Esterificación

Esterificación del ácido oleico y determinación del orden de reacción.

Se presenta la determinación del orden de la reacción de esterificación del ácido oleico, tanto irreversible como reversible en un tiempo determinado, por medio de la medición de cantidad de ácido que aún quedó sin reaccionar, por medio de la titulación con una disolución de hidróxido de sodio 0.25 M, así como mediante elempleo de un cromatógrafo.

Es necesario hacer alusión a algunos conceptos que se relacionan con la cinética química de las reacciones realizadas. La cinética química es el estudio de la rapidez de las reacciones químicas y del mecanismo por medio de los cuales una especie química se transforma en otra.
La rapidez de reacción es la variación de la concentración (o presión parcial) dereactivos (o productos) de una reacción química con respecto al tiempo.
Así, para una reacción irreversible se tiene:

aA+bB→cC+dD

r=-1ad[A]dt=-1bd[B]dt=1cd[C]dt=1dd[D]dt

El orden de reacción es el exponente al que están elevadas las concentraciones, es necesario hacer la observación de que este número es determinado experimentalmente, no tiene porque ser un número entero. El orden de reaccióngobierna la forma matemática de la ley de rapidez y, por tanto, la variación de la concentración de todas las especies con el tiempo.
Así:
r=-1ad[A]dt=KnCAn
En la reacción de esterificación se utilizó Amberlyst 15, como catalizador, un catalizador se define como una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción y que puede recuperarse al final sin sufrir alguna modificación. La funcióncentral de un catalizador es suministrar un mecanismo adicional por medio del cual los reactivos puedan transformarse en productos. Este mecanismo alterno tiene una energía de activación menor que la energía de activación del mecanismo en ausencia del catalizador de manera que la reacción catalizada es más rápida.

Para la esterificación de ácidos carboxílicos se tiene el siguiente mecanismo dereacción:
Protonación del grupo carboxílico:

Ataque del nucleófilo del metanol al carbono del grupo carboxílico:

Eliminación de agua

Esterificación del ácido oleico

Material

* 1 bureta de 50 mL
* 4 vasos de precipitados 100 mL
* 1 pipeta volumétrica de 1 mL
* 2 probetas de 25 mL
* 1 soporte universal
* 1 Parrilla de agitación
* 1 Agitador magnéticoReactivos

* 40 mL Ácido Oleico
* 12 mL Metanol
* 20 mL Etanol
* 3 g de Amberlyst 15
* NaOH 0.25 M

Procedimiento experimental

Reacción de esterificación

Titulación de las muestras.

Resultados experimentales

*Reacción Irreversible.

A continuación se muestran los datos experimentales obtenidos para la reacción de esterificación de ácido oleico, aproximando a unareacción irreversible.

Tabla 1. Datos experimentales

Datos titulación |
Número muestra | Volumen muestra (mL) | Volumen gastado (mL) | Tiempo reacción (min) |
1 | 1 | 10.9 | 16 |
2 | 1 | 10.7 | 22 |
3 | 1 | 10.5 | 27 |
4 | 1 | 9.9 | 38 |
5 | 1 | 9.5 | 58 |
6 | 1 | 8.9 | 79 |
Datos cromatógrafo |
Área oleato | Tiempo reacción (min) |
579.105 | 0 |
2016.706 | 10 |3415.323 | 20 |
5927.9575 | 30 |
8976.721 | 50 |
12583.145 | 65 |
13729.477 | 80 |
15003.408 | 95 |
18417.315 | 110 |

Determinación del orden.

Para poder determinar el orden de reacción, fue necesario conocer la concentración de oleato formado, o bien, al ser una reacción 1:1 la cantidad de ácido que permaneció sin reaccionar. Por tanto, se obtuvieron los siguientes datos paradiferentes expresiones de concentraciones:

Tabla 2. Determinación del orden (titulación)

Número muestra | Tiempo reacción (min) | [C] | 1/[C] | ln[C] |
1 | 16 | 2.725 | 0.367 | 1.002 |
2 | 22 | 2.675 | 0.374 | 0.984 |
3 | 27 | 2.625 | 0.381 | 0.965 |
4 | 38 | 2.475 | 0.404 | 0.906 |
5 | 58 | 2.375 | 0.421 | 0.865 |
6 | 79 | 2.225 | 0.449 | 0.800 |

Tabla 3. Determinación del orden...