sÍntesis del acetato de etilo
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INDICE GENERAL
CAPITULO 1. MARCO TEÓRICO......................................................................................... 13
1.1 ÉSTERES.......................................................................................................................... 13
1.2 ACETATO DE ETILO ...................................................................................................... 14
1.2.1 GENERALIDADES ..................................................................................................... 14
1.2.2 OBTENCIÓN .............................................................................................................. 15
1.3 HIDROXIDO DE SODIO.................................................................................................. 16
1.3.1 GENERALIDADES ..................................................................................................... 16
1.3.2 OBTENCIÓN .............................................................................................................. 17
CAPITULO 2. DISEÑO DEL TRABAJO EXPERIMENTAL ............................................... 19
2.1 OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO ................................................................................. 19
2.1.1 OBJETIVO GENERAL................................................................................................ 19
2.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................... 20
2.2 MODELO CINÉTICO....................................................................................................... 20
2.3 DISEÑO EXPERIMENTAL.............................................................................................. 21
2.3.1 RECOLECCIÓN DE DATOS ...................................................................................... 23
2.4 DESCRIPCIÓN DEL APARATO EXPERIMENTAL ....................................................... 23
2.5 MATERIALES Y MÉTODOS.......................................................................................... 25
2.5.1 SUPOSICIÓNES GENERALES................................................................................... 25
2.5.3 MÉTODOLOGIA ........................................................................................................ 26
2.6 ANÁLISIS DE DATOS..................................................................................................... 26
CAPITULO 3. TRABAJO EXPERIMENTAL ........................................................................ 29
3.1 DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO ............................................................................ 29
3.1.1 PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES ................................................................... 30
CAPITULO 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................... 35
4.1 CÀLCULOS...................................................................................................................... 35
4.2 ANÀLISIS......................................................................................................................... 40
CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 43
6
REFERENCIAS ........................................................................................................................ 45
ANEXOS.................................................................................................................................... 51
7
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Planta Tokuyama (Yamaguchi, Japón) ............................................................16
Figura 1.2 Planta de producción de Soda cáustica. ............................................................18
Figura 3.1 Aparato experimental diseñado ........................................................................30
Figura 4.1 .........................................................................................................................38
Figura. 4.2 ........................................................................................................................39
Figura. 4.3 ........................................................................................................................40
Figura. B.1 .......................................................................................................................58
Figura. B.2 .......................................................................................................................60
Figura. B.3 .......................................................................................................................62
Figura. B.4 .......................................................................................................................65
8
INDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Propiedades físicas del Acetato de etilo .............................................................15
Tabla 1.2 Propiedades físicas del Acetato de etilo .............................................................17
Tabla 2.1 Instrumentos y Soluciones.................................................................................26
Tabla 3.1. Equipo de Laboratorio......................................................................................29
Tabla 3.2. Equipo para el reactor ......................................................................................30
Tabla 3.3 ..........................................................................................................................32
Tabla 3.4 ..........................................................................................................................32
Tabla 3.5 ..........................................................................................................................33
Tabla 4.1 ..........................................................................................................................37
Tabla 4.2 ..........................................................................................................................38
Tabla 4.3 ..........................................................................................................................39
Tabla 4.4. Porcentajes de error en las mediciones .............................................................41
Tabla A.1.Instrumentos y soluciones ................................................................................53
Tabla A.2.Tiempo vrs. Titulación .....................................................................................54
Tabla B.1..........................................................................................................................57
Tabla B.2..........................................................................................................................58
Tabla B.3..........................................................................................................................59
Tabla B.4..........................................................................................................................60
Tabla B.5..........................................................................................................................61
Tabla B.6..........................................................................................................................62
Tabla B.7..........................................................................................................................63
Tabla B.8..........................................................................................................................65
9
SIGLAS
CPS Chemistry Panel System
CSIRO Commonwealth Scientific & Industrial Resarch Organisation
E.U.A. Estados Unidos de América
FIUBA Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires
ITESM Instituto Técnico de Monterrey
UNCU Universidad Nacional de Cuyo
UPV Universidad del País Vasco
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SIMBOLOGÍA
C Concentración
ºC Grados Celsius
cal Caloría
cm Centímetro
cP Centipoise
dyn Dina
g Gramo
L Conductividad
l Litro
H Hidrógeno
ml Mililitro
mS Milisiemens
mV Milivolt
min Minuto
N Normal
N Número de moles
pH Potencial de hidrógeno
r Velocidad de reacción
R Representación de un radical orgánico
R’ Representación de un radical orgánico diferente de R
R’COOR Fórmula general de un éster
Rpm Revoluciones por minuto
s Segundo
t Tiempo
Torr Torricelli (Unidad de presión)
V Volumen
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CAPITULO 1. MARCO TEÓRICO
Si uno no sabe algo, lo mejor es saber dónde encontrarlo Samuel Johnson
Se dice que la ignorancia del ser humano es lo que le hace temer a lo desconocido; por esta razón
siempre debemos vivir en un aprendizaje continuo para que la luz del conocimiento disipe las
sombras de lo desconocido y lo incierto.
