hidrolisis acida del acetato de etilo

INDICE

1. OBJETIVOS Pág. 3

2. FUNDAMENTO TEORICO Pág. 3

3. DATOS Pág. 6

3.1. DATOS EXPERIMENTALES Pág. 6

3.2. DATOS BIBLIOGRÁFICOS Pág. 7

4. TRATAMIENTO DE DATOS Pág. 7

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Pág. 13

6. CONCLUSIONES Pág. 13

7. RECOMENDACIONES Pág. 13

8. BIBLIOGRAFÍA Pág. 14

1

HIDRÓLISIS ÁCIDA DEL ACETATO DE ETILO

1. OBJETIVO

o Analizar la cinética de la reacción de hidrólisis ácida del acetato de etilo.o Determinar la constante de velocidad de la reacción y su dependencia de la energía de

activación y la temperatura.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

o Cinética Química

La cinética es el estudio de la velocidad de reacción, determinada que productos se forman más rápidamente. La cinética también ayuda a predecir cómo cambia la velocidad si se cambian las condiciones de reacción.

La cuestión relativa a la rapidez se encuentra en el campo de la cinética, una rama de la química en la que se hacen esfuerzos para relacionar las velocidades de las reacciones con las propiedades de los reactivos y aspectos tales como el volumen, la temperatura y la presión; Debemos suponer que existen los átomos y las moléculas y que la teoría cinética de los gases, los líquidos, los sólidos y las soluciones, es sustancialmente correcta. Analizando las velocidades de las reacciones químicas, de acuerdo con lo que se cree que los átomos y las moléculas son capaces de hacer y lo que se crea que hacen verdaderamente. Primero se interpretan los datos, y estos expresarlos en forma útil. Este enfoque se debe, en gran parte, en un cambio químico.

o Velocidad de una reacción

La velocidad de una reacción es la rapidez con la que aparecen los productos y desaparecen los reactivos. La velocidad se puede determinar midiendo el aumento de las concentraciones de los productos con el tiempo, bien, la disminución de las concentraciones de los reactivos con el tiempo.

Las velocidades de reacción dependen de las concentraciones de los reactivos. Cuanto mayor sean las concentraciones, con frecuencia chocaran las moléculas de los reactivos y mayor será la probabilidad de que se produzca la reacción. Una ecuación de velocidad (algunas veces llamada ley de velocidad) es la reacción entre las concentraciones de los reactivos y la velocidad de reacción observada. Cada reacción tiene su propia reacción de velocidad, determinada experimentalmente modificando las concentraciones de los reactivos y midiendo el cambio en la velocidad. Por ejemplo considerarse la reacción general:

A + B →C + D.

La velocidad de reacción generalmente es proporcional a las concentraciones de los reactivos ([A] y [B]) elevadas a los coeficientes a y b. se utilizara una expresión de velocidad general para representar esta relación como:

Velocidad= kr [A]a[B]b

Donde Kr es la constante de velocidad. Los valores de los exponentes (a y b) deben ser determinados experimentalmente. No se puede adivinar o calcular la ecuación de velocidad

2

a partir de la estequiometria de la reacción. La ecuación de velocidad depende del mecanismo de reacción y de la velocidad de los pasos individuales en el mecanismo.

En la ecuación de velocidad general, el exponente a se conoce como orden de la reacción con respecto al reactivo A, y b es el orden de la reacción con respecto a B. La suma de los exponentes (a + b) se conoce como orden total de la reacción.

o Ecuación cinética para una reacción de 1º orden

Según la ley de acción de masa de velocidad de cualquier reacción monomolecular: A → PDebe ser en cualquier instante t proporcional a la concentración de A, CA, presente en ese momento, es decir

−d C A

dt=K 1C A

El factor de proporcionalidad K1 se denomina velocidad específica de la reacción de primer orden. Al hacer CA= 1 en la ecuación se deduce que la su significado es la velocidad de reacción cuando la concentración de A es constante e igual a la unidad.

