Cinética de la Reacción de Saponificación de Acetato de Etilo en un Reactor Discontinuo Agitado

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Índice

Cinética de la Reacción de Saponificación de Acetato de Etilo en un Reactor Discontinuo Agitado.        3

Resumen        3

Introducción        4

Objetivos        4

Fundamentos Teóricos        5

Metodología        8

Datos Experimentales        10

Análisis de Resultados        12

Conclusiones        16

Referencias        16

Cinética de la Reacción de Saponificación de Acetato de Etilo en un Reactor Discontinuo Agitado.

Resumen

En este documento se describen los resultados de la práctica experimental y los resultados calculados analíticamente respecto al avance de reacción de la saponificación de acetato de etilo en un sistema discontinuo. Donde para la obtención de los datos experimentales, se realizó mediante una titulación ácido-base, midiendo la concentración de diferentes muestras tomadas a diferentes tiempos de salida del reactor discontinuo. Por lo que, con los datos cinéticos obtenidos, se ajustaron a una expresión de velocidad, esto considerando los modelos ideales de reactores por lotes perfectamente agitados y sus ecuaciones.

Los reactivos en bruto utilizados en esta práctica fueron acetato de etilo, hidróxido de sodio, ácido clorhídrico, agua destilada y azul de bromotimol como indicador. Dichos reactivos se utilizaron para la preparación de los siguientes compuestos:

• Solución 0.1 M de hidróxido de sodio (250ml) como reactivo
• Solución 0.1 M de Acetato de Etilo (250ml) igualmente como reactivo
• Solución 0.05 M de HCl (100ml) , para detener la reacción en las muestras que se extraigan de la prueba de reacción
• Solución 0.025 M de NaOH (100 ml) para la titulación

Donde posteriormente se empleó el sistema de titulación ácido-base para el monitoreo del avance de reacción, habilitando un matraz Erlenmeyer de 500ml con un sistema de agitación mecánica; donde primero se agregaron 225 ml de la solución de acetato de etilo, se activó la agitación mecánica, y después se introdujo al matraz en agitación 225 ml de la solución de hidróxido de sodio 0.1M, poniendo en marcha el tiempo. Fue así como los datos cinéticos se fueron obteniendo, retirando las muestras a diferentes tiempos de reacción y determinando sus diferentes composiciones mediante un análisis volumétrico. Donde en los primeros 4 minutos se retiró una muestra cada 40 segundos y posteriormente se retiró una muestra cada minuto hasta completar 16 minutos de reacción. Por lo que se tuvo un total de 18 muestras a evaluar.

Introducción

El reactor discontinuo agitado es un modelo ideal de un reactor químico, en este no hay entrada y salida de los reactivos o productos al momento de que se este llevando a cabo la reacción. En este tipo de reactores, el tiempo t=0 es el momento en el que se comienzan a desarrollar las reacciones químicas dentro del reactor.

El presente trabajo describirá el proceso experimental realizado en el laboratorio para el monitoreo del avance de reacción en la reacción de acetato de etilo con hidróxido de sodio, siendo una de las reacciones más utilizadas en el estudio del comportamiento de los reactores químicos debido a que la velocidad de reacción es adecuada para ser manejada en un laboratorio sin la necesidad de herramientas sofisticadas ya que el equilibrio está desplazado a la derecha como sucede en los casos de reacciones entre esteres y álcalis.

Objetivos

• Determinar el orden de reacción y la constante cinética de la reacción de saponificación del acetato de etilo en un reactor discontinuo agitado.
• Identificar experimentalmente la evolución temporal de las concentraciones de los reactivos y compararlas con el modelo cinético.

Fundamentos Teóricos

La reacción de saponificación del acetato de etilo en solución acuosa diluida esta dada de la siguiente forma:

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Existen diferentes métodos para el monitoreo y la obtención de datos cinéticos durante una reacción química proporcionando datos que relacionan alguna propiedad contra el tiempo, obtener dichos datos experimentales tiene como objetivo encontrar la ecuación cinética que modele la reacción, la constante de velocidad y el orden de reacción.

A concentraciones pequeñas de reactivos, se puede suponer que la concentración del complejo de adición es muy baja y las velocidades de las concentraciones inversas son despreciables frente a las reacciones directas; por lo tanto, se puede admitir que la reacción es irreversible y de segundo orden global, es decir, que la velocidad de la reacción depende únicamente del éster y el álcali presente. De esta manera, se define la ecuación de velocidad con la siguiente expresión:

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Sabiendo que la reacción de saponificación se lleva a cabo en un reactor discontinuo agitado con concentraciones iniciales iguales de  y  y teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción se asume que  y por lo tanto la ecuación de velocidad se escribe de la siguiente manera: [pic 7][pic 8][pic 9]

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Los diferentes métodos de cálculo se enlistan a continuación.

• Método integral
• Método diferencial
• Método de Oswald
• Método de velocidades iniciales
• Método de presiones totales

De los cuales se detallan el método integral y diferencial.

Método integral

En el método integral se elige una ecuación cinética en particular, se integra y se comparan los valores de concentración frente al tiempo con los datos experimentales; se representar de la siguiente manera dependiendo del orden de reacción.

Reacciones de orden 1

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Separando variables e integrando

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Reacciones de orden 2

Este tipo de reacciones se pueden presentar mediante dos ecuaciones generales. La primera de ellas se muestra a continuación:

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De manera que la velocidad de la reacción en función de la concentración queda de la siguiente manera:

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La segunda ecuación general se presenta de la siguiente manera:

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En este caso la velocidad de la reacción queda de la siguiente manera, siempre y cuando la concentración inicial de ambos reactivos  y  sea diferente.[pic 24][pic 25]

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