En el presente capítulo se aborda de manera breve y puntual el estudio de las sustancias químicas
con las que eventualmente se trabajará en la parte experimental, para el desarrollo de este trabajo;
dándole así al lector un panorama general de las características, propiedades y usos de dichos
compuestos, para una mejor comprensión.
1.1 ÉSTERES
Estrechamente relacionadas con los ácidos carboxílicos, y entre sí, existe una serie de familias
químicas conocidas como derivados funcionales de los ácidos carboxílicos. Los miembros de este
particular grupo de compuestos son los cloruros de ácido, anhídridos, amidas y ésteres. [Morrison
y Boyd. 1990: p.842]
Los ésteres son compuestos formados al reaccionar el ácido carboxílico con un alcohol o un fenol.
El agua es eliminada y el hidrógeno ácido se reemplaza por un radical orgánico, obteniéndose un
compuesto cuya fórmula general es R’COOR, donde R’ puede ser H o un grupo alquilo o arilo y R
es un grupo alquilo o arilo. Su constitución es similar a la de las sales y se diferencian de éstas en
que no se ionizan. [Babor y Aznáres. 1963: p.940]
En general, los ésteres de los ácidos orgánicos son líquidos neutros, incoloros, con olor agradable,
e insolubles en agua, aunque se disuelven con facilidad en disolventes orgánicos Son muy
utilizados en perfumería y como saborizantes en la industria de confitería y de bebidas. Muchas
frutas deben su sabor y olor característicos a la presencia de pequeñas cantidades de ésteres.
[Chang. 1992: p.1011]
14
Los ésteres se hidrolizan en presencia de un catalizador ácido para producir un ácido carboxílico y
un alcohol. Sin embargo esta reacción no llega a completarse porque se da la formación de éster a
partir del alcohol y el ácido, es decir, la reacción inversa. Por esta razón la hidrólisis de los ésteres
por lo general se realiza en disoluciones básicas. Es de hacer notar que el álcali empleado no actúa
como catalizador, sino que se consume en la reacción. [Chang. 1992: p.1011]
Chang et al. [1992: p.1011] menciona que el término saponificación fue utilizado originalmente
para describir la hidrólisis alcalina de los ésteres de los ácidos grasos para producir moléculas de
jabón; de hecho, es una de las reacciones químicas más antiguas que se conocen; como ejemplo, ya
era utilizada en la época de galos y romanos. Sin embargo en la actualidad el término se ha
generalizado para la hidrólisis alcalina de cualquier tipo de éster.
1.2 ACETATO DE ETILO
1.2.1 GENERALIDADES
El Acetato de etilo es un líquido incoloro, con olor a frutas, menos denso que el agua y ligeramente
miscible con ella. Sus vapores son más densos que el aire. [Márquez. Sin fecha]
El acetato de etilo es ampliamente utilizado en la industria de procesos químicos debido a su fino
poder de solución y a su abundante disponibilidad por su bajo costo. Comúnmente es utilizado en
esencias naturales de frutas, como solvente de nitrocelulosa, barnices y lacas, en la manufactura de
piel artificial, películas y placas fotográficas, seda artificial, perfumes y limpiadores de telas,
descafeinado de café, entre otros. [Márquez. Sin fecha]
A continuación se listan algunas de sus propiedades físicas:
15
Propiedades
Peso molecular 88.11
Punto de ebullición 77.11 ºC
Presión de vapor 73.0 Torr a 20 ºC
Punto de congelación – 83.97 ºC
Índice de refracción 1.3724 a 20 ºC
Densidad 0.9006 g/ml a 20 ºC
0.8945 g/ml a 25 ºC
Constante dieléctrica 6.02 a 25 °C
Viscosidad 0.45 cP a 20 ºC
Tensión Superficial 23.75 dyn/cm a 20 °C
Tabla 1.1 Propiedades físicas del Acetato de etilo
[Lousiana State University. Sin fecha]
1.2.2 OBTENCIÓN
De los posibles caminos de síntesis del acetato de etilo, sólo se han empleado hasta ahora dos
procedimientos industriales. La materia de partida, según el país, es el etanol o el acetaldehído.
En E.U.A., donde el alcohol es muy barato, se obtiene a partir de la esterificación del ácido acético
en presencia de un catalizador ácido [Anónimo 1. Sin fecha]:
OHHCOOCCHCOOHCHOHHC H2523
][352 + →←+ ⊕
En otros países, en los que se dispone de suficiente acetaldehído, Japón por ejemplo, o donde el
etanol tiene un mayor costo, se emplea preferentemente, como proceso de obtención, la reacción de
Tischenko con acetaldehído [Anónimo 1. Sin fecha]:
523][
32 HCOOCCHCHOCH Cat →
16
El catalizador empleado es una disolución de alcoholato de aluminio en una mezcla de
etanol/acetato de etilo con iones de Zn+ y CI-. En esta disolución y con enfriamiento a 0 – 5
ºC se produce la reacción exotérmica del acetaldehído a acetato de etilo [Anónimo 1. Sin fecha]
Cabe mencionar que de los métodos actuales de producción de acetato de etilo, la obtención por
medio de acetaldehído presenta un menor costo e inversión [Chang. 2001].
El acetato de etilo es un disolvente oxigenado, que se utiliza sobre todo en la fabricación de tintas y
pinturas. También es utilizado en la fabricación de productos farmacéuticos [Anónimo 2. 2001].
Figura 1.1 Planta Tokuyama (Yamaguchi, Japón)
para producción de Acetato de etilo [Showa Denko. 2002]
1.3 HIDROXIDO DE SODIO
1.3.1 GENERALIDADES
El hidróxido de sodio es uno de los principales compuestos de sodio. Es un sólido blanco e
higroscópico, corrosivo para la piel y que se disuelve muy bien en el agua
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A continuación se listan algunas de sus propiedades físicas:
Propiedades
Peso molecular 40.01
Punto de fusión 318.4 ºC
Punto de ebullición 1390 ºC
Densidad 2.13 g/ml a 20 ºC
Calor de fusión 40 cal/g
Tabla 1.2 Propiedades físicas del Acetato de etilo
[CSIRO Atmosferic Research. 2002]
El hidróxido de sodio es ampliamente utilizado en la producción de rayón y en la industria
jabonera. Además, en la industria textil se utiliza para desengrasar, blanquear, teñir, etc. Tiene
múltiples aplicaciones como reactivo químico, en la fabricación de sustancias orgánicas, industrias
de papel, vidrio, cuero caucho explosivos, pinturas y barnices y muchas otras industrias. [Kirk y
Othmer. 1961: vol. 1: p.679]
1.3.2 OBTENCIÓN
El hidróxido de sodio puede prepararse por dos métodos distintos [Babor y Aznáres. 1963: p.699]:
tratando carbonato de sodio con cal apagada en un proceso llamado caustificación o por electrólisis
de una solución de cloruro de sodio, también conocido como Proceso Castner-Kellner [Liptrot.
1977: p.219]
En la actualidad, sin lugar a duda es el método electrolítico el más comúnmente utilizado en la
obtención de hidróxido de sodio. Se utiliza salmuera como materia prima y mediante electrólisis el
cloro es descargado en el ánodo y el sodio en el cátodo. El sodio es separado y se hace reaccionar
con agua para formar la soda cáustica. [Liptrot. 1977: p.219]
Existen en la actualidad tres tecnologías para realizar la electrólisis de la salmuera [Olin. Chlor
Álcali products. 2001]:
18
Células de Mercurio. En éstas, el mercurio constituye el cátodo donde se electrodeposita el
sodio y es esta amalgama la que se hace pasar por agua para formar el hidróxido.
Células de Diafragma: En este proceso se utiliza asbesto (o algún sustituto alternativo),
para separar el cloro y la soda cáustica producidos en la electrólisis. Como la concentración
de NaOH presente en el “licor de la celda” es muy baja, éste pasa por una serie de
evaporadores de múltiple efecto para aumentarla.
Células de Membrana: Este proceso utiliza una membrana selectiva para separar los iones
Na+ que luego se harán reaccionar con agua para obtener el hidróxido.
Figura 1.2 Planta de producción de Soda cáustica.
Runcorn, Reino Unido [INEOS Chlor. 2001]
19
CAPITULO 2. DISEÑO DEL TRABAJO EXPERIMENTAL
Entre más grande es el obstáculo, más grande es la gloria al vencerlo Moliére
Todos los problemas son llamadas de atención para nuestra creatividad y, precisamente, la
ingeniería química es la profesión que requiere la aplicación creativa de principios científicos para
sortear los obstáculos con los que se enfrenta.
La solución adecuada a los problemas requiere que se describa cuantitativamente o se modele el
comportamiento de los elementos involucrados en el mismo. Teniendo esto en cuenta, en el
presente capítulo se aborda el diseño experimental y la metodología a seguir para, en base a los
objetivos y lineamientos planteados, desarrollar el trabajo de laboratorio; para luego, en un
posterior análisis, determinar el modelo cinético de la reacción en estudio que mejor represente los
datos obtenidos.
2.1 OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO
Los objetivos son aquellas metas que se quieren alcanzar llevando a cabo una o varias actividades.
Por esta razón, establecerlos es el primer paso en la elaboración de una estrategia de solución.
El presente trabajo se desarrolla alrededor del cumplimiento del objetivo general a través de los
objetivos específicos.
2.1.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar la cinética de reacción de la saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio
en un reactor discontinuo.
20
2.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar la variación de la conductividad en el tiempo.
Utilizar el método de análisis integral para determinar los parámetros cinéticos de reacción
como lo son la constante de Arrehenius y el órden de la reacción
2.2 MODELO CINÉTICO
El estudio experimental de las velocidades de reacción se realiza midiendo las concentraciones en
función del tiempo a determinadas temperaturas. Sin embargo, en el caso de reacciones muy
rápidas se deben llevar a cabo las mediciones correspondientes de manera alternativa.
Los procedimientos de análisis se pueden dividir en dos amplios grupos, químicos y físicos, cuya
diferencia principal es que en el primero se separa una cantidad de sustancia del reactor para su
posterior análisis. Para que los métodos químicos sean eficaces, deben ser rápidos comparados con
la reacción a estudiar o se debe frenar la reacción mientras dure el análisis. [UPV. Sin fecha]
Un método físico es aquel que mide alguna propiedad física de manera directa en la mezcla que
cambia a lo largo de la reacción. Puesto que los métodos físicos son rápidos y evitan el tener que
sacar muestras del reactor para su análisis, son más convenientes que los métodos químicos. [UPV.
Sin fecha]
El presente trabajo estudia la saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio en un
reactor discontinuo:
OHHCCOONaCHNaOHHCOOCCH 523523 +→+ (Ec. 2.1)
21
Para esta reacción la ecuación de velocidad se puede formular por medio de la siguiente expresión,
que relaciona la velocidad de desaparición rNaOH con las concentraciones de los reactivos y los
productos:
dcba
NaOH OHHCCOONaCHKNaOHHCOOCCHKr ][][][][ 52315231 −−=− (Ec. 2.2)
En esta expresión, a, b, c y d representan los órdenes desconocidos de la reacción, k1 y k -1 son las
constantes de velocidad hacia la derecha e izquierda, respectivamente, y las fórmulas entre
paréntesis denotan las concentraciones de los compuestos. Para el análisis integral de los datos es
necesario suponer una forma funcional de la ecuación de reacción (es decir, orden cero, primer
orden, segundo orden con respecto a un reactivo determinado), que posteriormente se introduce en
un balance de materia dentro del reactor. Los valores en la literatura indican que la constante de
equilibrio para esta reacción es muy grande ( ∞→−11 / kk ), por lo tanto la reacción es irreversible.
Como primera suposición, la reacción se puede considerar de primer orden para ambos reactivos.