Las dimensiones de K1 se deduce en la ecuación K1 = (- 1 / CA) (d CA /dt), que son el reciproco del tiempo, esto es, la frecuencia. Para cualquier reacción de primer orden, K1 debe ser una constante característica de la reacción, independiente de la concentración y función únicamente de la temperatura.

lnCA

CA 0

=−K1t

o Influencia de la concentración de los reactivos en la velocidad de una reacción

La manipulación de la concentración solo puede afectar a la frecuencia total de colisiones. En algunas reacciones, las velocidades son directamente proporcionales a la concentración de cada reactivo. A mayor concentración, mayor velocidad de reacción de uno de los reactivos. La concentración se refiere a la cantidad de átomos y moléculas presentes en un compuesto o mezcla.

El aumento de la concentración inicial origina una aceleración en la velocidad. Esta no permanece constante durante el proceso de transformación, sino que es máxima al comienzo y decrece a medida que se consumen los reactivos.

o Determinación gráfica del orden y constante de la velocidad para una ecuación de 1º orden

Los conceptos de transición y energía de activación son más fáciles de entender gráficamente.

En la figura siguiente se muestra un diagrama de energía de reacción para una reacción exotérmica de un paso. El eje vertical del diagrama de energía representa la energía de potencial total de todas las especies incluidas en la reacción. El eje horizontal se conoce como coordenada de la reacción, que simboliza el progreso de la reacción, yendo desde los reactivos, en la izquierda, hacia los productos, en la derecha. El estado de transición es el

3

http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n

punto más alto en la grafica y la energía de activación es la diferencia de energía entre los reactivos y el estado de transición. El calor de reacción (ΔHº) es la diferencia de energía entre los reactivos y los productos.

El diagrama de energía de reacción para una reacción exotérmica de un paso, los reactivos se sitúan hacia la izquierda y los productos hacia la derecha.

o Efecto de la temperatura en la velocidad de una reacción

Cada reacción tiene su propia constante de velocidad característica, Kr. su valor depende de las condiciones de la reacción, especialmente de la temperatura, esta dependencia de temperatura se expresa por la ecuación de Arrhenius:

K r=A e−E a

RT

Donde:

A = constante (factor de frecuencia) Ea = energía de activación R = constante universal de los gases, 1.987 cal x ºK-1 x mol -1

T = temperatura absoluta (ºK)

A temperatura mas alta (curva roja), la proporción de moléculas con la energía suficiente para producir colisiones eficaces es más alta.

Cuando la temperatura aumenta, hay una fracción mayor de colisiones de moleculares eficaz que tiene suficiente energía cinética para que produzca la reacción, y la velocidad aumenta. La velocidad de reacción aproximadamente se duplica cuando la temperatura se eleva 10ºC, desde 27ºC (próxima a la temperatura ambiente) a 37ºC.

4

Cuando la constante de velocidad relativa Krel aumenta rápidamente cuando se eleva la temperatura, podría parecer una forma de ahorrar tiempo, haciendo que las reacciones fueran más rápidas, seria elevar la temperatura. El problema que esto comportaría seria que todas las reacciones se acelerarían, incluyendo las reacciones colaterales no deseadas; Se ha de intentar encontrar una temperatura que permita que las reacciones deseadas vayan a una velocidad razonable sin que se produzcan velocidades elevadas de reacciones colaterales no deseadas.

3. DATOS

o Datos Experimentales

Temperatura del ambiente: 22.0 ºC Presión de trabajo: 754,0 mmHg

Tiempo (s) VNaOH (mL)0 23.5 / 22.6

939 25.01793 25.53011 26.54286 29

Tabla 1. Volumen gastado de NaOH en cada tiempo a T0=47 ºC y Tf=48ºC


920 22.71830 23.83000 25.64215 27.2



906 24.51806 28.83011 29.24201 29.7



943 24.51830 26.43005 28.54197 29.8


Masa de ftalato ácido de socio (KPH)(g) Volumen de NaOH (mL)0.4 9.40.4 9.3

Tabla 5. Volumen de NaOH que neutraliza a la solución de KPH5

o Datos Bibliográficos

Peso molecular del ftalato ácido de potasio (KHP): 204.23 g / mol Peso molecular del acetato de etilo: 88.11 g/mol Densidad del acetato de etilo: 0.894 g/cm3

R: 8.314 J/mol.K

4. TRATAMIENTO DE DATOS

o Representar de forma gráfica la “concentración final del acetato de etilo” respecto al tiempo transcurrido de reacción por cada condición de temperatura.

