Determinacin de la constante de velocidad en la hidrlisis del acetato de etilo catalizado con HCLOBJETIVO: Determinar la constante de velocidad en la hidrlisis del acetato de metilo catalizada con HCl.

MARCO TERICOEl estudio de las velocidades a las que tiene lugar las reacciones qumicas se denomina cintica qumica. Este tema es importante en la industria qumica porque los diseadores de plantas, de procesos y de equipos, deben conocer como son afectadas las velocidades de reaccin por las variaciones de temperatura, presin y concentracin.Entendemos por velocidad de reaccin a la variacin de la concentracin de una sustancia dividido por el tiempo que transcurre para que la variacin tenga lugar.Velocidad = [x]/ t (1)donde:

[x] es la variacin en la concentracin molar de una sustancia xt es el tiempo en el que tiene lugar la variacin.

La unidad de velocidad de reaccin es mol / L . sUna vez se ha formado un producto en una reaccin, este puede reaccionar a su vez (incluso con los reactantes originales). Como esta consecuencia, dificulta el anlisis de la velocidad de reaccin, se suele medir la velocidad inicial de la misma, esto viene a ser la velocidad a la que se inicia la reaccin cuando no hay productos presentes.En la mayora de los casos, la velocidad inicial depende de las concentraciones iniciales de los reactantes.A B + C La forma de la ecuacin se nos quedar:Velocidad = k[A]0 Donde:k es una constanteA]0 es la concentracin inicial del componente A.Si nos fijamos en esta ecuacin, vemos que se corresponde a la ecuacin de una lnea recta con ordenada en el origen 0 y pendiente k:Velocidad = 0 + k[A]0 Y = a + bx La constante k que aparece en la ecuacin de velocidad se denomina constante de velocidad. Es independiente de la concentracin de los reactantes pero depende de la reaccin y de la temperatura.As pues, la velocidad de la reaccin se ve afectada, en gran parte, tanto por la concentracin de los reactivos como por la temperatura. Ambas pueden resumirse por la ecuacin:V = k [reactante]a (8)Con a = 1 para la reaccin (3) y a = 2 para la reaccin (2)La reaccin (3) diremos que es de primer orden, puesto que la velocidad de reaccin es proporcional a la concentracin de reactante. La reaccin (7) diremos que es de segundo orden pues, la velocidad de reaccin es proporcional al cuadrado de la concentracin de la sustancia. Diremos que una ecuacin es de orden cero, si su velocidad es independiente de la concentracin. El nombre orden cero proviene del hecho matemtico de que cualquier cosa elevada a la potencia cero es igual a uno. A estas alturas, podemos afirmar que el orden de una sustancia es la potencia a la que se eleva su concentracin en la ecuacin de velocidad.As pues, llamaremos orden global de una reaccin, a la suma de las potencias a las que estn elevadas las concentraciones individuales en su ecuacin de velocidad. Por lo tanto, en la siguiente ecuacin:V = k [A]2 [B] (9)Diremos que la reaccin es de segundo orden respecto a A y, de primer orden respecto de B, siendo su orden global 3.En multitud de ocasiones conocemos la concentracin inicial [A]0 de un reactivo pero queremos saber la concentracin [a] del mismo un tiempo t ms tarde.Para hallar la [A], necesitaremos una expresin de la concentracin en funcin del tiempo. Tal expresin (obtenida por clculo matemtico) se denomina ecuacin integral de velocidad. A continuacin daremos las ecuaciones integrales de velocidad para los rdenes de reaccin antes mencionados:Orden cero:[A]0 / [A] = k . t (10)Primer orden:Ln [A]0 / [A] = k . t (11)Segundo orden:Ln [A] / [A] 0 = k . t (12)El acetato de metilo es rpidamente hidrolizado para dar metanol y acido acticoCH3COOCH3 + H2O + H+ CH3COOH + CH3OH + H+La reaccin es catalizada por iones hidrogeno, esta no procede con cualquier medida de velocidad, en agua pura. Dos molculas estn involucradas en la reaccin, el agua esta en tal cantidad de exceso que solamente parece que el acetato de metilo cambia de concentracin. Adicionalmente, el gran exceso de agua proveniente cualquier regreso de la reaccin. Donde c es la concentracin del reactivo al tiempo t y c0, c1, c2, son las concentraciones a los tiempos t = 0, t1 y t2, respectivamente. Para la reaccin de primer orden, k es numricamente igual a la fraccin de sustancia que reacciona por unidad de tiempo, expresada generalmente en minutos-1 o segundos-1. Debera hacerse notar que para una reaccin de primer orden el grado de avance de la reaccin puede ser determinado sin ninguna informacin sobre la concentracin inicial del reactivo o an de las concentraciones absolutas a tiempos diferentes, teniendo en cuenta el hecho de que una cantidad proporcional a la concentracin puede ser determinada.Donde cA y cB representan las concentraciones de los reactivos A y B. El valor numrico de la constante de reaccin k para una reaccin de segundo orden depende de las unidades en las cuales se expresan las concentraciones. En una reaccin de segundo orden, si uno de los reactivos est presente en exceso con respecto al otro, su concentracin permanecer aproximadamente constante mientras que se observan marcados cambios en el otro componente, y la reaccin aparentar ser de primer orden.Otra variable importante es la concentracin de algn catalizador.La hidrlisis del acetato de metilo presenta algunos aspectos cinticos interesantes. La reaccin, que es extremadamente lenta en agua pura, es catalizada por el in hidrgeno:CH3COOCH3 + H2O + H+ = CH3COOH + CH3OH + H+ En los momentos iniciales de la hidrlisis, las concentraciones de cido actico y metanol permanecen suficientemente pequeas para que el trmino que las considera sea despreciable, y la reaccin se comporta como si fuera de primer orden:

