Trabajo práctico Módulo de Cinética Fisicoquímica...
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Hidrólisis del ac Trabajo Módulo de Módulo de Fisicoquím Lic. Noelia cetato de metilo práctico e Cinética e Cinética mica - UNQ I. Burgardt
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Hidrólisis del acetato de metilo
Trabajo práctico
Módulo de CinéticaMódulo de Cinética
Fisicoquímica
Lic. Noelia I. Burgardt
Hidrólisis del acetato de metilo
Trabajo práctico
Módulo de CinéticaMódulo de Cinética
Fisicoquímica - UNQ
Lic. Noelia I. Burgardt
Cinética Química
� Estudio de la velocidad
reacciones químicas.
� La velocidad de unaLa velocidad de una
temperatura, la presión y
sustancias participantes.
� La ecuación que expresa
conoce como ley de velocidad
experimentalmente.
Cinética Química
velocidad y el mecanismo de las
reacción depende de lareacción depende de la
y las concentraciones de las
la velocidad de reacción se
velocidad y debe determinarse
Velocidad de Reacción
� La velocidad a la que se
especie química es proporcional
estequiométrico.
� En cinética química el término
reacción (dC/dt) se refiere
concentración (C) de
productos con el tiempo (t)
Velocidad de Reacción
se consume o produce cada
proporcional a su coeficiente
término grado de avance de
refiere a la variación de la
uno de los reactivos o
(t).
Velocidad de Reacción
aA + bB ↔
Velocidad de Reacción
↔ cC + dD
Ley de Velocidad
La velocidad de reacción puede
producto de una función de
constante de velocidad, k) por
reactivos y/o productos u
mezcla, elevadas a diversas
aA + bB ↔
Ley de Velocidad
puede expresarse como el
de la temperatura (llamada
por las concentraciones de
otros componentes de la
γ
potencias.
↔ cC + dD
Ley de Velocidad
� Las potencias a las
concentraciones (α, β, etc)
reacción respecto a cada
� La suma de estos coeficientes
la reacción.
� Los ordenes de reacción pueden
(positivo, negativo o cero,
Ley de Velocidad
que están elevadas las
etc) se denominan orden de
especie química.
coeficientes da el orden global de
pueden tomar cualquier valor
ser entero o fraccionario).
Ley de Velocidad Integrada
A ↔
Orden de Reacción 0
Orden de Reacción 1
-
Ley de Velocidad Integrada
↔ B
Orden de Reacción 1
Orden de Reacción 2
Ley de Velocidad Integrada
A ↔ Bk = 0.03 y [A]0 = 0.3
[A]
Determinación experimental
del orden de reacción
Ley de Velocidad Integrada
-0,2
0
0,2
0,4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
Orden 0Orden 1Orden 2
Tiempo
[A]
Determinación experimental
Energía de Activación
El calor de activación (Ea o
cantidad de energía que las
para poder reaccionar.
Ecuación de Arrhenius
k(T) = A e -Ea/RT
ln [k(T)] = ln [A] - Ea/RT
Al considerar la forma integrada, seestá asumiendo que Ea es constante.
Energía de Activación
∆Ha) se interpreta como la
las moléculas deben alcanzar
Energía de Activación
¿Qué significado tiene el valor de
E > 0→ La reacciónEa > 0→ La reacción
aumentar la temperatura.
Ea < 0→ La reacción
cuando aumenta la temperatura
Energía de Activación
¿Qué significado tiene el valor de Ea?
reacción se acelera alreacción se acelera al
.
reacción se desacelera
temperatura.
Hidrólisis del acetato de metilo
CH3COOCH3 + H2O + H+ ↔Acetato de Metilo
Metanol
� Esta reacción es lenta en
� La reacción es catalizada
� La reacción es reversible
Hidrólisis del acetato de metilo
↔ CH3COOH + CH3OH + H+
Ácido Acético
en agua pura.
catalizada por el ión hidrógeno.
reversible.
