Cinética Saponificación de Acetato de Etilo

CINÉTICA QUÍMICA.
Saponificación del acetato de etilo por método químico y por método conductimétrico.

Resumen. Se obtuvo la expresión de la ley de velocidad de la saponificación del acetato de etilo por un método físico y un étodo químixo, obteniendo de estos un orden global de reacción n=2, un orden respecto al hidróxido de sodio β=1 y respecto al acetato de etilo α=1.
Se determinó por medio de la ecuación de Arrenhius la energía de activación y el factor preexponencial de la saponificación con un porcentaje de error respecto a la literatura de 5.9% y 28.2 % para Ea y A respectivamente.

Introducción.

        En el estudio de la viabilidad de un proceso químico en lo que refiere a la reacción química, cabe preguntarse en primer lugar si la reacción tendrá lugar, y en segundo lugar si la reacción procederá a una velocidad apreciable.

Mientras la termodinámica permite conocer hasta dónde se puede llegar en una reacción química, la cinética permite conocer con que velocidad se desarrolla y se aproxima al equilibrio, así como cuáles serán las contribuciones cuantitativas de cada uno de los factores que influyen en la velocidad, que son, la temperatura, la presión y la composición, para un sistema homogéneo.

Si una reacción química se desarrolla en una sola etapa se denomina reacción elemental, mientras que si consta de varias etapas elementales, que constituyen el mecanismo de reacción, se denomina reacción compleja o compuesta.

La cinética química es una disciplina experimental, estudia y postula mecanismos de reacción basándose en valores experimentales de concentración de reactivos y/o productos, tiempo, temperatura, concentración de catalizador, de electrolitos, etc.

La velocidad de una reacción química dada por la siguiente reacción:

[pic 1]

La velocidad v, se define, a temperatura constante, como la variación de la concentración de cualquiera de las sustancias intervinientes en función del tiempo:

[pic 2]

Y puede expresarse como:

[pic 3]

Siendo k, el coeficiente de velocidad de reacción, α, β, γ, y δ los órdenes de reacción respecto a A, B, C y D respectivamente.

El orden global de reacción (n) es la suma de los órdenes parciales de cada reactivo:

[pic 4]

Las dimensiones de la constante de velocidad son: [pic 5]

Para determinar como cambia la concentración de las sustancias que intervienen en la reacción con respecto al tiempo, existen diferentes tipos de análisis, estos procedimientos pueden englobarse en tres grupos:

Métodos químicos. Se separa una cantidad de sustancia de la reacción en curso para su análisis en un tiempo determinado. Para que los métodos químicos sean eficaces, deben ser rápidos en relación a la reacción a estudiar, en caso contrario la reacción se ha de frenar mientras transcurre el proceso de análisis.

Métodos físicos. Se mide una propiedad física de la mezcla que cambie a lo largo de la reacción. Son rápidos y evitan tener que sacar muestras de la reacción en curso. 

Métodos de realjación. Se uitilizan para reacciones de cinética muy rápida.

Para determinar la velocidad de una reacción qúimica experimentalmente, hay diferentes métodos, entre ellos; leyes diferenciales de vlocidad, velocidads iniciales y leyes integrales de velocidad.

Leyes integrales de velocidad. Se debe integrar la ley diferencial para un orden dado. Se debe concoer el orden de reacción.

• Reacciones orden cero.

[pic 6]

Al integrar entre los límites de t1 y t2 

[pic 7]

Al graficar la concentración del reactivo al que se está siguiendo en función del tiempo, se obtiene una línea recta, cuya pendiente será el coeficiente de velocidad.

[pic 8]

[pic 9]

Reacciones de orden cero se encuentran frecuentemente en catálisis heterogénea, cuando la reacción se lleva a cabo sobre una superficie saturada de reactivo. Y en reacciones catalizadas con suficiente exceso de substrato para saturar el catalizador.

• Reacciones de orden uno.

[pic 10]

Al integrar entre los límites de t1 y t2 

[pic 11]

Al graficar el logaritmo natural de concentración del reactivo al que se está siguiendo en función del tiempo, se obtiene una línea recta, cuya pendiente será el coeficiente de velocidad.

[pic 12] Ilustración 2. Gráfica de orden uno.

En procesos gobernados por leyes de primer orden la concentración de reactivo, A, disminuye exponencialmente y, de manera simultánea, la concentración de producto aumenta también exponencialmente.

• Reacciones de orden dos.

[pic 13]

Al integrar entre los límites de t1 y t2 

[pic 14]

Al graficar el inverso de la concentración del reactivo al que se está siguiendo en función del tiempo, se obtiene una línea recta, cuya pendiente será el coeficiente de velocidad.[pic 15]

[pic 16]

La concentración de A experimenta una variación hiperbólica con el tiempo. La reacción de segundo orden puede depender solo de un reactivo, o de dos cuyo orden de reacción de cada uno será 1, con un orden global de 2.

El orden de reacción será aquella, cuto coeficiente de correlación en el método gráfico integral, sea más cercano a uno.

La aplicación del método integral en el caso de ecuaciones en las que interviene más de una sustancias, si simplifica muchos si se trabaja con reactivos en exceso. Se realizan serie de experimentos, en cada una de los cuales hay un gran exceso de todos los reactivos menos de uno. En estas condiciones, para cada serie, las concentraciones de los reactivos en exceso se pueden tomar como constantes a lo largo del experimento.

Influencia de la temperatura sobre las constantes de velocidad de reacción.

Para un intervalo no muy amplio, la relación entre constante de velocidad de reacción y temperatura está dada por la ecuación empírica de Arrhenius[pic 17]

[pic 18]

Siendo A el factor preexponencial (o de frecuencia) y Ea la energía de activación. Expresando la ecuación en forma logarítmica.

[pic 19]

Conociendo k para varias temperaturas, se puede obtener Ea y A.

Saponificación del Acetato de Etilo.

Los ésteres se hidrolizan en medios acuosos, bajo catálisis ácida o básica, para rendir ácidos carboxílicos y alcoholes.  La hidrólisis básica recibe el nombre de saponificación y transforma ésteres en carboxilatos.

...