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Hidrólisis del acetato de metilo
Trabajo práctico
Módulo de Cinética
Fisicoquímica - UNQ
Lic. Noelia I. Burgardt
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Cinética Química
� Estudio de la velocidad y el mecanismo de las
reacciones químicas.
� La velocidad de una reacción depende de la
temperatura, la presión y las concentraciones de las
sustancias participantes.
� La ecuación que expresa la velocidad de reacción se
conoce como ley de velocidad y debe determinarse
experimentalmente.
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Velocidad de Reacción
� La velocidad a la que se consume o produce cada
especie química es proporcional a su coeficiente
estequiométrico.
� En cinética química el término grado de avance de
reacción (dC/dt) se refiere a la variación de la
concentración (C) de uno de los reactivos o
productos con el tiempo (t).
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Velocidad de Reacción
aA + bB ↔ cC + dD
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Ley de Velocidad
γ
La velocidad de reacción puede expresarse como el producto de una función de la temperatura (llamada
constante de velocidad, k) por las concentraciones de reactivos y/o productos u otros componentes de la
mezcla, elevadas a diversas potencias.
aA + bB ↔ cC + dD
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Ley de Velocidad
� Las potencias a las que están elevadas las
concentraciones (α, β, etc) se denominan orden de
reacción respecto a cada especie química.
� La suma de estos coeficientes da el orden global de
la reacción.
� Los ordenes de reacción pueden tomar cualquier valor
(positivo, negativo o cero, ser entero o fraccionario).
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Ley de Velocidad Integrada
A ↔ B
Orden de Reacción 0
Orden de Reacción 1
Orden de Reacción 2
-
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Ley de Velocidad Integrada
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
Orden 0Orden 1Orden 2
Tiempo
[A]
A ↔ Bk = 0.03 y [A]0 = 0.3
Determinación experimental
del orden de reacción
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Energía de Activación
El calor de activación (Ea o ∆Ha) se interpreta como la cantidad de energía que las moléculas deben alcanzar
para poder reaccionar.
Ecuación de Arrhenius
k(T) = A e -Ea/RT
ln [k(T)] = ln [A] - Ea/RT
Al considerar la forma integrada, seestá asumiendo que Ea es constante.
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Energía de Activación
¿Qué significado tiene el valor de Ea?
Ea > 0→ La reacción se acelera al
aumentar la temperatura.
Ea < 0→ La reacción se desacelera
cuando aumenta la temperatura.
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Hidrólisis del acetato de metilo
CH3COOCH3 + H2O + H+ ↔ CH3COOH + CH3OH + H+
Acetato de Metilo Ácido AcéticoMetanol
� Esta reacción es lenta en agua pura.
� La reacción es catalizada por el ión hidrógeno.
� La reacción es reversible.
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Hidrólisis del acetato de metilo
− = −dc
dtk c c k c c
CH COOCH
H O CH COOCH CH COOH CH OH
3 3
2 3 3 31 3 2 8' . . . . ....................( )
− = −dc
dtk c k c c
CH COOCH
CH COOCH CH COOH CH OH
3 3
1 23 3 3 39. . . ....................( )
− =dc
dtk c
CH COOCH
CH COOCH
3 3
3 31 10. ....................( )
Ecuación de velocidad
El agua se considera constante y se define k1 = k´1 * cH2O
Si se mide la velocidad a tiempos cortos, la reacción inversa se puede despreciar
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Hidrólisis del acetato de metilo
Ecuación de pseudo-primer orden
− =dc
dtk c
CH COOCH
CH COOCH
3 3
3 31 10. ....................( )
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Objetivos del Trabajo Práctico
� Determinar la constante de velocidad de la
reacción de hidrólisis del acetato de metilo a
dos temperaturas diferentes.
� Obtener la energía de activación de la reacción.
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Desarrollo Experimental
CH3COOCH3 + H2O + H+ ↔ CH3COOH + CH3OH + H+
Acetato de Metilo Ácido AcéticoMetanol
Para determinar k necesitamos conocer como varía la
concentración de reactivos o productos con el tiempo.
¿Cómo podemos seguir experimentalmente el avance de
la reacción?
