son sólidos de color blanco se presentan en forma de cristales parecidos a la sal; y por último el acetato de etilo es liquido viscoso con olor desagradable.



También se pudo observar que la conductividad depende de la concentración eso se pudo ver en la calibración del equipo a distintos concentraciones.

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

Se observa que al realizar la mezcla entre el hidróxido de potasio y acetato de etilo no ocurre ninguna reacción que se puede apreciar a simple vista, al determinar la conductividad se observó que la conductividad no se mantiene constante.

CONCLUSIONES:  Se puedo cumplir con todos los objetivos determinados, pero con algunas dificultades en todo el proceso del experimento como: repetición de las pruebas ya que la constante de velocidad variaba para cada temperatura pero las rectas obtenidas eran casi perfectas con un R= 0.997 ya que R presentaba un rango muy confiable los constantes se podía decir que tendrían que estar bien pero R solo cuantifica la recta formada eso se pudo determinar en las gráficas realizadas y constantes determinados que no presentaban una correlación de que a mayor temperatura menor es la constante de velocidad pero en este caso fue para 15°C=7.3, 25°C=2.7 y 35°C=3.4 estos datos no pueden ser aceptables y que no formaran una recta que del cual depende la energía de activación, es por eso que se vuele a realizar el experimento.  Ya con los datos corregidos se pudo determinar la energía de activación, como en la mayoría de las gráficas se presenta una línea recta se puede decir que los datos obtenidos son confiables en especial al determinar energía de activación ya que es una linera recta que pasa por los tres puntos.  En la manipulación del equipo se debe tener mucho cuidado en especial con el electrodo se debe limpiar bien para cada lectura.  En el laboratorio no contamos con un buen equipamiento de reactivos ya que en este caso se tenía que realizar el experimento con hidróxido de sodio pero por falta de reactivo p.a. no se pudo determinar trabajar con este reactivo y se buscó otro reactivo que tenga las mismas características que este reactivo y no afecta en la reacción ni en la determinación de conductividad como hidróxido de potasio. BIBLIOGRAFÍA:

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http://prezi.com/m/h1zaw10jerta/saponificacion-del-acetato-de-etilo/ www.buenastareas.com/materias/saponificaci%C3%B3n-del-acetato-deetilo-con-hidroxido-de-sodio-en-un-reactor-por-lotes/0 www.academia.edu/5250104/practica_No._4_SAPONIFICACION www.uv.es/idiqlab/labquimicos/documentos/RDTA.pdf https://www.pdfcoke.com/mobile/document/318206465/saponificacion-delacetato-de-etilo-por-conductimetria-FINAL-corregido https://es.slideshare.net/javiera1993/informe-saponificacion Informe de laboratorio de la práctica de saponificación realizada en el laboratorio de química de la universidad autónoma Tomas Frías del año 2016

ANEXOS: