Calculo del Tiempo Medio de Residencia en Reacciones Químicas: Ecuaciones y Tablas, Esquemas y mapas conceptuales de Matemáticas

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MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 1 /170 ÍNDICE 7 MANUAL DE PRÁCTICAS ........................................................................................... 4 7.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ................................................................................................. 4 7.1.1 Introducción ................................................................................................................................................. 4 7.1.2 Posibilidades prácticas ................................................................................................................................. 6 7.1.3 Especificaciones........................................................................................................................................... 7 7.1.4 Requerimientos .......................................................................................................................................... 11 7.1.5 Dimensiones y pesos .................................................................................................................................. 11 7.2 FUNDAMENTO TEÓRICO.................................................................................................... 12 7.2.1 Los reactores químicos .............................................................................................................................. 12 7.2.2 Cinética química ........................................................................................................................................ 21 7.2.3 Efecto de la temperatura ............................................................................................................................ 31 7.2.4 Conducción eléctrica por disoluciones ...................................................................................................... 33 7.3 INSTRUCCIONES PRINCIPALES, ADVERTENCIAS Y PRECAUCIONES ................ 42 7.4 PRÁCTICAS DE LABORATORIO ....................................................................................... 43 7.4.1 Práctica 1. Calibración del equipo ............................................................................................................. 43 7.4.2 Práctica 2. Determinación de las conductividades iónicas ......................................................................... 47 7.4.3 Práctica 3. Operación en discontinuo. Obtención del orden de reacción respecto al acetato de etilo. Método de la velocidad inicial ................................................................................................................... 51 7.4.4 Práctica 4. Operación en discontinuo. Obtención del orden de velocidad respecto al hidróxido sódico. Método de la velocidad inicial ................................................................................................................... 66 7.4.5 Práctica 5. Operación en discontinuo. Cálculo de la constante de velocidad. Concentración inicial de hidróxido sódico constante ........................................................................................................................ 82 7.4.6 Práctica 6. Operación en discontinuo. Cálculo de la constante de velocidad. Concentración inicial de acetato de etilo constante ........................................................................................................................... 96 7.4.7 Práctica 7. Formulación de la ecuación de velocidad .............................................................................. 111 7.4.8 Práctica 8. Operación en discontinuo. Variación de la constante cinética con la temperatura. Ecuación de Arrhenius ................................................................................................................................................. 113 7.4.9 Práctica 9. Operación en discontinuo. Comparativa entre conversión teórica y experimental. Desviación de la idealidad .......................................................................................................................................... 123 7.4.10 Práctica 10. Operación en discontinuo. Efectos de mezcla ...................................................................... 128 7.4.11 Práctica 11. Operación en continuo ......................................................................................................... 132 7.4.12 Práctica 12. Operación en continuo. Efectos de mezcla .......................................................................... 137 7.4.13 Cuestionario de repaso ............................................................................................................................. 144 7.5 ANEXO .................................................................................................................................... 148 7.5.1 ANEXO 1. INSTALACIÓN EXPERIMENTAL .................................................................................... 148 7.5.2 ANEXO 2. PROCEDIMIENTO OPERATIVO ...................................................................................... 159 7.5.3 ANEXO 3. SISTEMA DE MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD: CONDUCTÍMETRO ......................... 161 7.5.4 ANEXO 4. DESTILACIÓN REACTIVA ............................................................................................... 166 MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 2 /170 ÍNDICE DE SÍMBOLOS Símbolo Significado  Tiempo medio de residencia. NA0 Moles iniciales de reactivo A. NAf Moles finales de reactivo A. V Volumen ocupado por la mezcla de reacción. (-rA) Velocidad de desaparición del reactivo A. xA Conversión de la especie A. v Velocidad de flujo volumétrico de la reacción. F Velocidad de flujo de la carga total. FA0 Velocidad de flujo del reactivo A.  Densidad molar. CA0 Concentración del reactivo A en la alimentación. V0 Velocidad de flujo volumétrico en la alimentación. t tiempo de reacción. Q Caudal total.  Tiempo espacial. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 5 /170  Sistema de seguimiento de reacción El circuito de alimentación de reactivos está constituido por dos depósitos de vidrio, dos bombas y las conexiones necesarias. El sistema de control de caudal está constituido por dos variadores de velocidad, para las bombas de alimentación de reactivos dos rotámetros de bola, de medida directa. Los variadores están situados en la caja de la interface. Asimismo, dispone de un rotámetro para la medida de caudal de gas. El sistema de control de temperatura consta de un baño termostatizado, cuya temperatura se controla en función de la temperatura del reactor y una bomba de impulsión de agua de termostatización. Sistema de adquisición de datos y control de procesos se centraliza en la interface electrónica conectada a los distintos elementos que forman parte tanto del módulo base como del módulo del reactor. El circuito de recogida de productos facilita que los productos obtenidos de las reacciones vayan directamente al depósito preparado a tal efecto. El seguimiento de la reacción se realiza mediante una célula de conductividad, con conductímetro, que permite la parametrización de la evolución de la reacción en tiempo real. 7.1.1.2 Módulo del reactor QRIAD/D Formado por las siguientes partes fundamentales:  Reactor termostatizado  Sistema de agitación MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 6 /170  Sistema de destilación El reactor de vidrio Pyrex, encamisado y con una capacidad máxima de 2 litros, permite trabajar en discontinuo y en continuo La regulación de la temperatura se lleva a cabo con un termostato exterior. El sistema de agitación con control e indicación de la velocidad permite el estudio de la influencia de la agitación, tanto en continuo como en discontinuo, en la cinética de la reacción. El sistema de destilación consta de una columna de destilación, un refrigerante de bolas y otro de serpentín, una bomba de vacío para disminuir la temperatura de ebullición, trampa de vacío y un embudo graduado. 7.1.2 Posibilidades prácticas  Calibración de sensores  Determinación de la ecuación cinética para la reacción de hidrólisis básica del acetato de etilo y otras reacciones homogéneas.  Cálculo de la constante cinética y su variación con la temperatura.  Cálculo y comparación de los valores de conversión (teóricos y experimentales) del reactor cuando éste trabaja en continuo y en discontinuo, manteniendo la temperatura constante.  Cálculo de la energía de activación de la reacción estudiada.  Estudio del efecto del tiempo de residencia.  Estudio de reacciones líquido-gas. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 7 /170  Efectos de mezcla. 7.1.3 Especificaciones 7.1.3.1 Módulo base e interfaz  Interfaz.  Dos bombas dosificadoras con un caudal de hasta 15 l/h.  Tres depósitos de 10 litros de capacidad realizados en vidrio Pyrex. Dos de ellos para los reactivos y el tercero para los productos.  Dos rotámetros para medida del caudal de líquidos, rango 0.7-7 y 0.54- 5.4 l/h.  Un rotámetro para medida del caudal de gas para caudal máximo de 1440 N_l/h y presión máxima de 0.5 Kg cm -2 .  Un baño termostatizado de 6 l. de capacidad que regula la temperatura entre Tªamb+5 y 70 º C.  Una bomba de arrastre magnético para impulsar el agua de termostatización desde el baño al módulo del reactor.  Un termopar tipo J para conocer la temperatura del baño termostático de forma continua.  Sistema de seguimiento de la reacción. En este reactor el seguimiento de la reacción se hace mediante una célula de conductividad y conductímetro, conectado a la interfaz electrónica. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 10 /170 MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 11 /170 7.1.4 Requerimientos  Suministro eléctrico: 220V / 50 Hz o 110 V / 60 Hz.  Suministro de agua de red.  Reactivos químicos: Acetato de etilo, acetato de sodio, hidróxido sódico.  Bala de dióxido de carbono.  Instrumental de laboratorio: buretas, probetas, vasos de precipitados, matraz aforado de 1 litro. 7.1.5 Dimensiones y pesos Dimensiones del módulo base: 1100 x 1000 x 980mm. Dimensiones de la interfaz: 490 x 330 x 310mm aprox. Dimensiones del módulo del reactor: 750 x 500 x 700mm. Volumen de embarque aprox.: 1.2 m 3 . Peso neto: 150 Kg. Peso bruto: 180 Kg. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 12 /170 7.2 FUNDAMENTO TEÓRICO 7.2.1 Los reactores químicos Dado que los procesos químicos se centran en los reactores químicos, son uno de los factores más importantes a la hora de la determinación completa de los procesos industriales. Al que no existir un modelo teórico exacto para el diseño de un reactor, para una determinada reacción química, éste debe diseñarse atendiendo a los diversos requerimientos de un sistema específico de reacción. 7.2.1.1 Tipos de reactores Los reactores químicos empleados los procesos industriales son de una gran variedad de diseños. Frecuentemente, para la misma reacción química, se pueden utilizar reactores de muy diverso diseño. En general, los reactores químicos se han clasificado de dos maneras, dependiendo del tipo de operación o dependiendo del tipo de diseño. La clasificación formal se hace fundamentalmente para reacciones homogéneas y se dividen en discontinuos, continuos y semicontinuos. Discontinuos. Este tipo de reactores toman todos los reactivos al inicio y los procesan mediante un camino de reacción predeterminado durante el cuál no se introduce ni sale ningún material en el reactor. Normalmente tiene forma de tanque, agitado o no y se usa fundamentalmente para la producción a pequeña escala. La mayor parte de los datos cinéticos básicos se obtienen en reactores de este tipo. Continuos. Los reactivos se introducen y los productos salen MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 15 /170 7.2.1.2 Ecuaciones de diseño de reactores Los parámetros más comúnmente utilizados para medir la capacidad de un reactor es el tiempo medio de residencia,  , o el tiempo espacial, . El tiempo medio de residencia es el promedio de periodos de tiempo durante el cual porciones individuales de la mezcla de