Por consiguiente, 11 ][][ NaOHEtAckrNaOH =− , donde k representa la constante de velocidad de
reacción. [Chopey y Hick. 1990: p.5-2 – 5-7]
Para la comprobación de este modelo cinético se aplicará el método físico. Con cantidades
equimolares de Acetato de Etilo e Hidróxido de Sodio de manera que la ecuación cinética se
reduzca a:
2][NaOHkrNaOH =− (Ec. 2.3)
2.3 DISEÑO EXPERIMENTAL
Una reacción es de segundo orden si la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración
de uno de los reactivos o al producto de las concentraciones de dos especies reactivas. [Chopey y
Hick. 1990: p.5-2 – 5-7]
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El balance de materia transitorio para el NaOH para un reactor discontinuo e isotérmico es (NaOH
que entra) – ( NaOH que sale) + (NaOH total generados) = (NaOH acumulado). Para este sistema
[Chopey y Hick. 1990: p.5-2 – 5-7]:
dtdNVr NaOH
NaOH =+ (Ec. 2.4)
Donde: r = velocidad de generación
V= volumen del reactor
N = número de moles
t = tiempo
Reordenando:
2][][ NaOHkdtNaOHd =− (Ec. 2.5)
La ecuación anterior se puede separar e integrar para obtener un perfil de tiempo contra
concentración:
∫∫ =−1
0
1][
][ 2][][ dtk
NaOHNaOHdNaOH
oNaOH (Ec. 2.6)
Al realizar las integraciones indicadas y simplificar se obtiene la expresión:
ktNaOHNaOH
−=−][
1][
1
0
´ (Ec. 2.7)
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Si la gráfica obtenida al representar los valores experimentales de
−
][1
][1
0 NaOHNaOH vrs
tiempo es una línea recta, la reacción es de segundo orden, siendo la pendiente de la recta la
constante de velocidad. [Timmermann, 2002], [Chopey y Hick. 1990: p.5-2 – 5-7]
La elaboración de esta gráfica y la consecuente comprobación del modelo cinético propuesto deben
llevarse a cabo a partir de datos de concentración y tiempo. Estos datos serán obtenidos de forma
experimental utilizando un reactor discontinuo.
2.3.1 RECOLECCIÓN DE DATOS
Método Físico (Conductivimetría)
Este método se puede aplicar cuando la reacción involucra iones, ya que la concentración varía con
el tiempo y por lo tanto también varía la conductividad de la solución. La conductividad de un ión
depende de la movilidad iónica, que a su vez depende del tamaño del ión.
Desde el momento en que los reactivos se mezclan, la conductividad a lo largo de la reacción irá
disminuyendo en el transcurso de la misma. Esto sucede debido a que la conductividad equivalente
de los iones Hidróxido es mayor que la de los iones Acetato, y éstos sustituyen a los Hidróxidos en
la reacción; mientras que el Acetato de Etilo y el Alcohol Etílico no son especies iónicas por lo
que la conductividad no se verá afectada por ellos.
Como el Hidróxido y el Acetato de Sodio son electrolitos fuertes, sus conductividades pueden
considerarse proporcionales a sus respectivas concentraciones. Haciendo uso de esta característica
se pueden calcular concentraciones a partir de la Conductividad.
2.4 DESCRIPCIÓN DEL APARATO EXPERIMENTAL
Para el desarrollo de nuestro trabajo emplearemos el equipo Leybold Didactic
Este equipo consta de las siguientes partes:
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• Estructura de montaje o chasis
Consiste en tres niveles de montaje para el resto de los instrumentos de
medición. Con este propósito, está provisto de cuatro rieles para facilitar el
deslizamiento horizontal del resto del equipo de medición.
Sonda de temperatura
Es un termopar de NiCr – Ni. Mide rangos desde –200 ºC hasta 1200 ºC.
No debe utilizarse en líquidos que sean abrasivos para el níquel. Su tiempo
de respuesta es de 0.8 s para líquidos y más de 15 s para gases, y su
longitud es de 15 cm.
Medidor digital de temperatura CPS
Está adaptado a la sonda de temperatura y permite la visualización digital
de las mediciones.
• Recirculador con calentamiento F6 HAAKE
La tarea principal de este pequeño recirculador con calentamiento es el
control de la temperatura de instrumentos, como viscosímetros, fotómetros
y recipientes de reacción a diferentes temperaturas
• Agitador HEIDOLPH RZR 2020
Está equipado con un motor con engranaje regulable y su amplia gama de
revoluciones se obtiene mediante un engranaje de dos fases. Los
elementos empleados no requieren mantenimiento alguno y prácticamente
no tiene desgaste.