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Desarrollo Experimental
NaOH
Mezcla de Reacción:
� 100 ml de HCl 1N
� 5 ml acetato de metilo
Mezclade
reacción
Bañotermostático
¿Cómo frenamos la reacción?
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Desarrollo Experimental
� Cada alícuota se diluye en agua destilada fría
para frenar la reacción.
� La reacción es catalizada por ácido clorhídrico.
� La presencia de este catalizador afecta la
determinación del ácido acético producido.
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Resultados
Tabla de resultados crudos
Tiempo (min) NaOH T1 (ml) NaOH T2 (ml)
Llamamos Vta el volumen de
NaOH necesario para titular una alícuota al tiempo t.
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Resultados
� Vt α [ácido acético]t + [HCl]
� Definimos VT como el volumen de NaOH
necesario para titular el ácido liberado si la
hidrólisis se completa un 100% (+[HCl]).
� (VT - Vt) α [acetato de metilo]t
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Resultados
� VT debe ser calculado porque existe en el equilibrio
una cantidad apreciable de acetato de metilo (AcMe)
sin hidrolizar.
� Para calcular VT necesitamos determinar los moles de
acetato de metilo y los moles de HCl agregados.
VT = V1 (HCl) + V2 (AcMe)
� Definimos Vs como el volumen final de la mezcla de
reacción, es cual es 104.6 mL.
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Resultados
� Definimos Vx como el volumen de NaOH necesario
para titular 5 ml de HCl. Este valor se determina
experimentalmente, por triplicado.
� Agregamos 100 ml de HCl a la mezcla de reacción.
� El volumen de NaOH necesario para titular el HCl
presente en 5 ml de alícuota (V1) es:
V1 = Vx (100 / Vs)
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Resultados
� La densidad (ρ) del acetato de metilo cambia con la temperatura.
� El peso de 5 ml de solución de
acetato de metilo es 5ρ y los
moles de acetato son 5ρ/M
(M = 74.08)
� El número de moles de acetato de metilo presentes inicialmente en cualquier alícuota de 5 ml de la mezcla de reacción es (5ρ/M)(5/Vs).
10 15 20 25 30 35 40
0,9
0,91
0,91
0,92
0,92
0,93
0,93
0,94
0,94
0,95
f(x) = -0,00131x + 0,95990R² = 0,99924
Temperatura (°C)
Den
sida
d (g
/mL)
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Resultados
� Para titular el ácido acético producido por la hidrólisis de un mol AcMe se requieren 1000/N ml de solución de NaOH de normalidad N.
� Para titular el ácido acético producido por la hidrólisis completa del AcMe contenido originalmente en 5 ml de la mezcla de reacción se requerirán:
V2 = (1000 / N)(25 ρ / M Vs)
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Resultados
Finalmente el cálculo de VT se obtiene a partir de la siguiente fórmula:
OJO!!!
Observar que VT depende de la temperatura porque la densidad depende de la temperatura!
V VV N M V
T x
s s
= +100 1000 25
132
2
ρ...................( )
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
f(x) = -0,012x + 0,491R² = 0,995
Tiempo (minutos)
ln (
VT-V
t)
Resultados: Constante de velocidad
� Reacción de pseudo-primer orden.
� ln ([AcMe]) = - k t + ln ([AcMe]0)
� (VT - Vt) α [AcMe]
� k = - pendiente
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Resultados: Energía de Activaciónd k
dT
Ha
RT
k T
k T
Ha
R
T T
T T
ln....................( )
log.
. . .....................( )
1
2
1 2
1 1
2 1
2 1
11
2 30312
=
=−
∆
∆
ln k(T2)/ k(T1) = - (Ea/R)*[(T1-T2) / (T1T2)]
Ecuación de Arrheniusln [k(T)] = ln [A] - Ea/RT
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Conclusiones
� ¿Los valores obtenidos de las constantes de
velocidad a diferentes temperaturas fueron los
esperados? ¿Porqué?
� ¿El valor de energía de activación obtenido es
coherente?
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Relacionando conceptos
� ¿Cuál será la relación entre la constante de velocidad
y la constante de equilibrio?
� ¿Cómo podríamos medir la velocidad de reacción de
los sistemas utilizados en los trabajos prácticos
anteriores?
� ¿Cómo afectará la temperatura a cada una de esas
reacciones?