reacción están en el reactor. Se describe matemáticamente mediante la ecuación:    af 0a N N A A )r(V dN [2.1.1] Donde NA0 y NAf son los moles de reactivo A que entran y salen en el reactor, respectivamente. En el caso de un reactor de flujo, V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción y –rA representa la velocidad de desaparición de A. La ecuación [2.1.1] resulta del balance de materia “alrededor” del reactor y es aplicable a los reactores discontinuos y tubulares, definidos anteriormente. En términos de factor de conversión A, la ecuación [2.1.1] pasa a ser:      Af 0 A A 0A )r(V d N [2.1.2] Donde A es el factor de conversión de la especie A, Af es el factor de conversión final de la especie A, NA0 los moles de reactivo A que entran en el reactor. En el caso de un reactor de flujo, V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción y –rA representa la velocidad de desaparición de A. Ambas ecuaciones se ocupan del caso en el que el volumen V ocupado por MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 16 /170 la mezcla de reacción puede cambiar con el progreso de ésta. Para un reactor discontinuo,  se puede considerar como el tiempo medio requerido para obtener la conversión deseada para un determinado reactivo para un determinado tamaño dado de tanque. En el caso de tanque agitado, el tiempo medio de residencia se puede representar por: )r(V N A A0A    [2.1.3] Donde, A es el factor de conversión de la especie A, NA0 los moles de reactivo A que entran en el reactor, V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción y –rA representa la velocidad de desaparición de A. Si el volumen, V, varía linealmente con el factor de conversión fraccionado, se puede escribir la ecuación [2.1.3] como:      AAA A0A AAA0 A0A r1 C r1V N       [2.1.4] donde V0 es el volumen de la mezcla de reacción bajo condiciones de alimentación, A es el factor de conversión de la especie A, NA0 los moles de reactivo A que entran en el reactor, –rA representa la velocidad de desaparición de A, CA0 es la concentración de A en la alimentación y A es el coeficiente de actividad. 1 Bajo condiciones de flujo estacionario, esto es, con flujo constante, y con densidad de fluido constante, el tiempo medio de residencia,  , se puede hacer: 1 i mide el grado de divergencia del comportamiento de la sustancia I respecto al comportamiento ideal. Se define como iii a  , donde ai es la actividad del compuesto i y i es el factor de conversión de la especie I. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 17 /170 vV [2.1.5] Donde V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción y v es la velocidad de flujo volumétrico de la mezcla de reacción. Por otra parte, se define el tiempo espacial, , como el tiempo empleado en procesar una carga completa del volumen del reactor en condiciones específicas. Es decir, un tiempo espacial de 1.5h implica que se necesitarían 1.5h para procesar un volumen determinado del reactor, en alimento y condiciones conocidas. El recíproco al tiempo espacial se denomina velocidad espacial, S y su expresión matemática es: S 1 v V C F V F V 0 0A 0A    [2.1.6] Donde F y FA0 son las velocidades de flujo de la carga total de alimento y de reactivo A, respectivamente,  es la densidad molar, en moles por unidad de volumen de la alimentación, CA0 es la concentración de A en la alimentación, v0 es la velocidad de flujo volumétrico en la alimentación a las condiciones de entrada y V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción. De este modo, se puede ver que el tiempo medio de residencia y el tiempo espacial son, en general, diferentes a no ser que la densidad del fluido se mantenga constante en todo el reactor. El tiempo medio de residencia,  , se usa principalmente para indicar la capacidad de los reactores discontinuos, mientras que la capacidad volumétrica de alimentación de un reactor de flujo continuo se representa por la el tiempo espacial, , o la velocidad espacial, S. Como se expresa en la ecuación [2.1.1], el cálculo de  requiere el MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 20 /170 Para este tipo de reactor los términos de la ecuación [2.1.6] toman la siguiente expresión: 0NACUMULACIÓ  [2.1.13] 0A0A FQCENTRADA  [2.1.14]    A0AA0AAA 1F1QCQCQCSALIDA  [2.1.15]  VrREACCIÓN A [2.1.16] Donde FAo es el caudal molar del componente A que se alimenta al reactor, V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción, CA0 es la concentración de A en la alimentación, A la conversión del reaccionante A, Q es y (-rA) la velocidad de desaparición del reaccionante A Sustituyendo todos estos valores en la ecuación [2.1.6], se obtiene:      0Vr1FF AA0A0A  [2.1.17] Y operando sobre ella, puede expresarse también de la forma: )r A(- X A= F A0 V [2.1.18] Donde FAo es el caudal molar del componente A que se alimenta al reactor, V es el volumen ocupado por la mezcla de reacción, A la conversión del reaccionante A y (-rA) la velocidad de desaparición del reaccionante A Por tanto, la expresión del tiempo espacial () quedará: MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 21 /170 )r A(- X A Ao=C [2.1.19] Con las variables: como tiempo espacial, CA0 como la concentración de A en la alimentación, A la conversión del reaccionante A y (-rA) la velocidad de desaparición del reaccionante A. Conocida la expresión de la ecuación cinética (-rA), la ecuación [2.1.19] permitirá calcular la conversión que se obtiene para cada tiempo espacial. 