Cinetica de reacciones

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Universidad de Chile Facultad de Cs. Físicas y Matemáticas Laboratorio de Fluidodinámica y Procesos

INFORME DE LABORATORIO Nº 1
Cinética de Reacciones CI41B – Ingeniería Ambiental

Nota Informe Final:

Nombres:

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3

Ayudante encargado:
Observaciones:

Ayudante

Fecha realización: Fecha de entrega:

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1. Introducción a la cinética de reacciones
No todas la reacciones químicas alcanzan el equilibrio en forma rápida. Reacciones químicas que dependen del tiempo se denominan reacciones cinéticas. Existen muchos casos en ingeniería ambiental en los cuales la reacción de un contaminante u otra sustancia depende del tiempotranscurrido. Algunos ejemplos son: Remoción de materia orgánica en agua Crecimiento de masas biológicas Decaimiento radioactivo Desinfección química Reacciones químicas de residuos industriales La tasa de reacción, k, es un término usado para describir la formación o desaparición de una sustancia (o especie química). Reacciones como una oxidación biológica o desinfección, las cuales ocurren en una faseúnica (gas, líquido o sólido) se denominan homogéneas. Aquellas como los intercambios iónicos y adsorción, las cuales ocurren con intercambios de fases se denominan heterogéneas. Las reacciones resultan de la pérdida de un reactante y la ganancia o formación de un producto. En forma esquemática esto se puede ver de la siguiente manera: reactante producto

La tasa a la cual ocurre esta reaccióntiene unidades de concentración por tiempo, es decir, [M/L3-T]. Ejemplos de estas unidades son [mg/l3s] o [mol/cc-s]

2. Reacciones de segundo orden
Consideremos dos moléculas del tipo A y B, podemos observar que a través del tiempo la siguiente reacción se lleva a cabo: A+B P1 + P2

Donde P1 y P2 son los productos de la reacción entre A y B. Consideremos el siguiente escenario. Supongamosuna molécula de A rodeada de muchas moléculas de B. La probabilidad de que la molécula A reaccione con alguna molécula B sería proporcional a la cantidad de moléculas de B presentes en la solución. Si consideramos ahora un conjunto de moléculas del compuesto A, la probabilidad de reacciones es proporcional al total de moléculas de A y B, es decir, la

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tasa de reacción es proporcional a la multiplicación de las concentraciones del compuesto A y B. Este escenario da origen a la cinética bimolecular o cinética de segundo orden:
d[A] dt d[B] dt

-r

A

=-

= k[A][B] =

=r B

Para analizar estas ecuaciones supongamos que x representa la cantidad (en moles de los reactantes A y B que han reaccionado. Deesta manera, si [A]o y [B]o representan las cantidades iníciales de los reactantes A y B se tiene que: [A] = [A]o – X y [B] = [B]o – X

Donde [A] y [B] son las concentraciones A Y B en el tiempo. Se tiene además que:
d[A] d([A] o − X ) dx = =dt dt dt

Juntando todas las ecuaciones anteriores se obtiene la siguiente ecuación:
dx dt = k([A] − X ) ⋅ ([B] − X ) o o

La cual, integrando, en t = 0y x = 0;  [B] o ⋅ ([A] o − X )  1  = k ⋅t ⋅ ln   [A] ⋅ ([B] − X )  [A] − [B] o o  o o  En la figura 1 se muestra un gráfico que ilustra el cambio de la concentración del compuesto A a través del tiempo:

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Figura 1

La reacción estudiada en ésta práctica es la del acetato de etilo con hidróxido de sodio, la cualtendrá como productos acetato de sodio y alcohol etílico CH3COOC2H5 + Na+OH- → CH3COONa + C2H5OH

3. Objetivos de la experiencia
El objetivo general de este experimento es describir parte de la reacción del acetato de etilo con NaOH encontrando la tasa de reacción de la reacción mencionada en el punto anterior para una determinada temperatura. Además se espera introducir al alumno dentro de...
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