cinetica

ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
DPTO. QUÍMICA INDUSTRIAL Y POLÍMEROS

ASIGNATURA: INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA

PRÁCTICA 1: ESTUDIO CINÉTICO EN UN REACTOR DISCONTINUO
TANQUE AGITADO

Fernando Gutiérrez Martín
Evangelina Atanes Sánchez
Alberto Cambra Pereira

1

PRÁCTICA 1. ESTUDIO CINÉTICO EN UN REACTOR DISCONTINUOTANQUE AGITADO

1. OBJETIVO
Se emplea como reacción de estudio la hidrólisis alcalina de un éster, en concreto la
saponificación del acetato de etilo con NaOH diluido en fase acuosa, obteniéndose como
productos acetato sódico y alcohol etílico.
El objetivo de la práctica es verificar el orden de la reacción y determinar la constante
cinética de la misma en función de la temperatura.

2.FUNDAMENTO TEÓRICO
El mecanismo de la saponificación del acetato de etilo con NaOH diluido en fase acuosa
puede representarse por el siguiente esquema de reacciones:

=

O

CH3-CH2-C-OCH3

- +
ONa

- +
OHNa

CH3-CH2-C-OH
OCH3

CH3-CH2-C-O-H

CH3O

+
Na

-

O

=

=

O

CH3-CH2-C-ONa

+ CH3OH

El ión hidróxido ataca al carbonilo del éster formando un intermediotetraédrico. Cuando se
regenera el grupo carbonilo se produce la eliminación del ión alcóxido y se forma un ácido
carboxílico. Una rápida transferencia de protón forma el carboxilato y el alcohol. Este último
paso desplaza los dos equilibrios anteriores del proceso de saponificación hacia su
terminación, haciendo que el proceso sea irreversible.
La reacción global resulta por tanto un procesonetamente monodireccional, con una
primera etapa lenta de equilibrio, y una cinética de primer orden respecto a cada uno de los
reactivos o de segundo orden global.
Puede simplificarse la nomenclatura de la siguiente forma:
AcEt + NaOH → AcNa + EtOH
o, para su estudio cinético,
A + B → Productos
Podemos expresar la velocidad de reacción como

V=

− dC
= k ⋅ CA ⋅ CB
dt

(1)

siendok = A ⋅ e − E A / (RT )

(2)

V: velocidad de reacción

2

k: constante cinética
CA0, CB0: concentraciones iniciales de los reactivos A (acetato de etilo) y B (sosa)
CA, CB: concentraciones de los reactivos A y B en cada tiempo
k0: factor preexponencial
EA: Energía de activación
La ecuación cinética (1) puede escribirse, para concentraciones estequiométricas de los
reactivos (CA0= CB0) como

− dC
= k ⋅ CA ⋅ CB = k ⋅ C2
B
dt

V=

(3)

Integrando esta ecuación se obtiene la siguiente ecuación integrada de velocidad para
cinética de 2º orden:

1
1
=
+k⋅t
C B C B0

(4)

que puede expresarse como

(C B0 − C B )
CB

= C B0 ⋅ k ⋅ t

(5)

La cinética de la reacción puede seguirse por conductimetría debido a las diferentes especies
iónicas en lamezcla reaccionante; la conductividad del sistema se debe principalmente a los iones
OH-, cuya conductividad es muy superior a la de los iones acetato formados como producto. Por
tanto, la conductividad Ω de la mezcla es una medida fiable de la concentración, e irá
disminuyendo con el tiempo debido a la desaparición del ión conductor OH- (es decir, al consumo
del reactivo B).
La conductividad Ωde una sustancia es proporcional a su concentración C, pudiendo escribir
la siguiente ecuación:

Ω = a ⋅C + b
De forma que pueden obtenerse las siguientes relaciones conductividad del medio de
reacción-concentraciones en los distintos tiempos de reacción:
t=0

CB = CB0

Ω 0 = a ⋅ C B0 + b

C B0 =

Ω0 − Ω∞
a

(6)

t=t

CB = CB

Ω = a ⋅ CB + b

CB =

Ω − Ω∞
a

(7)

……

….

….

t=∞

CB = 0

Ω∞ = b

CB = 0

La ecuación integrada de velocidad (5) puede expresarse en función de la conductividad
del medio teniendo en cuenta las expresiones (6) y (7):

⎛ Ω0 − Ω∞ ⎞ ⎛ Ω − Ω∞ ⎞
⎜
⎟−⎜
⎟
(C B0 − C B ) ⎝ a ⎠ ⎝ a ⎠ (Ω 0 − Ω )
=
= C ⋅k⋅t
=
(Ω − Ω ∞ ) B0
CB
⎛ Ω − Ω∞ ⎞
⎟
⎜
⎠
⎝ a

(8)

Despejando la conductividad Ω de la ecuación (8)...