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El agitador tiene dos campos de revoluciones:
Campo I: 40 – 400 rpm
Campo II: 200 – 2000 rpm
El equipo consta de un control térmico para evitar daños en caso de
sobrecarga o bloqueo. En tal caso, el aparato se detiene de manera
automática.
• Medidor de conductividad WTW LF 320
Es un set completo provisto del aparato, celda de conductividad y solución
de KCl para calibración. Puede medir la conductividad de una solución en
un rango de 0µS/cm hasta 500mS/cm. El dispositivo no solo registra la
conductividad de una solución sino también su temperatura y los sólidos
totales disueltos
2.5 MATERIALES Y MÉTODOS
2.5.1 SUPOSICIÓNES GENERALES
Las mediciones en el laboratorio se hacen a pequeña escala de manera que se puedan lograr
condiciones ideales como [Vargas. 2001]:
• La concentración de un reactivo o producto y la temperatura son las mismas en cualquier
parte del reactor.
• A temperatura constante la expresión de velocidad de la reacción es función de las
concentraciones de los reactivos y productos.
26
2.5.3 MÉTODOLOGIA
Materiales
INSTRUMENTOS SOLUCIONESEquipo Laybold Didactic NaOH 0.1 NMedidor de conductividad Acetato de Etilo 0.1 N2 Pipetas de 100 ml 1 Erlenmeyer de 250 ml2 Baños Termostáticos a 40ºC
Tabla 2.1 Instrumentos y Soluciones
Se deben preparar las soluciones de Acetato de Etilo e Hidróxido de Sodio de manera que tengan la
misma concentración (en este caso se preparan 250ml de cada reactivo a 0.1N). Ambas se
termostatizan a 40ºC y se prepara para su uso el aparato diseñado.
Se vierte el NaOH en la solución de Acetato de Etilo, se pone en marcha el cronómetro y se
comienza a tomar las lecturas de conductividad hasta obtenerse un valor constante.
Para relacionar la conductividad con la concentración es necesario conocer dos parámetros
adicionales que son: su valor inicial en la solución de NaOH y su valor final en la mezcla. La
primera de estas no es más que la conductividad de una dilución de 25ml de la solución de NaOH
0.1N con 25ml de agua destilada. El segundo parámetro es la conductividad de la mezcla después
de 24 horas de comenzada la reacción. [Timmermann, 2002]
Se hace uso de las ecuaciones pertinentes para convertir la conductividad en concentración y
elaborar la gráfica requerida. [Timmermann, 2002]
2.6 ANÁLISIS DE DATOS
La ecuación que relaciona la conductividad con la concentración:
27
010
11 ][*][ NaOHKKKKNaOH A
−−= (Ec. 2.8)
Donde: CA1 es la conductividad medida
Ko es la conductividad antes de añadir el éster
K1 es la conductividad al final de la reacción.
Una vez expresados los datos en la forma requerida (inverso de la concentración y tiempo) se
realiza una regresión lineal donde el inverso de la concentración es nuestra variable dependiente y
el tiempo es la variable independiente, se verifica que la correlación sea aproximadamente uno, si
esto se cumple se tiene la certeza de que la ecuación es de segundo orden y que la pendiente de la
recta equivale al valor de la constante de velocidad “k”. Este valor de k sería nuestra k
experimental la cual puede ser comparada con la k teórica que se obtiene de la ecuación de
Arrhenius. [Masciarelli, Stancich y Mackler. Sin fecha]
De esta manera confirmamos y comprobamos todos los supuestos planteados durante toda la
práctica para finalmente poder expresar una ecuación de velocidad que refleje a cabalidad el
muestreo de datos realizados. [Chopey y Hick. 1990: p.5-2 – 5-7]
43
CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Yo solo sé que no sé nada
Sócrates
Al llegar al final de nuestro viaje a través de esta parte del mundo de la cinética, hemos adquirido
nuevos conocimientos en base a la experiencia vivida. Dichos conocimientos serán valorados en
esta tierra de aprendizaje continuo, donde la llama de conocimientos que acaba de encenderse nos
ayudará a disipar las sombras de la ignorancia, lo desconocido y lo incierto.
