Determinación del orden de reacción de la nitrosación de la dimetilurea

DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN DE LA NITROSACIÓN DE LA DIMETILUREA

INTRODUCCIÓN
La cinética de una reacción química es un modelo matemático obtenido de datos experimentales que describe la dependencia de las concentraciones de los reactivos y productos a través del tiempo.
La cinética de una reacción es única ya que depende de la naturaleza de las especies que constituyen el sistema, delos eventos que ocurren a nivel molecular y de las condiciones de reacción (presión, temperatura y composiciones).
Dado lo anterior podemos decir que la cinética de una reacción es el “material genético” de la reacción y por lo tanto será indispensable para el diseño del reactor, en donde se llevará a cabo dicha reacción. Por otra parte la velocidad de reacción tendrá la información necesariapara justificar un mecanismo de reacción propuesto. Un mecanismo de reacción es una serie de etapas elementales correspondientes a los eventos moleculares que se llevan a cabo durante la reacción. La suma de estas etapas elementales deben ser consistentes con la estequiometría observada y con la velocidad de reacción.
El orden de reacción está definido como la suma de los exponentes de lasconcentraciones en la ley velocidad de la reacción. Este es también llamado orden total de reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente.

OBJETIVO
* Determinación del orden de reacción de la nitrosación de dimetilurea y sus parámetros.

MARCO TEÓRICO
Métodos para determinar el orden de una reacción
El estudio de la cinéticade las reacciones consiste en la determinación de los parámetros cinéticos a través de los datos experimentales. Estos parámetros son la constante y ordenes de reacción. Básicamente existen dos métodos para obtener dichos parámetros, son el método integral y diferencial.

Reacciones de primer orden

Para una estequiometria del tipo


El modelo matemático para la velocidad dereacción es de la forma:

Con ésta ecuación podemos encontrar la concentración de cualquier especie i a través del tiempo como:

Según ésta última expresión una gráfica con los datos experimentales de versus tiempo, deberá ser una línea recta con pendiente igual a y ordenada al origen.
Hay una gran cantidad de reacciones que tienen una cinética de primer orden, tales como las reacciones depirolisis, el cracking del butano, la descomposición del pentóxido de nitrógeno (N2O5) y la desintegración radioactiva de varios núcleos.

Reacciones de segundo orden
En este caso tenemos dos posibilidades

Caso I:
Caso II:
Para la clase I tenemos:

La concentración de cualquiera de las especies en función del tiempo es:

Para probar los datos experimentales tendremos quegraficar versus tiempo, si se obtiene una línea recta la pendiente será k y la intercepción en el eje y será .

Para la clase II tenemos:

Esta última ecuación sería la indicada si deseamos probar los datos experimentales, debemos graficar vs tiempo si obtenemos un ajuste lineal, la cinética es de segundo orden Este orden es muy común en reacciones como: reacciones de radicales libres conmoléculas y la hidrólisis de sustancias orgánicas.

Reacciones de tercer orden a volumen constante.

En este tipo de reacciones tenemos tres posibilidades.
Clase I:
Clase II:
Clase III:

Para la clase II:

En este caso la gráfica tendrá que ser entre vs tiempo para probar el orden, la pendiente será
Para la Clase II

Para la clase III
Este tipo de reaccionesprácticamente no ocurren, su interés radica en el aspecto académico.

Reacciones de orden cero a volumen constante.
En este caso tenemos que el orden es cero, por lo tanto:

Si graficamos los datos experimentales CA vs tiempo deberemos obtener una línea recta si el orden es cero.

Método Integral para la determinación de la expresión de velocidad de reacción.

Como fue mencionado anteriormente,...