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INSTITUTO POLITÉCNICO

NACIONAL.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍAQUÍMICA E INDUCTRIAS EXTRACTIVAS.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

INDUSTRIAL.

TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIOQUÍMICO.

Practica N° 7.

“Determiaci! "e #a c$%tate "ee&'i#i(ri$ e 'a reacci! )$m$*+ea e

,a%e *a%e$%a-

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Practica N° 7.

Determinación de la constante de equilibrio en una reacción homogénea en

fase gaseosa

Estudio de la dimerización del ácido acético concentrado, pasando de fase líquida

a fase gas, tomando la presión de un sistema cerrado al variar la temperatura

Objetivos

• Estudiar la reacción homogénea en fase gaseosa de la disociación del

dímero del ácido acético.

• eterminar la entalpía a partir de datos termodinámicos.• eterminar la constante de equilibrio termodinámico de una reacción

homogénea en fase gaseosa.

Marco teórico

El ácido acético glacial es una molécula de estructura asimétrica, la cual alcanza

un momento dipolar de vero cuando forma dímero simétricos, vía un enlace dehidrógeno, con el cual el momento dipolar se cancela. !a estructura del dímeroresulta ser un anillo en el que e"isten dos enlaces de hidrógeno, por lo cual e calor de reacción será la energía necesaria para el rompimiento de estos enlaces dehidrógeno.

El equilibrio se representa por#

$%&'%OO&() $g( %&'%OO& $g(

!a dimerización del ácido acético ha sido e"tensamente estudiada por un gran

n*mero de investigadores usando una gran variedad de técnicas e"perimentales.!as mediciones fueron establecidas en fase gas, en líquidos puros + en variossolventes orgánicos. !as mediciones de la presión de vapor en el rango detemperatura de ) a -/ % muestra que ambos dímeros + tetrámeros e"isten enfase vapor. !a constante de equilibrio están definidas por la ecuación

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HOAc↔( HOAc )i

i

0ecientes estudios llevados a cabo a bajas presiones $-1' mm(, predicen que laconcentración del tetrámero es mu+ peque2a. ada 3& de dimerización de 1-4.56cal7mol de dímero + 38 de 1'9.5 eu. El valor de 3& es consistente con losresultados iniciales.

!a constante de dimerización del ácido acético en la fase vapor ha sido calculadatambién para presiones de vapor para sistemas de dos componentes, el ácidoacético1benceno + el ácido acético1tolueno. !a dependencia de la constante dedimerización en un intervalo de temperatura es#

K p=5918.9

T −18.4385

En la fase vapor, el ácido sufre heterodimerización con trifluoro1acidacético. !aconstante de equilibrio para formación del heterodímero es -4. m a ):/%.

0ecientemente la reacción ha sido estudiada por el uso de técnicas de mediciónde densidad + presiones de vapor. !os resultados claramente indican que elheterodímero es considerablemente más estable que cualquier otro homodímero.

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Desarrollo Experimental.

Colocar en una jerina !" #l $e%ci$o ac&'ico lacial( ) *e+arla.In+er'ar la jerina en el 'a*,n$el +i+'e#a ) conec'ar el#an,#e'ro $i-erenciala+eur%n$o+e $e ue el +i+'e#a

Calen'ar a /a0o #ar1a el aire$en'ro $el #a'ra2. To#ar

#e$icione+ $e 3h a ':, 4:, : +

:/%

Drenar el /a0o $e aua( a$icionar

aua -r1a ) 3ol3er a #e'er el+i+'e#a en el /a0o. E+*erar a ue+e e+'a/ilice la 'e#*era'ura $el

In)ec'ar el %ci$o ac&'ico lacial $ela jerina ) calen'ar en /a0o

#ar1a. To#ar lec'ura+ $e 3h a ':,

4:,: + :/%

Drenar el aua $el /a0o )a$icionar aua -r1a. An'e+ $e$e+'a*ar el #a'ra2 $el7i'a+a'o( e+'o *ara #ini#i2arlo+ 3a*ore+ $el %ci$o

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Datos Experimentales.

emperatura

!°"#

$h del aire

!m#

$h del %cido

!m#

': "."89 "."":4: "."5; "."89: ".":< ".";5: "."=< ".!>

"%lculos.