A continuación listamos las conclusiones y recomendaciones a las que llegamos al final de nuestra
experiencia:
La velocidad de reacción de la saponificación del Acetato de Etilo con Hidróxido de Sodio es
elemental y de primer orden con respecto a cada reactivo; por ende, el orden global de la reacción
es de dos.
Los resultados qué más se apegan a lo que predice la teoría y que validan al modelo propuesto son
los de la tercera corrida, cuyo porcentaje de error es el menor obtenido. Por tanto se puede concluir
que el valor experimental de k es de 16.919 l/mol*min.
La medición de la conductividad se realiza de manera más efectiva para una concentración
alrededor de 0.1N que para la propuesta originalmente de 0.02N, ya que el punto final de la
reacción no se aprecia con claridad a tan bajas concentraciones
Antes de iniciar la toma de datos es necesario haber calibrado todos los aparatos a utilizar para
asegurar la precisión de los mismos
Como pudimos corroborar, la reacción de saponificación del Acetato de Etilo con Hidróxido de
Sodio es exotérmica, por lo que es necesario monitorear la temperatura de manera efectiva y
constante a lo largo de todo el experimento para obtener mejores resultados.
44
45
REFERENCIAS
PÁGINAS WEB Y OTRAS REFERENCIAS CONSULTADAS
Microsoft ® Encarta ® Biblioteca de Consulta 2002. © 1993-2001 Microsoft Corporation.
Reservados todos los derechos.
http://www.udec.cl/sqrt
Sistema de Gestión para el Manejo de Sustancias Químicas y Residuos Tóxicos
http://macro.lsu.edu/HowTo/solvents
Propiedades de solventes comunes
http://132.248.56.130/qo1/a7.htm
Productos de Oxidación del etileno
http://www.spc.com.cn/spcspc/Chinese/tep/2002/200201/xm-01.htm
Comparación tecno-económica sobre varios métodos de preparación de Acetato de etilo
http://www.ndtcabin.com/articles/bp_avada.php
Artículo de la revista NDTCabin sobre la planta de producción de Acetato de etilo más grande del
mundo.
http://www.sdk.co.jp/ejigyobu/j_sekiyu/yuuki/yuuki.htm
División de Química Orgánica de la compañía japonesa Showa Denko
http://www.dar.csiro.au/airwatch/awsafetysh.html
Hoja de Seguridad del hidróxido de sodio
http://www.olinchloralkali.com/library/manuf.asp
Tecnologías para la obtención de hidróxido de sodio mediante electrólisis
46
http://www.chlor-
chemicals.com/pressoffice/picturearchive/man/Man_Anhydrous_Caustic_Soda_Plant.html
Planta de producción de soda cáustica en Runcorn, Reino Unido
http://www.leybold-didactic.de/phk/produkte.asp
Productos Leybold Didactic
http://heidolph.neptun.diewerber.de/en_GB/laboratory/jsindex.htm
Agitadores externos Heidolph
http://www.thermo.com/eThermo/CDA/BU_Home/BU_Homepage/0,1285,108,00.html
Productos Termo Haake
http://www.wtw.com/gb/index_produkte.html
Productos WTW
http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/practicas/introduccion.htm
Experiencia de laboratorio de Ingeniería de la Reacción Química de la UPV sobre la saponificación
del acetato de etilo.
http://www.fi.uba.ar/materias/6307/QFII-2M2C2-GuiaLaboratorio.PDF
Práctica de cinética química de la Guía de Laboratorio de Química Física II de la FIUBA.
http//fing.uncu.edu.ar/catedras/petroleos/fisicoquimica/archivos/Trabajos_Practicos_de_Lab
oratorio/saponificacion.pdf
Práctica de Cinética Química de la Guía de Trabajos Prácticos de Laboratorio de la Facultad de
Ingeniería de la UNCU.
http://wwww.mty.itesm.mx/dia/deptos/iq/iq95-972/cinetica.PDF
Práactica No. 4 del Manual de Operaciones Unitarias II del ITESM, Campus Monterrey
47
http;//www.modeladoeningenieria.edu.ar/utnfrro/ingenieria_reacciones/tp/tp1/pdf
Trabajo Práctico Nº1 de la Cátedra de Ingeniería de las Reacciones de la UTNFRRO.
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
Anónimo 1 [Sin fecha] Productos de oxidación del etileno.