Hallando la concentración inicial del acetato de etilo.

[C H 3 COO C2 H 5 ]0=ρact . etilo x V act . etilo

M act . etilo x V solucion

=0.894

gmL

x 5mL x1000 mL

L

88.11g

molx (150+5 )mL

=0.327 M

Hallando concentración del NaOH para todas las experiencias. (Tabla 5)

V NaOH x [ NaOH ]=molesKHP

[ NaOH ]=mKHP

M KHP x V NaOH

= 0.4 g

204.23g

molx 9.4 x10−3 L

=0.21 N

Hallando concentración del HCl para todas las experiencias, usaremos el promedio de todos volúmenes gastados en el tiempo cero (VNaOH = 22.9 mL)

V NaOH x [ NaOH ]=V HCl x [ HCl ]

[ HCl ]=22.9 mL x0.21 M5 mL

=0.96 M

Con ayuda de las siguientes ecuaciones hallaremos la concentración final del acetato de etilo y lo colocaremos en tablas.

[ Acidez ] x V=[ NaOH ] x V NaOH (Volumen de NaOH por cada tiempo y V=5mL)

[C H 3 COOH ]=[ Acidez ]−[ HCl ]

[C H 3 COO C2 H 5 ]f =[C H 3COO C2 H 5 ]0−[C H 3COOH ]

Tiempo (s) VNaOH (mL) [Acidez] [CH3COOH] [C H 3 COO C2 H 5 ]f939 25.0 1.050 0.110 0.2171793 25.5 1.071 0.131 0.1963011 26.5 1.113 0.173 0.1544286 29 1.218 0.278 0.049Tabla 6. [C H 3 COO C2 H 5 ]f en cada tiempo a T0=47 ºC y Tf=48ºC

6

Gráfico 1. [C H 3 COO C2 H 5 ]f Vs. Tiempo (s) a T0=47 ºC y Tf=48ºC

Tiempo (s) VNaOH (mL) [Acidez] [CH3COOH] [C H 3 COO C2 H 5 ]f920 22.7 0.953 0.013 0.3141830 23.8 0.999 0.059 0.2683000 25.6 1.075 0.135 0.1924215 27.2 1.142 0.202 0.125Tabla 7. [C H 3 COO C2 H 5 ]f en cada tiempo a T0=40 ºC y Tf=35ºC

Gráfico 2. [C H 3 COO C2 H 5 ]f Vs. Tiempo (s) T0=40 ºC y Tf=35ºC

Tiempo (s) VNaOH (mL) [Acidez] [CH3COOH] [C H 3 COO C2 H 5 ]f906 24.5 1.029 0.089 0.2381806 28.8 1.209 0.269 0.0583011 29.2 1.226 0.286 0.0414201 29.7 1.247 0.307 0.021

7

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

f(x) = − 5.82506531404214E-05 x + 0.369866939636075

GRAFICO 2. C(acetato de etilo) Vs t (s)

t(s)

[Con

cent

ració

n]

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

f(x) = − 4.94055623940203E-05 x + 0.277872096312407


t(s)

C (M

)

Tabla 8. [C H 3 COO C2 H 5 ]f en cada tiempo a T0=49 ºC y Tf=50ºC


Tiempo (s) VNaOH (mL) [Acidez] [CH3COOH] [C H 3 COO C2 H 5 ]f943 24.5 1.029 0.089 0.2381830 26.4 1.108 0.168 0.1593005 28.5 1.197 0.257 0.0704197 29.8 1.252 0.312 0.015Tabla 9. [C H 3 COO C2 H 5 ]f en cada tiempo a T0=40 ºC y Tf=43ºC


o Representar en forma gráfica el “Ln (Concentración final del acetato de etilo)” respecto al tiempo transcurrido de reacción para cada condición de temperatura.