&# %álculo de la presión de cada compuesto P=( Δh∙ ρmercurio ∙ g)+ Patm

;ara el aire

P1=

(0.032m∙13579.04

Kg

m

3 ∙9.81

m

s

2

)+77993.5855 Pa=82256.3177 Pa

P2=(0.058m∙13579.04

Kg

m3 ∙ 9.81

m

s2 )+77993.5855 Pa=85719.7877 Pa

P3=(0.076m∙13579.04

Kg

m3 ∙9.81

m

s2 )+77993.5855 Pa=88117.5746 Pa

P4=(0.096m ∙13579.04

Kg

m3 ∙9.81

m

s2

)+77993.5855 Pa=90781.7822 Pa

Para el %ci$o

P1=(0.007m∙13579.04

Kg

m3 ∙9.81

m

s2 )+77993.5855 Pa=78926.0582 Pa

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P2=(0.032m∙13579.04

Kg

m3 ∙9.81

m

s2 )+77993.5855 Pa=82256.3177 Pa

P3=

(0.085m∙13579.04

Kg

m3 ∙ 9.81

m

s2

)+77993.5855 Pa=89316.468 Pa

P4=(0.14m∙13579.04

Kg

m3 ∙ 9.81

m

s2 )+77993.5855 Pa=96643.039 Pa

;ara el cálculo de ;

P= Pácido− Paire

P1=78926.0582−82256.3177=−3330.25956 Pa

P2=82256.3177−85719.7877=−3463.46994 Pa

P3=89316.468−88117.5746=1198.89344 Pa

P4=96643.039−90781.7822=5861.25683 Pa

;ara el cálculo de ;i

Pi=WaRT

V

onde

<a= peso de ácido acético glacial

0= constante de los gases = 5.'-449) Pa ∙m

2

mol∙K

>= >emperatura 6

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?= volumen del sistema = :.::::- m3

8ustitu+endo + variando las temperaturas tenemos#

Pi1=

0.0105 Kg(8.314472 Pa ∙m

2

mol∙K )(303 K )

0.00001m3

=261905.868 Pa

Pi2=0.0105 Kg(8.314472

Pa∙m2

mol∙K )(313 K )

0.00001m3

=349207.824 Pa

Pi3=

0.0105 Kg(8.314472 Pa ∙m2

mol∙K )(333 K )

0.00001m3

=436509.78 Pa

Pi4=0.0105 Kg(8.314472

Pa∙m2

mol∙K )(333 K )

0.00001m3

=523811.736 Pa

@l transformar ; + ;i de ;ascales a mm&g obtenemos los siguientes datos

P mm)*/ Pi mm0*/

1)4.A9A49 -A4.)A4:-1).A9:)4 )-A.:555.AA-9::5- ')9'.5)''4'.AA4)) 'A)5.55:)

;ara calcular la constante de equilibrio utilizamos la ecuación que >a+lor

demostró#

Ka=4 (2 Pi− P)

Ka=4 (2∗1964.29401− (−24.9769467 ) )=15814.2599

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Ka=4 (2∗2619.05868−(−25.9760246 ) )=21056.3735

Ka=4 (2∗3273.82335−8.99170081 )=26154.62

Ka=4 (2∗3928.58802−43.9594262 )=31252.8665

espués calculamos el logaritmo de 6a + tenemos#

'n!(a#

A.5

9'4A.A4A

59-:.-9-9

5---:.'4A5

4

Braficamos !n $6a( ?s -7>

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=.< =.: =.; =.= !" !".! !".9 !".8 !".>"

"

"

"

"

"

"

"

"

"

"

-4?6 @ "? B "."!R @ ".==

L1a/ 2% 34T

Linear 46

L1a/

34T 1/

;ara calcular 3& primero calculamos 3B con#

ΔG°

RT =−ln ( Ka )∴ ΔG°=−ln ( Ka )∗ R∗T

%on 0 = -.A59

cal

mol K

C obtenemos

ΔG°

!cal)mol#

*+,-/.&+/0*+017.1/12

*+7-&7.170

*+/2./7-/

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C de

d ( ΔG °

RT )dt

=− ΔH

RT 2

erivando + haciendo el tratamiento matemático correspondiente obtenemos

ΔH = ΔG°

para calcular la 3& de disociación utilizamos#

ΔH disociaci != ΔH

2

@sí obtendríamos

$3

dedisociación

!cal)mol#

1-)-9A.:441-)A'.4:')

1-'5.'9A'

1-4')9.A'5A

%onclusiones del Equipo.

8e puede concluir la constante de equilibrio químico se puede determinar a partir

de técnicas analíticas espectrofotométricas las cuales nos permiten determinar las

concentraciones de los componentes. @demás nos permitió entender que la

cantidad de luz absorbida por un cuerpo o en este caso sustancia, depende de la

concentración.

@nalizando los cálculos + la gráfica realizada se observa como la D de equilibrio

está en función de las concentraciones de sus reactivos + productos, el

comportamiento de esta reacción se considera ideal +a que se utilizaron

concentraciones relativamente bajas de los reactivos lo cual propicio a que la D

fuera una función lineal.

;or medio de las observaciones realizadas durante la e"perimentación + los

resultados obtenidos podemos concluir que se determinó la constante de equilibrio

la cual difiere de la contante obtenida bibliográficamente esto es debido a que

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durante la e"perimentación se pudo haber tomado lecturas de forma errónea o

también medido vol*menes ine"actos u otros errores de e"perimentación como

pudo ser la preparación de las soluciones a una determinada concentración.

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