Hidrólisis del acetato de metilo
− = −dc
dtk c c
CH COOCH
H O CH COOCH
3 3
2 31 3' . .
Ecuación de velocidad
El agua se considera constante y se define
− = −dc
dtk c k
CH COOCH
CH COOCH
3 3
1 23 3.
− =dc
dtk c
CH COOCH
CH COOCH
3 3
31 .
El agua se considera constante y se define
Si se mide la velocidad a tiempos cortos, la reacción inversa se puede despreciar
Hidrólisis del acetato de metilo
− k c cCH COOH CH OH3 32 8. . ....................( )
Ecuación de velocidad
El agua se considera constante y se define k = k´ * c
c cCH COOH CH OH3 39. . ....................( )
COOCH310....................( )
El agua se considera constante y se define k1 = k´1 * cH2O
Si se mide la velocidad a tiempos cortos, la reacción inversa se puede despreciar
Hidrólisis del acetato de metilo
Ecuación de pseudo
− =dc
dtk c
CH COOCH
CH COOCH
3 3
31 .
Hidrólisis del acetato de metilo
Ecuación de pseudo-primer orden
COOCH310....................( )
Objetivos del Trabajo Práctico
� Determinar la constante
reacción de hidrólisis
dos temperaturas diferentesdos temperaturas diferentes
� Obtener la energía de activación
Objetivos del Trabajo Práctico
constante de velocidad de la
del acetato de metilo a
diferentes.diferentes.
activación de la reacción.
Desarrollo Experimental
CH3COOCH3 + H2O + H+ ↔Acetato de Metilo
Metanol
Para determinar k necesitamos conocer como varía la
concentración de reactivos o productos con el tiempo.
¿Cómo podemos seguir experimentalmente el avance de
la reacción?
Desarrollo Experimental
↔ CH3COOH + CH3OH + H+
Ácido Acético
necesitamos conocer como varía la
concentración de reactivos o productos con el tiempo.
¿Cómo podemos seguir experimentalmente el avance de
la reacción?
Desarrollo Experimental
Mezcla de Reacción:
� 100 ml de HCl 1N
� 5 ml acetato de metilo
Mezclade
reacción
Bañotermostático
Desarrollo Experimental
NaOH
¿Cómo frenamos la reacción?
Desarrollo Experimental
� Cada alícuota se diluye
para frenar la reacción.
La reacción es catalizada� La reacción es catalizada
� La presencia de este
determinación del ácido
Desarrollo Experimental
diluye en agua destilada fría
.
catalizada por ácido clorhídrico.catalizada por ácido clorhídrico.
este catalizador afecta la
ácido acético producido.
Resultados
Tabla de resultados crudos
Tiempo (min) NaOH T1 (ml)
Llamamos NaOH necesario para titular una alícuota al tiempo t.
Resultados
Tabla de resultados crudos
NaOH T1 (ml) NaOH T2 (ml)
Llamamos Vta el volumen de
NaOH necesario para titular una alícuota al tiempo t.
Resultados
� Vt α [ácido acético]t + [HCl]
� Definimos VT como
necesario para titularnecesario para titular
hidrólisis se completa un
� (VT - Vt) α [acetato de metilo]
Resultados
[HCl]
el volumen de NaOH
el ácido liberado si lael ácido liberado si la
un 100% (+[HCl]).
metilo]t
Resultados
� VT debe ser calculado porque
una cantidad apreciable de
sin hidrolizar.
Para calcular V necesitamos� Para calcular VT
necesitamos
acetato de metilo y los moles
VT
= V1 (HCl) +
� Definimos Vs
como el volumen
reacción, es cual es 104.6
Resultados
porque existe en el equilibrio
de acetato de metilo (AcMe)
necesitamos determinar los moles denecesitamos determinar los moles de
moles de HCl agregados.
(HCl) + V2
(AcMe)
volumen final de la mezcla de
6 mL.