El valor de k1 puede ser entonces determinado por uno de los mtodos convencionales para ecuaciones de primer orden.La evaluacin de k1 a diferentes temperaturas permite el clculo del calor de activacin de Arrhenius, Ha, para la reaccin directa:

Al considerar la forma integrada, se est asumiendo que Ha es una constante. El calor de activacin se expresa generalmente en caloras por mol y se interpreta como la cantidad de energa que las molculas deben alcanzar para poder reaccionar.

MATERIAL Y SUSTANCIAS Erlenmeyer de 250 ml y 2 de 125 ml. Pipeta de 5 ml. Bureta de 100 ml. Cronmetro

SUSTANCIAS: Acetato de metilo solucin de hidrxido de sodio 0.2N. Fenolftalena (Indicador). 500 ml de solucin de cido clorhdrico 1N valorada. Agua destilada. Hielo.

DESARROLLOSe prepara y valora una solucin de hidrxido de sodio, pesando Ac. Oxlico suficiente para gastar 10 ml de Solucin.Se prepara y valora una solucin de HCl, pesando Na2CO3 suficiente para 10 ml de solucin.Procedimiento:La concentracin de acetato de metilo en cualquier tiempo est determinada por titulacin de alcuotas (removidas de la mezcla) con solucin de hidrxido de sodio 0.1 M. El pipeteo cuidadoso y la titulacin son condiciones esenciales del experimento.Transfiera 100 ml de cido clorhdrico en un matraz seco de 250 ml con tapn, en un bao termosttico a 25 C. Tambin coloque un tubo con tapn conteniendo alrededor de 20 ml de acetato de metilo en el mismo bao. Cuando la temperatura de equilibrio se haya establecido, pipet exactamente 5 ml del acetato de metilo y depostelo sobre el cido contenido en el frasco de 250 ml y anote en este momento el tiempo 0 [iniciando el cronmetro que no deber detenerse hasta finalizar]. Agite vigorosamente e inmediatamente extraiga una muestra de 5 ml de la mezcla y colquela en una mezcla agua-hielo de aproximadamente 25 ml (para detener la reaccin). Anote el tiempo, lo ms cercano a 15 segundos, en el cual la pipeta ha descargado la mitad, dentro del agua del frasco de titulacin. Titule el cido en la muestra tan pronto como sea posible con la solucin de hidrxido de sodio estandarizado, repita la titulacin de las siguientes muestras de 5 ml despus de 10, 20, 30, 40, 60, 90, 120 y 180 min. Conserve al menos 25 ml de la mezcla en el frasco cerrado a 25 C por 48 hrs. para obtener la titulacin final de la reaccin una vez que sta se ha completado. Repita el experimento a diferentes temperaturas, digamos a: 30, 35 y 40 C. La reaccin ser ms rpida, y por lo tanto, se hace necesario tomar lecturas con una frecuencia mayor.

DIAGRAMA DEL PROCESO

Se prepara una solucin la cual contiene 100ml de HCl + 5ml de ac. metlico, se mezcla e inmediatamente se toma una alcuota (t = 0 min) de 5ml, se agrega a un matraz Erlenmeyer junto a hielo y un par de gotas de indicador fenolftalena.Por ltimo, se valora la solucin con NaOH estandarizado. Se repite el procedimiento para los tiempos: 10 min, 20 min, 30 min, 40 min, 60 min, 90 min y 24 hrs

OBTENCION DE DATOS Y CLCULOS:

Muestra12345678

Tiempo(seg)01020304060120

NaOH (ml)2526.527.428.429.431.536.150.4

Clculos

Tiempo (min)t -tLog(t -t)

025.41.4048

1023.91.3783

20231.3617

30221.3424

40211.3222

6018.91.2764

12014.31.1553

CONCLUSIONESLa regresin es muy buena, ms de lo imaginado, nos dimos cuenta que entre ms tiempo dejamos pasar la reaccin fue terminando, y ms sosa se nos gastaba, por el mismo motivo, tuvimos cuidado de poner suficiente hielo en casa una de las muestras para detener por completo la reaccin producida en ella.El tiempo fue obviamente un factor muy importante, puesto que tuvimos que ser muy exactos y no dejar pasar ms del tiempo necesario. BIBLIOGRAFIAhttp://www.ugr.es/~focana/dfar/aplica/cinetiHidroli/cinetiHidroliAcMet.pdfhttp://html.rincondelvago.com/fisica-aplicada-y-fisico-quimica_5.html