7.2.2 Cinética química La cinética química, también denominada cinética de las reacciones, estudia las velocidades y mecanismos de las reacciones químicas. Un sistema reactivo no está en equilibrio, por lo que la cinética de las reacciones no se considera parte de la termodinámica. Las aplicaciones de la cinética de las reacciones son numerosas. En la síntesis industrial de sustancias, las velocidades de reacción son tan importantes como las constantes de equilibrio. El equilibrio termodinámico nos indica la máxima cantidad de producto que puede obtenerse, a unas T y P dadas, pero si la velocidad de reacción entre los reactivos es muy baja, la realización de dicha reacción no sería económica. Considerando una reacción irreversible, del tipo:   fFeEbBaA [2.2.1] Se define la velocidad de reacción de la especie i como el cambio en el número de MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 22 /170 moles, debido a la reacción, de un reactante o producto, por unidad de tiempo y volumen de la mezcla de reacción:        dt dn i 1 V 1 r I I [2.2.2] Donde nI es el número de moles de la especie I en el volumen de la mezcla de reacción, V, e i es el coeficiente estequiométrico de la especie I en la reacción. En la mayoría de los sistemas el volumen es constante o cambia en una cantidad despreciable, por lo que se puede escribir: dt dC i 1 r I I  [2.2.3] Donde CI es la concentración de la especie I en la disolución, t el tiempo y ri la velocidad de reacción de la especie I. Por definición, rI es negativa si la especie I es un reactivo (velocidad de “desaparición”) y positiva si I se refiere a un producto (velocidad de “aparición”). Por tanto, para la reacción [2.2.1] se tiene: ... dt dC f 1 dt dC e 1 .... dt dC b 1 dt dC a 1 r FEBA I  [2.2.4] Donde Ci es la concentración de la especie I, el subíndice A se refiere a la especie A, a es su coeficiente estequiométrico y así sucesivamente. Para muchas reacciones otra forma de la velocidad de reacción, hallada experimentalmente, es: MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 25 /170 7.2.2.1 Obtención de la ecuación cinética La ecuación cinética representa la velocidad de reacción y puede obtenerse, bien a partir de consideraciones teóricas o ser simplemente el resultado de un procedimiento empírico de ajuste de curvas. En cualquier caso, el valor de los coeficientes cinéticos o constantes de velocidad de dicha ecuación solamente pueden determinarse por vía experimental, ya que en la actualidad resultan inadecuados los modelos teóricos de predicción. Para medir la velocidad de reacción r, es necesario determinar la concentración de un reactivo o producto en función del tiempo. Las ecuaciones cinéticas de velocidad han de determinarse a partir de medidas de velocidades de reacción y no pueden deducirse a partir de su estequiometría. La ecuación cinética que gobierna la reacción es una ecuación diferencial que da las velocidades de variación de las concentraciones de las especies que reaccionan, dt dCA , etc. Para obtener las concentraciones frente al tiempo a partir de la ecuación cinética, debe integrarse la misma. Por tanto, en esta sección se integran las ecuaciones cinéticas que aparecen con más frecuencia. En la discusión siguiente, supondremos, a no ser que se indique lo contrario, que: (a) La reacción transcurre a temperatura constante. Si T es constante, la constante cinética k también lo es. (b) El volumen es constante. Si V es constante, la velocidad de reacción r viene dada por la ecuación [2.2.3]. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 26 /170 (c) La reacción es <<irreversible>>, atendiéndose por ello que la reacción inversa apenas tiene lugar. Esto será correcto s la constante de equilibrio es muy grande o si se estudia únicamente la velocidad inicial. Reacciones de primer orden. Supongamos que la reacción Aproducto es de primer orden y, por tanto, r=kCA. A partir de las ecuaciones [2.2.3] y [2.2.4], la ecuación cinética es A A kC dt dC a 1 r  [2.2.6] Definiendo kA como kA  ak, tenemos AAA CkdtdC  , donde kA  ak [2.2.7] El subíndice en kA nos recuerda que esta constante cinética se refiere a la velocidad del cambio de concentración de A. Las variables de la ecuación anterior son CA y t en lados opuestos. Tenemos que kdtCdC AA  . Integrando se obtiene   2 1 2 1 AAA dtkCdC    12A1A2A ttkCCln  [2.2.8] Donde CA es la concentración de la especie A, Ca1 y CA2 las concentraciones de la especie A en los tiempos 1 y 2, respectivamente, kA la constante cinética para la velocidad de cambio de la especie A y t1, t2 los tiempos que se toman como principio y final de la medida. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 27 /170 La ecuación [2.2.8] es válida para dos tiempos cualesquiera de la reacción. Si el estado 1 es el estado del comienzo de la reacción cuando CA = CA0 y t=0, entonces [2.2.8] se transforma en tk C C ln A 0A A  [2.2.9] Siendo CA la concentración en el tiempo t. Usando las relaciones logarítmicas, se obtiene: tk 0AA tk 0A A AA eCCe C C   [2.2.10] Para una reacción de primer orden CA decrece exponencialmente con el tiempo, figura 2.2.1. Si la reacción es de primer orden, la ecuación [2.2.9] (multiplicada por -1) muestra que una representación de  A0A CCln frente a t da una línea recta de pendiente kA. Una representación de logCA frente a t da una línea recta de pendiente –kA/2.303. Figura 2.2.1. Concentración de reactivos en función del tiempo en una reacción de primer orden y en una reacción de segundo orden. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 30 /170 kt C 1 C 1 0AA  [2.2.19] 7.2.2.2 Determinación de las ecuaciones cinéticas. Método de la velocidad inicial En esta sección estudiaremos un método de obtención de las ecuaciones cinéticas a partir de los datos experimentales. Restringiremos la discusión a los casos donde la ecuación cinética tiene la forma   LBA C...CkCr [2.2.20] Como en la ecuación [2.2.5]. Generalmente, en primer lugar, se obtienen los órdenes , , …,, y luego la constante k. El método elegido para la determinación de las ecuaciones cinéticas es el método de la velocidad inicial. En él se mide la velocidad inicial r0 para varios experimentos, variando cada vez la concentración inicial de un reactivo. Supongamos que medimos r0 para dos concentraciones de A diferentes [A]0,1, y [A]0,2, mientras que mantenemos constantes [B]0, [C]0, … Con el único cambio de [A]0 y suponiendo que la ecuación cinética tiene la forma        LBAkr  , el cociente de velocidades iniciales de los experimentos 1 y 2 es           1,0A 2,0A 2,0 1,0 C C r r [2.2.21] A partir del cual se obtiene fácilmente . Por ejemplo, si para multiplicar por 9 las velocidades iniciales es necesario partir del triple de CA0, entonces 2y39   . MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 31 /170 Pueden obtenerse resultados más exactos realizando varios experimentos en los que únicamente se cambia [A], en un intervalo amplio. Puesto que .....ClogClogklogrlog 0B0A0  , una representación gráfica de 0rlog frente a 0AClog , manteniendo constantes CB0,…, tiene una pendiente . Los órdenes , , …, se calculan de igual forma La velocidad inicial r0 puede hallarse representando CA frente a t y dibujando la tangente para t=0. 