PRÁCTICA No 1. CINÉTICA QUÍMICA: SAPONIFICACIÓN DE ACETAMIDA EN UN REACTOR DISCONTINUO

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- Método integral: Concentraciones iniciales diferentes:

Se realiza el cálculo de la constante de reacción (k) por medio del método integral con concentraciones iniciales de reactivos diferentes. Siguiendo el procedimiento descrito en la sección 1.3.2, es posible calcular la concentración de NaOH en cada tiempo durante la reacción, una vez se conozca dicha concentración se calcula la conversión y con esta es posible calcular la concentración de acetamida en cada punto.

Debido a las concentraciones reales de los reactivos halladas, se obtienen valores negativos en la molaridad de la acetamida, lo que permite concluir que existe un error en la parte de estandarización de las soluciones, por lo tanto, se toma como concentración inicial la concentración hallada para el NaOH en el tiempo cero, es decir la concentración que corresponde a la alícuota tomada en el instante en que se inicia la reacción, la concentración inicial de los reactivos son entonces:

Tabla 2. Concentraciones inciales de los reactivos (NaOH y acetamida) en el momento en que inicia la reacción.

MNaOH (mol/l)

MAcetamida (mol/l)

1.629

0.827

En este caso, la acetamida es el reactivo limite, por lo tanto, se nombra la acetamida como A y el NaOH como B, se calcula la conversión teniendo en cuenta que:

(1)[pic 1]

(2)[pic 2]

Por medio de la titulación del NaOH en cada alícuota es conocido, por lo tanto, de (2) se tiene que la conversión está dada por: [pic 3]

(3)[pic 4]

Y es posible calcular la concentración de acetamida con (1).

Teniendo en cuenta lo anterior, se construye el grafico 1:

[pic 5]

Gráfico 1. contra tiempo por medio del análisis integral con concentraciones iniciales diferentes. [pic 6]

En donde la pendiente corresponde a y con las concentraciones iniciales conocidas se calcula el valor de k, dicho valor se compara con el valor reportado en la literatura (S.W. Weller, 1976) para una temperatura de 47.5°C, se toma a esta temperatura ya que al realizar el experimento la temperatura del sistema oscila entre 47 y 53 °C, por lo tanto, el valor de la constante de reacción se toma a este valor medio de temperatura:[pic 7]

Tabla 2. Porcentaje de error para la constante de reacción calculada por medio del análisis integral.

kexp (l/mol min)

kteórica (l/mol min)

%Error

0.009

0.011

9.35

Cabe resaltar que se asume el modelo de volumen constante ya que el volumen total de la reacción es de 300 ml y se extraen alícuotas de 1ml durante 70 minutos, por lo tanto, el volumen no tiene un cambio significativo y es correcto realizar esta suposición.

Tener un error en la estandarización de algunos de los reactivos genera inconsistencias a la hora de realizar el cálculo de la conversión del reactivo limite y de la molaridad de acetamida. Por esta razón se hizo necesario asumir una concentración diferente la cual no solo dio solución a la inconsistencia presentada, sino que arroja un valor de k cercano al valor teórico. Dicha suposición es válida ya que es coherente que la concentración inicial de NaOH sea cercana a la concentración hallada por medio de la titulación de la alícuota de mezcla recién empieza la reacción.

- Método diferencial:

Para realizar el análisis por medio del método diferencial, se asume que la reacción sigue una ley de potencias y que además las concentraciones iniciales de los reactivos son iguales, esto último no se cumple en la práctica, pero se asume ya que se debe linealizar y se simplifica esta operación. La ley de velocidad que se plantea es:

(4)[pic 8]

Y su respectiva linealización asumiendo que las concentraciones iniciales son iguales:

(5)[pic 9]

se conoce del procedimiento realizado anteriormente para el método integral, ahora es necesario calcular .[pic 10][pic 11]

Para sistemas cerrados , lo cual indica que una función al derivarla es igual a . Esta función se obtiene de correlacionar los datos de concentración de Acetamida con los datos de tiempo, y como el modelo debe ser suave se elige un modelo exponencial. Después de derivarla se grafica vs , y la pendiente será el orden global de la reacción y el intercepto será . [pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]

[pic 19]

Gráfico 2. línea de tendencia para los datos experimentales de concentración de Acetamida vs. Tiempo

[pic 20]

Gráfico 3. Gráfica velocidad de reacción Vs concentración de Acetamida linealizada.

De los gráficos se obtiene:

Tabla 3. Valor de la constante de reacción y orden de reacción para la saponificación de la acetamida calculado a partir del análisis diferencial.

Orden de reacción

0.948

kExp (l/mol min)

0.012

kTeorica (l/mol min)

0.011

%Error

12.903

Realizar la suposición de concentraciones iniciales iguales es necesario para realizar la linealización, pero esto no se cumple en la práctica, ya que la estandarización arroja valores diferentes en las concentraciones de reactivos, sin embargo, dicha suposición no arroja un valor erróneo de coeficiente de reacción, estando el mismo en el mismo rango que el teórico. Además, a partir de