Hidrolisis alcalina acetato de etilo.

Hidrólisis alcalina de acetato de etilo

Resumen

En el presente trabajo se busca conocer la constante cinética y el orden de la reacción de saponificación del acetato de etilo con Na(OH) con la finalidad de obtener una expresión que represente la velocidad de la reacción. Para ello, se armó la instalación necesaria para la experimentación, luego se dio comienzo a la reacción, donde el acetato de etilo se agregó gota a gota a una solución previamente preparada de hidróxido de sodio y a tiempos predeterminados se fue obteniendo la lectura de los correspondientes pH.Con los datos obtenidos se pudo comprobar que la cinética que sigue esta reacción es de orden dos; además el valor de k obtenido experimentalmente se comparó con el valor teórico a la temperatura de trabajo y se verificó que no existen apreciables diferencias entre ellos.

1. Introducción

Los ésteres son compuestos en los cuales un grupo orgánico (R') reemplaza a un átomo de hidrógeno en un ácido carboxílico. Generalmente se obtienen a partir de la reacción entre unácido carboxílico y un alcohol, liberando agua. La fórmula general de un éster se muestra en la Figura 1 donde R y R’ pueden ser grupos arilo o alquilo.

Los ésteres sufren la sustitución nucleofílica característica de los derivados de ácidos carboxílicos. El ataque ocurre en el carbono cabonílico deficiente en electrones y da como resultado el reemplazo del grupo –OR’ por -OH, -OR’’ o -NH2 (Morrison y Boyd, 1998).

Cuando se lo calienta con ácido o base acuosa, un éster carboxílico es hidrolizado al ácido correspondiente y a un alcohol o fenol. Entonces si se trabaja en condiciones alcalinas, se obtiene el ácido en forma de una sal. Una base promueve la hidrólisis de ésteres porque proporciona el reactivo fuertemente nucleofílico OH-. Esta reacción es irreversible, puesto que un anión carboxilato estabilizado por resonancia demuestra poca tendencia a reaccionar con un alcohol (Morrison y Boyd, 1998).

En primer lugar, se produce el ataque del ion OH- al éster en su carbono carbonílico y desplaza al ion alcóxido. La reacción implica la ruptura del enlace entre el oxígeno y el grupo acilo RCO--|--OR’. En la Figura 2 se observa el primer paso del mecanismo de hidrólisis (Morrison y Boyd, 1998).

Para el caso particular de la hidrólisis del acetato de etilo, los pasos siguientes se detallan en la Figura 3:

Esta reacción puede generar productos secundarios, según el mecanismo que se describe en la Figura 4:

Una reacción química es el resultado de las colisiones suficientemente energéticas y adecuadamente orientadas. La velocidad de reacción, en consecuencia, debe ser la velocidad a la que suceden estos impactos efectivos, el número de colisiones efectivas que ocurren, durante cada segundo dentro de cada litro de espacio de reacción (Morrison y Boyd, 1998).

Bajo condiciones apropiadas, unas sustancias pueden transformarse en otras que constituyen diferentes especies químicas. Si ocurre esto solamente por reordenamiento o redistribución de los átomos para formar nuevas moléculas, se dice que se ha efectuado una reacción química. La cinética química trata principalmente del estudio de la velocidad, considerando todos los factores que influyen sobre ella y explicando la causa de la magnitud de esa velocidad de reacción (O. Levenspiel, 1998).

El carácter de irreversibilidad de una reacción se refiere a que la reacción siempre evoluciona desde los reactantes hacia los productos hasta que se consume totalmente al menos uno de los reactantes, denominado reactante limitante. En la mayoría de los casos, para las reacciones irreversibles, la velocidad de reacción a una determinada temperatura sólo dependerá de la concentración delos reactantes y la expresión matemática que suele describir con suficiente precisión la velocidad de reacción es una función potencial. Así para la reacción indicada, la ecuación cinética puede describirse como:

r=k• 〖C_A〗^(β_A )•〖C_B〗^(β_B )…=k• ∏_(j=1)^S▒〖C_j〗^(β_j ) [1]

Donde k es la constante cinética a la temperatura de la reacción, Cj la concentración de la especie j, βj, el orden de reacción de esa especie, y S el número de especies químicas que participan e influyen en la velocidad de reacción (J. F. Izquierdo, 2004).

2. Materiales y método

2.1 Materiales

Para el desarrollo del trabajo práctico se utilizaron las siguientes soluciones, provistas por la cátedra:

- 100 mL de Na(OH) 0,02 M.

- 100 mL de Acetato de etilo (CH3–COO–CH2–CH3) 0,02 M.

Además se utilizaron matraces, vasos de precipitado, bureta, agitador magnético, pHmetro, termómetro y cronómetro. Y para la limpieza de los materiales se utilizó agua destilada.

2.2 Procedimiento

En primer lugar se armó la instalación provista por un agitador magnético y sobre él, un vaso de precipitado de 250 mL, al cual se le colocó la solución de Na(OH), y en su interior, un pHmetro y un termómetro y se leyó el pH correspondiente al tiempo cero donde todavía no hay agregado de acetato. Posteriormente, desde una bureta sujetada por un soporte se deja gotear la solución de acetato de etilo al recipiente detallado anteriormente. Cuando la primera gota cae sobre el Na(OH) se activa el cronómetro y se comienza la lectura de ambos elementos de medición a tiempos determinados: Cada 30 segundos durante 10 minutos; luego cada 1 minuto hasta el minuto 30; cada 2 hasta el minuto 46; y finalmente cada 5 hasta el minuto 91. La instalación se muestra en la Figura 5.

Cabe aclarar que la temperatura se trató de mantener constante durante toda la experiencia en un valor de 27ºC.

Una vez finalizada la experiencia, se mantuvo el recipiente tapado durante varios días tratando de mantener la temperatura constante y luego se registró el pH, considerado a tiempo infinito.

3. Resultados

A continuación, en la Tabla 1, se muestran los resultados de la experiencia como la inversa de la concentración del reactivo Na(OH) en función del tiempo.

Tiempo (min) pH pOH X Cb

...