Usando la Tabla 6, Tabla 7, Tabla 8 y Tabla 9 realizamos el grafico Ln (Concentración final del acetato de etilo) respecto al tiempo transcurrido de reacción.

8

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

f(x) = − 6.87900162900004E-05 x + 0.292045103123188


t(s)

[Con

cent

ració

n]

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

f(x) = − 5.76709766741424E-05 x + 0.232581693128547


t(s)

[Con

cent

raci

ón]

Tiempo (s) [C H 3 COO C2 H 5 ]f ln ([C H 3 COOC2 H 5 ]¿¿ f )¿939 0.217 -1.5281793 0.196 -1.6303011 0.154 -1.8714286 0.049 -3.016

Tabla 10. Ln ([C H 3 COO C2 H 5 ]f ) en cada tiempo a T0=47 ºC y Tf=48ºC

Gráfico 5. ln ([C H 3 COOC2 H 5 ]f ) Vs. Tiempo (s) T0=47 ºC y Tf=48ºC


Tabla 11. ln ([C H 3 COOC2 H 5 ]¿¿ f )¿ en cada tiempo a T0=40 ºC y Tf=35ºC


9

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = − 0.000282379111729027 x − 0.847523037905062

GRAFICO 6. Ln[conc.] Vs. Tiempo(s)

t(s)

Ln[C

once

ntra

ción]

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = − 0.000430028767737362 x − 0.9330603720905


t(s)

Ln[C

once

ntra

ción]


Tabla 12. ln ([C H 3 COOC2 H 5 ]f ) en cada tiempo a T0=49 ºC y Tf=50ºC



Tabla 13. ln ([C H 3 COOC2 H 5 ]¿¿ f )¿ en cada tiempo a T0=40 ºC y Tf=43ºC

10

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = − 0.000843416673092312 x − 0.429979671476046


t(s)

Ln[C

once

ntra

ción]

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = − 0.000672868003659593 x − 1.16536448292055


t(s)

Ln[C

once

ntra

ción]


o Para cada temperatura y según la siguiente ecuación determine k, constante especifica de la reacción de hidrólisis, use el método de mínimos cuadrados.

Para esto tomaremos la temperatura promedio entre el estado final y el inicial, además utilizaremos las ecuaciones halladas en el Gráfico 5, Gráfico 6, Gráfico 7 y Gráfico 8.

Temperatura (ºC) Ecuación del gráfico k (s-1)47.5 y = -0.0004x - 0.9331 0.000437.5 y = -0.0003x - 0.8475 0.000349.5 y = -0.0007x - 1.1654 0.000741.5 y = -0.0008x - 0.43 0.0008

Tabla 14. Constante especifica de la reacción de hidrólisis a cada temperatura

o Representar en forma gráfica la constante especifica, k, respecto a la inversa de la temperatura (ºK-1) y por el método de mínimos cuadrados determine los parámetros que definen la ecuación Arrhenius.

Las temperaturas las llevamos a la escala Kelvin sumándole 273.15 y la invertimos y la colocamos en la siguiente tabla junto al “Ln(k)”.

Temperatura (ºK)

1 / Temperatura (ºK-1) k (s-1) Ln(k)

320.65 3.118 x 10-3 0.0004 -7.824310.65 3.219 x 10-3 0.0003 -8.112322.65 3.099 x 10-3 0.0007 -7.264314.65 3.178 x 10-3 0.0008 -7.13

Tabla 15. Inversa de la temperatura vs. Ln(k)

Gráfico 9. Ln(k) Vs. 1/T (°K-1)

Comparando las siguientes ecuaciones:

11

3.08 3.1 3.12 3.14 3.16 3.18 3.2 3.22 3.24

-8.2

-8

-7.8

-7.6

-7.4

-7.2

-7

-6.8

f(x) = − 5.66813556606042 x + 10.0948424004487

GRAFICO 9. Ln(k) Vs. 1/T

(1/T ) x 10^3 (1/°K)