Resultados
� Definimos Vx
como el volumen
para titular 5 ml de HCl
experimentalmente, por triplicado
Agregamos 100 ml de HCl� Agregamos 100 ml de HCl
� El volumen de NaOH necesario
presente en 5 ml de alícuota
V1 = V
x(100 / V
Resultados
volumen de NaOH necesario
HCl. Este valor se determina
triplicado.
HCl a la mezcla de reacción.HCl a la mezcla de reacción.
necesario para titular el HCl
alícuota (V1) es:
(100 / Vs)
Resultados
� La densidad (ρ) del acetatotemperatura.
� El peso de 5 ml de solución
acetato de metilo es 5ρ y losacetato de metilo es 5ρ y los
moles de acetato son 5ρ/M
(M = 74.08)
� El número de moles deinicialmente en cualquier alícuotade reacción es (5ρ/M)(5/V
Resultados
acetato de metilo cambia con la
solución de
los 0,92
0,93
0,93
0,94
0,94
0,95
Den
sida
d (g
/mL)
los
acetato de metilo presentesalícuota de 5 ml de la mezcla/Vs).
10 15 20 25 30 35 40
0,9
0,91
0,91
0,92
f(x) = -0,00131x + 0,95990R² = 0,99924
Temperatura (°C)
Den
sida
d (g
/mL)
Resultados
� Para titular el ácido acéticode un mol AcMe se requierende NaOH de normalidad N
� Para titular el ácido acéticocompleta del AcMe contenidocompleta del AcMe contenidode la mezcla de reacción se
V2= (1000 / N)(25
Resultados
acético producido por la hidrólisisrequieren 1000/N ml de solución
N.
acético producido por la hidrólisiscontenido originalmente en 5 mlcontenido originalmente en 5 ml
se requerirán:
= (1000 / N)(25 ρ / M Vs)
Resultados
Finalmente el cálculo de Vsiguiente fórmula:
V V= +100 1000 25
OJO!!!
Observar que VT dependedensidad depende de la temperatura!
V VV M
T x
s
= +100 1000 25
Resultados
VT se obtiene a partir de la
25132ρ ...................( )
depende de la temperatura porque latemperatura!
M Vs
25132
2
ρ...................( )
Resultados: Constante de velocidad
� Reacción de pseudo-primer
� ln ([AcMe]) = - k t + ln ([AcMe]
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
ln (
VT
-Vt)
� (VT - Vt) α [AcMe]
� k = - pendiente
Resultados: Constante de velocidad
primer orden.
([AcMe]0)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
f(x) = -0,012x + 0,491R² = 0,995
Tiempo (minutos)
Resultados: Energía de Activaciónd k
dT
Ha
RT
k T
k T
Ha
R
T
T
ln.............
log.
. .
1
2
1 2
1 1
2
22 303
=
=−
∆
∆
ln k(T2)/ k(T1) = - (Ea/R)*[(T(T1T2)]
Ecuación de Arrheniusln [k(T)] = ln [A] - E
a/RT
Resultados: Energía de Activación
T
T
........( )
.....................( )
1
1
11
12−
/R)*[(T1-T2) /
Conclusiones
� ¿Los valores obtenidos
velocidad a diferentes
esperados? ¿Porqué?esperados? ¿Porqué?
� ¿El valor de energía de
coherente?
Conclusiones
obtenidos de las constantes de
temperaturas fueron los
de activación obtenido es
Relacionando conceptos
� ¿Cuál será la relación entre la constante de velocidad
y la constante de equilibrio?
� ¿Cómo podríamos medir la velocidad de reacción de ¿Cómo podríamos medir la velocidad de reacción de
los sistemas utilizados en los trabajos prácticos
anteriores?
� ¿Cómo afectará la temperatura a cada una de esas
reacciones?
Relacionando conceptos
¿Cuál será la relación entre la constante de velocidad
y la constante de equilibrio?
¿Cómo podríamos medir la velocidad de reacción de ¿Cómo podríamos medir la velocidad de reacción de
los sistemas utilizados en los trabajos prácticos
¿Cómo afectará la temperatura a cada una de esas