7.2.3 Efecto de la temperatura El proceso de cambio químico es acompañado siempre por la absorción o irradiación de calor por el medio de reacción, que no sólo influye en la velocidad de reacción sino también en el equilibrio y la composición de los productos. En 1889, Arrhenius demostró que los datos de la constante k(T) para muchas reacciones podían ajustarse por la expresión: RT Ea Aek   [2.3.1] Donde A y Ea son constantes características de la reacción y R es la constante de los gases. Ea es la llamada energía de activación de Arrhenius y A es el factor pre- exponencial o el factor A de Arrhenius. Las unidades de A son las mismas que las de k. Las unidades de Ea son las mismas que las de RT, es decir, energía por mol; Ea generalmente se expresa en kcal/mol o kJ/mol. Arrhenius llegó a la expresión anterior considerando que la influencia de la MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 32 /170 temperatura en la constante cinética probablemente sería del mismo tipo que en las constantes de equilibrio. Tomando logaritmos en [2.3.1], se obtiene: RT303.2 E Alogklogó RT E Alnkln aa  [2.3.2] Si la ecuación de Arrhenius se cumple, una representación de log k en función de 1/T debe dar una línea recta de pendiente –Ea/2.0303R y ordenada en el origen logA. Esto nos permite obtener Ea y A. Un error típico experimental en Ea es 1Kcal/mol y en A un factor de 3. Figura 2.3.1. La gráfica de la izquierda muestra la constante cinética en función de la temperatura, para la reacción de primer orden 2N2O54NO2 + O2; A la derecha está la representación de Arrhenius para esta reacción. Observe la larga extrapolación necesaria para obtener A. Nótese a partir de la ecuación [2.3.1] que una energía de activación pequeña significa que la reacción es rápida y que una energía de activación alta significa reacción lenta. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 35 /170 Una vez se conoce R, se puede calcular la conductividad a partir de la ecuación AlR  [2.4.1] Donde R es la resistencia, l es la longitud del conductor,  la resistividad y A el área de la sección transversal, combinada con RAl1  [2.4.2] Donde  es la conductividad, en unidades de  -1 cm -1 , A y l son el área de los electrodos y la separación entre ellos, con unidades de cm 2 y cm respectivamente. El recíproco del  -1 es el Siemens, S, con lo que las unidades de la conductividad pasarían a se Scm -1 . La constante de la celda Kcel se define como l/A y  =Kcel/R. En lugar de medir l y A, es más exacto determinar la Kcel del aparato, midiendo R para una disolución patrón de conductividad conocida. En los trabajos de conductividad es necesario tratar de trabajar con los disolventes lo más puros posibles, pues trazas de impurezas pueden afectar significativamente a  . La conductividad del disolvente puro debe restarse de la de la disolución para obtener la  del electrolito. Conductividad molar. Puesto que el número de portadores de carga por unidad de volumen aumenta normalmente al aumentar la concentración del electrolito, la conductividad de la disolución  aumenta, por lo general, cuando aumenta la concentración del electrolito. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 36 /170 Para obtener una medida de la capacidad de transporte de corriente de una cantidad dada de electrolito, se define la conductividad molar m de un electrolito en disolución como Cm  [2.4.3] Siendo C la concentración estequiométrica molar del electrolito. Para un electrolito fuerte sin apareamiento de iones, la concentración de iones es directamente proporcional a la concentración estequiométrica del electrolito; por tanto, podría pensarse que al dividir  por C se obtendría una cantidad que es independiente de la concentración. Esto no es así debido a que las interacciones entre iones afectan la conductividad  y estas interacciones cambian cuando se cambia c. Conductividades molares de los iones. La conductividad molar de un electrolito en disolución se define como cm  . Por analogía, se define la conductividad molar B,m del ion B como BBB,m c [2.4.4] Donde κB es la contribución del ion B a la conductividad de la disolución y CB es su concentración molar. Nótese, sin embargo, que CB es la concentración real del ion B, mientras que C es la concentración estequiométrica del electrolito. Sustituyendo CB,m  y la ecuación [2.4.4] en   B B se obtiene   B B,mBm C C 1 [2.4.5] que relaciona m del electrolito con los m de los iones. Para un electrolito fuerte MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 37 /170  vv XM que está completamente disociado, la ecuación anterior se transforma en         ,m,m 1 ,m,m 1 m CvCvCcCCC [2.4.6]      cosiónipareshayno fuerteoelectrólit vv ,m,mm [2.4.7] 7.2.4.1 Estudio conductimétrico de la cinética de la hidrólisis de los ésteres en medio básico La reacción recomendada de estudio en este equipo EDIBON es la hidrólisis de los ésteres en medio básico. Se va a comprobar que la hidrólisis de los ésteres en medio básico sigue una cinética de segundo orden y como el efecto inductivo y el impedimento estérico influyen en la velocidad de reacción. Por último se determina la energía de activación de dicho proceso. El mecanismo más aceptado para esta hidrólisis catalizada por bases es el siguiente: [2.4.8] [2.4.9] MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 40 /170 La conductividad específica del proceso será debida sólo a la base utilizada:   113 0BOHNa0t cm10C     [2.4.16] La conductividad específica de la disolución, al cabo de un tiempo “t” será:    113 ARA0BOH0BNatt cm10CCCC     [2.4.17] en las dos ecuaciones anteriores  OH y  Na son las conductividades iónicas de las especies OH - y Na + , CB0 la concentración inicial de sosa, CA la concentración de éster a tiempo t. Despejando de [2.4.16] y [2.4.17]:   l/geq 10 C ROH 3 tt0t A       [2.4.18] Donde CA es la concentración de éster, t=0 la conductividad específica para t=0, t=t la conductividad específica a tiempo t y   ROH y las conductividades iónicas para las especies OH - y R - . Es decir, determinando la conductividad específica de la disolución en el tiempo t=0 y a diversos intervalos de tiempo t=t y determinando las conductividades iónicas   ROH y pueden hallarse las respectivas concentraciones CA. Las conductividades iónicas   ROH y se pueden determinar de la siguiente manera: Se preparan disoluciones de NaOH y RNa 0.01M, se termostatizan a la MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 41 /170 temperatura elegida para la hidrólisis (25ºC) y se determinan las conductividades de cada una de las disoluciones:     113 0BNaRRNa 113 0AOHNaNaOH cm10C cm10C       [2.4.19] es importante que las concentraciones iniciales de ambos sean las mismas para poder despejar 00B0A CCC  :   geq/cm C 10 21 0 3 RNaNaOH ROH       [2.4.20] donde C0 es la concentración inicial de la sosa o el éster (que deben ser iguales), NaOH la conductividad de la disolución de NaOH, Rna la conductividad de la disolución de RNa y   ROH el factor que se quiere hallar. El factor 10 -3 aparece por lo siguiente: 3330 10 cm mol dm mol litro mol C  [2.4.21] La concentración ha de estar en cm 3 ya que la conductividad está en  -1 cm -1 . MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 42 /170 7.3 INSTRUCCIONES PRINCIPALES, ADVERTENCIAS Y PRECAUCIONES Antes de realizar cada práctica tener en cuenta que la medida de conductividad requiere una compensación que elimina el efecto de la temperatura. Este factor de compensación depende de cada compuesto y reacción química, por lo que para una medida exacta de la conductividad se requiere aplicar un factor de compensación. Este puede ser el calculado en la primera práctica descrita en el presente manual o aplicar una estimación del 2%. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 45 /170 - Termómetro - Manual de prácticas del equipo QRIAD 7.4.1.3.2 Desarrollo de la práctica Para más información del desarrollo de la práctica, remítase al manual de calibración y al anexo. Con la calibración, el conductímetro se adapta a la célula y a las variaciones que ésta sufre con el tiempo. De ahí la necesidad de realizar esta calibración periódicamente. Primeramente se arranca el programa SCADA-QRIAD para obtener los valores en voltios del conductímetro. Después se introduce la célula de conductividad en un vaso de precipitados termostatizado a la temperatura que marca de referencia la disolución patrón. Compruebe que los valores de calibración del conductímetro (ver anexo) son los correctos. Dado que la salida del conductímetro a la interfaz es de 4-20mA el valor en voltios que marque el programa será la conductividad. Limpie la célula de conductividad e introdúzcala en una disolución termostatizada de acetato de etilo. La conductividad que marque el conductímetro es la que tiene la disolución y equivale, en voltios, a la conductividad que marca el programa. Repita la medida con una disolución más diluida de acetato de etilo. Con los datos obtenidos se rellena la siguiente tabla y se representan gráficamente los datos obtenidos. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 46 /170 Conductividad (S) Señal (V) Tabla 3.3.2 MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 47 /170 7.4.2 Práctica 2. Determinación de las conductividades iónicas 7.4.2.1 Objetivo El objetivo de esta práctica es la determinación de las conductividades iónicas   ROH y , necesarias para el tratamiento de los datos experimentales en las posteriores prácticas. 7.4.2.2 Elementos necesarios - 1 litro de disolución de acetato de sodio 0.01 M - Software SCADA-QRIAD - 1 litro de disolución de hidróxido sódico 0.01 M - Equipo QRIAD 7.4.2.3 Desarrollo de la práctica 1. Ejecute el programa SCADA-QRIAD. 2. Presione el botón START e introduzca el nombre del fichero que contendrá los datos en la nueva ventana. 3. Introduzca en el reactor por alguna de las bocas superiores la disolución acetato de sodio. 4. Encienda el circuito de termostatización y seleccione 25ºC como temperatura. 5. Encienda el sistema de agitación para facilitar una rápida termostatización. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 50 /170 7.4.2.6 Gráficas complementarias Represente gráficamente la evolución de la conductividad de ambas especies en función de la temperatura. Figura 3.4.1. Representación gráfica de la variación de la conductividad del acetato de sodio y el hidróxido sódico con la temperatura MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 51 /170 7.4.3 Práctica 3. Operación en discontinuo. Obtención del orden de reacción respecto al acetato de etilo. Método de la velocidad inicial 7.4.3.1 Objetivos Demostrar que la saponificación del acetato de etilo con hidróxido sódico es una reacción de primer orden respecto al acetato de etilo, utilizando para ello el método de la velocidad inicial descrito en el apartado 7.2.2.2. 7.4.3.2 Elementos necesarios - 10 l de disolución de acetato de etilo 0.01 - 0.05M - 10 litros de disolución de hidróxido sódico 0.01 - 0.05M - Equipo QRIAD - Software SCADA-QRIAD - Manual de prácticas del equipo QRIAD 7.4.3.3 Desarrollo de la práctica Debido al método utilizado para la obtención de la ecuación de velocidad, es necesario realizar una serie de cálculos previos. Partiendo de una disolución de acetato de etilo 5 M, mediante diluciones, se obtendrán distintas concentraciones. Se cargará, en cada medida, el reactor con 1 litro de disolución de cada uno de los reactivos y, mientras la concentración de hidróxido sódico permanecerá constante, se variará en cada experiencia la concentración de acetato de etilo. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 52 /170 Una vez que se ha realizado la primera experiencia se añade 1 litro de agua al depósito de reactivo. La concentración que se tendría entonces sería: finalfinalinicialinicial VNVN  [3.5.1] Donde Ninicial y Nfinal son las normalidades iniciales y finales, respectivamente, y Vinicial y Vfinal los volúmenes inicial y final. En este caso, debido al tipo de compuesto, la normalidad y la molaridad son equivalentes. Para esta primera dilución: M l lM N lV N lV MN final final final inicial inical 5.4 10 95 10 9 5              Calcule las distintas concentraciones de la disolución de acetato de etilo, conforme a su dilución, completando la tabla siguiente: Experiencia Concentración inicial Concentración utilizada CA0 1 2 3 4 5 Tabla 3.5.1. Concentraciones de acetato de etilo utilizadas en las distintas experiencias Una vez realizados los cálculos anteriores, proceda a la realización de las distintas experiencias: 1. Ejecute el programa SCADA-QRIAD. 2. Presione el botón START e introduzca el nombre del fichero que contendrá los datos en la nueva ventana. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 55 /170 Experiencia 1. Concentración inicial de acetato de etilo: Tiempo (min) Conductividad Cacetato de etilo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.5.2. Seguimiento de la reacción para concentración de acetato de etilo MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 56 /170 Figura 3.5.1. Representación de la evolución temporal de la concentración de acetato de etilo, con concentración inicial de ____ M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 57 /170 Experiencia 2. Concentración inicial de acetato de etilo: Tiempo (min) Conductividad Cacetato de etilo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.5.3. Seguimiento de la reacción para concentración de acetato de etilo _____ M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 60 /170 Figura 3.5.3. Representación de la evolución temporal de la concentración de acetato de etilo, con concentración inicial de ____ M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 61 /170 Experiencia 4. Concentración inicial de acetato de etilo: Tiempo (min) Conductividad Cacetato de etilo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.5.5. Seguimiento de la reacción para concentración de acetato de etilo ____ M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 62 /170 Figura 3.5.4. Representación de la evolución temporal de la concentración de acetato de etilo, con concentración inicial de ____ M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 65 /170 Dibuje, en las diversas representaciones de Cacetato de etilo frente a t, la tangente para t=0 y halle la velocidad inicial para cada una de las concentraciones. Anótelos en la tabla siguiente: Concentración r0 = C0,1 = r0,1 = C0,2 = r0,2 = C0,3 = r0,3 = C0,4 = r0,4 = C0,5 = r0,5 Tabla 3.5.7. Velocidades iniciales para las distintas concentraciones iniciales de acetato de etilo El cociente de las velocidades y las concentraciones iniciales dará el orden de reacción respecto al acetato de etilo:           2,0 1,0 2,0 1,0 C C r r [3.5.3] Utilizando los datos de la tabla anterior, complete la tabla siguiente: 1i,01,0 rr  1i,0i,0 CC  α Tabla 3.5.8. Cálculos del orden de reacción respecto al acetato de etilo Por tanto, el orden de reacción respecto al acetato de etilo es: α = MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 66 /170 7.4.4 Práctica 4. Operación en discontinuo. Obtención del orden de velocidad respecto al hidróxido sódico. Método de la velocidad inicial 7.4.4.1 Objetivos Demostrar que la saponificación del acetato de etilo con hidróxido sódico es una reacción de primer orden respecto al hidróxido sódico, utilizando para ello el método de la velocidad inicial descrito en el apartado 7.2.2.2. 7.4.4.2 Elementos necesarios - 10 l de disolución de acetato de etilo 0.01- 0.05 M - 10 litros de disolución de hidróxido sódico 0.01-0.05 M - Equipo QRIAD - Software SCADA-QRIAD - Manual de prácticas del equipo QRIAD 7.4.4.3 Desarrollo de la práctica Como en la práctica anterior, se mantendrá constante la concentración inicial de uno de los reactivos, el acetato de etilo y se irá modificando la concentración del otro reactivo, el hidróxido sódico. Calcule las diversas concentraciones de hidróxido sódico, conforme se van produciendo las diluciones. Como en el caso anterior utilice la relación: MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 67 /170 finalfinalinicialinicial VNVN  [3.6.1] Donde Ninicial y Nfinal son las normalidades iniciales y finales, respectivamente y Vinicial y Vfinal los volúmenes inicial y final. En este caso también la normalidad y la molaridad son equivalentes. Para esta primera dilución: N l lN N lV N lV NN final final final inicial inicial 5.4 10 95 10 9 5              Calcule las distintas concentraciones de la disolución de hidróxido sódico, conforme a su dilución, completando la tabla siguiente: Experiencia Concentración inicial Concentración utilizada 1 5 M 5 M 2 5 M 4.5 M 3 4.5 M 4 5 Tabla 3.6.1. Concentraciones de hidróxido sódico utilizadas en las distintas experiencias Una vez realizados los cálculos anteriores, proceda a la realización de las distintas experiencias: 1. Ejecute el programa SCADA QRIAD. 2. Presione el botón START e introduzca el nombre del fichero que contendrá los datos en la nueva ventana. 3. Ponga los reactivos en sus depósitos correspondientes. MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 70 /170 Experiencia 1. Concentración inicial de hidróxido sódico: Tiempo (min) Conductividad Cacetato de etilo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.6.2. Seguimiento de la reacción para concentración de hidróxido sódico M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 71 /170 Figura 3.6.1. Representación de la evolución temporal de la concentración de acetato de etilo, con concentración inicial de hidróxido sódico M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 72 /170 Experiencia 2. Concentración inicial de hidróxido sódico: Tiempo (min) Conductividad Cacetato de etilo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.6.3. Seguimiento de la reacción para concentración inicial de hidróxido sódico M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 75 /170 Figura 3.6.3. Representación de la evolución temporal de la concentración de acetato de etilo, con concentración inicial de hidróxido sódico M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 76 /170 Experiencia 4. Concentración inicial de