Reporte Laboratorio Nº1 - Fisicoquímica II - Cinética de solvólisis del cloruro de tert-butilo

En el presente informe se desarrolla la obtención de los parámetros asociados a la cinética de la reacción de cloruro de terbutilo mediante solvólisis, con un análisis de datos entregados asociados a un experimento de laboratorio en donde se mide la formación de HCl mediante un indicador ácido base, siendo la reacción:

[pic 1]

Primero, se obtuvo la constante de velocidad de reacción (k) a partir de los datos de volumen y concentración de los reactantes junto al tiempo de viraje a una temperatura constante de 30 (°C), con lo cual se creó un gráfico de Ln [RCl] vs tiempo y, con una regresión lineal, se obtiene una ecuación de la que se puede extraer el valor pedido, siendo este 0.00029 (s-1). Además, el coeficiente de correlación (0.94812) tiene un valor cercano a uno, por lo tanto, se adapta bien al tratamiento hecho como una reacción de primer orden.

Posteriormente, mediante el mismo procedimiento anterior se determinaron los valores de k para cada conjunto de temperaturas entregado, con lo que luego se realizó un gráfico de Ln k vs 1/T, del cual se extrae una ecuación de la misma forma que la linealización de la ecuación de Arrhenius, permitiendo una comparación de la que se saca el valor de la energía de activación, EA = 89.6 (kJ/mol), y el factor preexponencial, A = 1.04 · 1012.

Finalmente, utilizando lo obtenido en las dos primeras partes, se responden las preguntas propuestas del cuestionario.

Item

Temperatura de trabajo (ºC)

30

1

Muestra

1

2

3

4

5

6

2

Vol. NaOH 0.1 M (mL)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

3

Vol. H2O (mL)

6.9

6.8

6.7

6.6

6.5

6.4

4

Vol. RCL 0.1 M (mL)

(agregado una vez alcanzada la temperatura de trabajo)

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

3.0

5

Volumen total (mL)

(NaOH+H2O+RCL)

10

10

10

10

10

10

6

[RCl]0 (M)

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

7

[NaOH] (M)

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

8

Tiempo necesario para alcanzar el viraje del indicador (s)

47

130

195

266

519

650

9

[HCl] (M) al momento del viraje

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

10

[RCL]t (M) al momento del cambio de color del indicador

([RCL]0 - [HCl])

0.029

0.028

0.027

0.026

0.025

0.024

11

Constante de velocidad (s-1)

0.0003

12

Orden de la reacción

1

Muestra

1

2

3

4

5

6

Tiempo necesario para alcanzar el viraje del indicador (s)

47

130

195

266

519

650

LN [RCl]

-3,540

-3,576

-3,612

-3,650

-3,689

-3,730

A continuación, los cálculos se realizarán para la muestra 3:

Línea 5: Entregados lo volúmenes de NaOH, H2O y RCl, se calcula el volumen total como la suma de estos, bajo el supuesto de que los volúmenes son aditivos en este caso:

[pic 3]

[pic 4]

Línea 6: Utilizando la ecuación correspondiente a la concentración por dilución:

[pic 5]

Donde  es la concentración inicial,  es el volumen inicial,  la concentración final y  el volumen final. Se tendrá que:[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

Línea 7: De forma análoga, se obtiene:

[pic 12]

[pic 13]

Línea 8: De los datos entregados, su valor para la muestra 3 es de 195 (s).

Línea 9: Al momento del viraje, toma el mismo valor de [NaOH] pues son proporcionales al neutralizarse, siento [HCl] igual a 0.003 (M).

Línea 10: Corresponde a la resta de [RCl]0 y [HCl], por lo tanto:

[pic 14]

[pic 15]

Línea 11: Del gráfico obtenido de Ln [RCl]t vs tiempo, se obtiene la ecuación:

[pic 16]

La que se asemeja a la siguiente:

[pic 17]

Por lo tanto, la constante de velocidad será:

[pic 18]

[pic 19]

Además, se puede ver que:

[pic 20]

[pic 21]

Valor similar al obtenido en la línea 6 y cuya diferencia puede ser explicada por los errores asociados a la toma de datos del experimento y al ajuste de datos.

Línea 12: Orden de reacción 1, ya que la ecuación obtenida realizando el ajusto de datos posee un coeficiente de correlación (R2) alto y se asemeja a la teórica de las reacciones de orden 1.