Ln(k

)

ln (k )=ln ( A )−EA

RT

y=−5.6681 x+10.095EA/R=5668.1

EA=47.124 KJ /mol

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

o Para hallar la energía de activación de la hidrólisis ácida del acetato de etilo en el Gráfico 9 no se utilizó el punto de la temperatura a 41.5°C ya que esta difiere demasiado con los demás datos y desvía mucho la recta generada.

o Para hallar el volumen gastado de NaOH en el tiempo cero, para todas las experiencias, se toma el promedio de todos esos volúmenes.

o Se anota el tiempo en el instante de haber vaciado por completo el contenido de acetato de etilo y ácido clorhídrico al erlenmeyer que contenía agua helada, por ser el momento en que se inicia la hidrólisis de toda la solución. Esto se realiza en cada experiencia.

o En las experiencias en las cuales la temperatura ha variado en más de un grado (aumentado o disminuido), los resultados de la constante especifica de la hidrólisis ácida del acetato de etilo no convencen lo suficiente ya que la temperatura se debió mantener constate lo cual ocasiona la desviación ya mencionada.

o El aumento de la temperatura en las tres primeras experiencias de debió por que la hidrólisis es una reacción exotérmica y el aumento o disminución de la temperatura se debió quizás al no dejar estabilizar la temperatura del HCl en el matraz por cual se tomo em promedio entre la temperatura final e inicial del sistema.

6. CONCLUSIONES

o En la hidrólisis ácida del acetato de etilo aumenta su velocidad de reacción en presencia de ácido clorhídrico diluido, que es un ácido fuerte, que se disocia completamente proporcionando los iones hidrógeno necesarios, que sirven como catalizador, aumentando la velocidad de reacción.

o Para la titulación de la muestra de la solución del matraz que contiene HCl y acetato de etilo se le agrega el agua helada para que actúe como inhibidor de la reacción de hidrólisis (retrasa la reacción) para titularla en un estado pseudo-estático.

o El aumento del volumen gastado de NaOH y la disminución de la concentración del acetato de etilo al transcurrir el tiempo es debida a la generación del ácido acético que se encuentra en el matraz por lo cual se necesita más volumen de la base para neutralizar el CH3COOH.

o En las reacciones de primer orden, la velocidad depende solamente de la primera potencia de la concentración de una simple sustancia reaccionante, porque “k” es una constante que toma en cuenta la naturaleza de las sustancias reaccionantes, la temperatura y los catalizadores presentes.

o La reacción se llevará a cabo con mayor rapidez a mayor temperatura, debido a que los reactantes alcanzarán con mayor facilidad el estado de transición o paso determinante de la velocidad de reacción, dado que los choques intermoleculares se intensifican al aumentar la temperatura, alcanzando con mayor velocidad el punto de activación necesario para pasar a producto.

7. RECOMENDACIONES

12

o Desde el momento en que se enciende el cronometro (cuando se vierte el acetato de etilo en el matraz que contiene HCl) no se debe detener su avance para colocar los datos del tiempo al sacar las muestra para titular.

o Se debe dejar estabilizar adecuadamente la temperatura del sistema que está en el matraz para no tener desviaciones como las obtenidas en estas experiencias.

o Estar preparados para sacar la muestra del matraz que está en el termostato para que los tiempos indicados no difieran muchos con los tiempos en que cual se vierte la muestra en el agua helada.

8. BIBLIOGRAFIA

o CASTELLAN, W. "Fisicoquímica". 1978. México D.F. Fondo Interamericano S.A. 2° Edición; Pág: 335 – 342.

o SYKES, P. “Investigación de mecanismo de reacción en química orgánica”. Editorial Reverte S.A. Pág: 3 - 33

o http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/639.htm

o http://www.scribd.com/document_downloads/direct/14352966?extension=doc&ft=1276900517

13

http://www.doschivos.com/trabajos/quimica/639.htm

hidrolisis acida del acetato de etilo

Documents