hidróxido sódico: Tiempo (min) Conductividad Cacetato de etilo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.6.5. Seguimiento de la reacción para concentración inicial de hidróxido sódico M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 77 /170 Figura 3.6.4. Representación de la evolución temporal de la concentración de acetato de etilo, con concentración inicial de hidróxido sódico M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 80 /170 Dibuje, en las diversas representaciones de Cacetato de etilo frente a t, la tangente para t=0 y halle la velocidad inicial para cada una de las concentraciones. Anótelos en la tabla siguiente: Concentración r0 = C0,1 = r0,1 = C0,2 = r0,2 = C0,3 = r0,3 = C0,4 = r0,4 = C0,5 = r0,5 Tabla 3.6.7 Velocidades iniciales para las distintas concentraciones iniciales de hidróxido sódico El cociente de las velocidades y las concentraciones iniciales dará el orden de reacción respecto al hidróxido sódico:           2,0 1,0 2,0 1,0 C C r r [3.6.3] Utilizando los datos de la tabla anterior, complete la tabla siguiente: 1i,01,0 rr  1i,0i,0 CC  β Tabla 3.5.8. Cálculos del orden de reacción respecto al hidróxido sódico Por tanto, el orden de reacción respecto al hidróxido sódico es: β = MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 81 /170 7.4.4.5 Conclusiones y comentarios  ¿Qué indican los órdenes de reacción respecto a cada reactivo?  ¿A qué se debe que los órdenes de magnitud experimentales no sean exactamente números enteros? MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 82 /170 7.4.5 Práctica 5. Operación en discontinuo. Cálculo de la constante de velocidad. Concentración inicial de hidróxido sódico constante 7.4.5.1 Objetivo Calcular la constante de velocidad a partir de los datos obtenidos en la práctica 3, en la que se mantuvo la concentración inicial de hidróxido sódico constante. 7.4.5.2 Elementos necesarios - Manual de prácticas del equipo QRIAD. 7.4.5.3 Desarrollo de la práctica A partir de la ecuación  tCCk C C Ln CC CC Ln 0B0A 0B 0A A0B A0A    [3.7.1] Donde k es la constante de velocidad de la reacción, t el tiempo, CA0 y CB0 las concentraciones iniciales de éster (A) y sosa (B) y CA la concentración de éster en el tiempo t. Primeramente calcule los valores de los factores: 0B 0A C C Ln y  0B0A CC  [3.7.2] MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 85 /170 Experiencia 1. Concentración inicial de acetato de etilo: Tiempo (min) A0B A0A CC CC Ln   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.7.2. Cálculos necesarios para el cálculo de la constante de velocidad para concentración inicial de acetato de etilo M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 86 /170 Figura 3.7.1. Representación gráfica de A0B A0A CC CC Ln   frente al tiempo para una concentración inicial de acetato de etilo _____ M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 87 /170 Experiencia 2. Concentración inicial de acetato de etilo: Tiempo (min) A0B A0A CC CC Ln   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.7.3. Cálculos necesarios para el cálculo de la constante de velocidad para concentración inicial de acetato de etilo ____ M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 90 /170 Figura 3.7.3. Representación gráfica de A0B A0A CC CC Ln   frente al tiempo para una concentración inicial de acetato de etilo _____ M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 91 /170 Experiencia 4. Concentración inicial de acetato de etilo: Tiempo (min) A0B A0A CC CC Ln   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Tabla 3.7.5. Cálculos necesarios para el cálculo de la constante de velocidad para concentración inicial de acetato de etilo ____ M M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 92 /170 Figura 3.7.6. Representación gráfica de A0B A0A CC CC Ln   frente al tiempo para una concentración inicial de acetato de etilo ____ M MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 95 /170 De las gráficas anteriores obtenga los datos necesarios para completar la tabla siguiente: Experiencia CA0 CB0 0B 0A C C Ln teórico 0B 0A C C Ln experimental  0B0A CC  k 1 2 3 4 5 Tabla 3.7.7. Cálculo de las constantes de velocidad para cada una de las experiencias realizadas, manteniendo la concentración de hidróxido sódico constante Realizando una media de los valores obtenidos, la constante de velocidad es: k = MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 96 /170 7.4.6 Práctica 6. Operación en discontinuo. Cálculo de la constante de velocidad. Concentración inicial de acetato de etilo constante 7.4.6.1 Objetivo Calcular la constante de velocidad a partir de los datos obtenidos en la práctica 4, en la que se mantuvo la concentración inicial de acetato de etilo constante. 7.4.6.2 Elementos necesarios - Manual de prácticas del equipo QRIAD. 7.4.6.3 Desarrollo de la práctica A partir de la ecuación:  tCCk C C Ln CC CC Ln 0B0A 0B 0A A0B A0A    [3.8.1] Donde k es la constante de velocidad de la reacción, t el tiempo, CA0 y CB0 las concentraciones iniciales de éster (A) y sosa (B) y CA la concentración de éster en el tiempo t. Primeramente calcule los valores de los factores: 0B 0A C C Ln y  0B0A CC  [3.8.2] MANUAL DE PRÁCTICAS Ref. unidad: QRIA/D Fecha: Septiembre 2015 Pg: 97 /170 Posteriormente halle: A0B A0A CC CC Ln   [3.8.3] para cada par de valores de concentración inicial. Representando A0B A0A CC CC Ln   frente al tiempo dará una línea recta de la forma:     0B0A 0B0A CCLna CCkb bxay    [3.8.4] Complete las tablas que aparecen en el apartado siguiente y calcule el valor de la constante de velocidad para el caso en el que se mantiene la concentración inicial de hidróxido sódico y para el caso en el que la concentración inicial constante es la de acetato de etilo. 7.4.6.4 Resultados y tablas Para todos los cálculos en este apartado la concentración inicial de acetato de etilo, CA0, es: CA0= M Con los cálculos realizados en la práctica 4, tabla 3.6.1, para los valores de concentración inicial de hidróxido sódico, complete las tablas siguientes y realice las gráficas A0B A0A CC CC Ln   versus tiempo, para cada una de las concentraciones iniciales de hidróxido sódico.