[http://132.248.56.130/qo1/a7.htm#_Toc482551860]
Anónimo 2 [2001] World's Largest Ethyl Acetate Plant starts full production in Hull. NDTCabin
“The Internet Magazine for NST Professionals
[http://www.ndtcabin.com/articles/bp_avada.php]
Babor. J.A. y J.I. Aznáres [1963] Química General Moderna. Editorial Marín S.A., Barcelona,
España.
Chang, R. [1992] Química. McGraw–Hill Interamericana de México S.A. de C.V., México.
Chopey. N y P. Hick[1990] Manual de Cálculos de Ingeniería Química, McGraw–Hill
Interamericana de México S.A. de C.V., México
CSIRO Atmosferic Research [2002] Material Safety Data of Sodium Hydroxide. Australia
[http://www.dar.csiro.au/airwatch/awsafetysh.html]
Gaido. A, A. Ruiz y F. Bonami [2002] Cinética Química: Saponificación del Acetato de Etilo.
Mendoza, Argentina.
[http//fing.uncu.edu.ar/catedras/petroleos/fisicoquimica/archivos/Trabajos_Practicos_de_Lab
oratorio/saponificacion.pdf]
INEOS Chlor [2001] Reino Unido
[http://www.chlor-
chemicals.com/pressoffice/picturearchive/man/Man_Anhydrous_Caustic_Soda_Plant.html]
48
Kirk. R.E.y D.F. Othmer [1961] Enciclopedia de Tecnología Química. Unión Tipográfica Editorial
Hispano–Americana. México
Liptrot. G.F. [1977] Química Inorgánica Moderna. Compañía Editoral Continental, S.A. de C.V.
Distrito Federal, México
Lousiana State University [Sin fecha] Macromolecular Studies Group. E.U.A.
[http://macro.lsu.edu/HowTo/solvents/ethylacetate.htm]
Marquez. F. [Sin fecha] Sistema de Gestión para el Manejo de Sustancias Químicas y Residuos
Tóxicos. Chile. [http://www.udec.cl/sqrt/fich/ACETATO.htm]
Masciarelli. R., S. Stancich y C. Mackler [Sin fecha] trabajo Práctico Nºi: Hidrólisis Alcalina de un
éster en un reactor discontinuo. UTNFRRO. Argentina
[http;//www.modeladoeningenieria.edu.ar/utnfrro/ingenieria_reacciones/tp/tp1/pdf]
Morrison. R.T. y R.N. Boyd [1990] Química Orgánica. Addison – Wesley Iberoamericana,
Wilmington, Delaware, E.U.A.
Olin. Chlor Álcali products [2001] Caustic Soda Production. E.U.A.
[http://www.olinchloralkali.com/library/manuf.asp]
Showa Denko [2002] Japón. [http://www.sdk.co.jp/ejigyobu/j_sekiyu/yuuki/yuuki.htm]
Timmermann. E.O. [2002] Guía de Laboratorio de Química Física II. FIUBA. Argentina
UPV [Sin fecha] Manual de Prácticas. Ingeniería de la Reacción Química. País Vasco
[http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/practicas/introduccion.htm]
Vargas. L.M. [2001] Manual de Operaciones Unitarias II, ITESM. Monterrey, México.
[http://wwww.mty.itesm.mx/dia/deptos/iq/iq95-972/cinetica.PDF]
49
Xiong. L. [2001] Techno-Economic Comparison of Several Preparation Methods of Ethyl Acetate.
China. [http://www.spc.com.cn/spcspc/Chinese/tep/2002/200201/xm-01.htm]
51
ANEXOS
Este no es el fin. Ni siquiera es el principio del fin. Pero sí es el fin del principio.
Winston Churchill
53
ANEXO A
MÉTODO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CINÉTICA DE
REACCIÓN
Método Químico (Titulación Ácido/Base)
Este método consiste en poner en contacto los reactivos (en un reactor batch) y extraer muestras a
intervalos de tiempo específicos del sistema para determinar la concentración del Hidróxido de
Sodio a medida que la reacción transcurre. Para que las medidas sean precisas se debe interrumpir
la reacción vertiendo cada muestra en un exceso de ácido valorado. La concentración de álcali se
determina mediante titulación por retorno de ácido. Este es un método visual que ocupa como
indicador a la fenoftaleina, considerando el punto final de la titulación cuando la coloración de la
muestra se extiende por más de un minuto. De esta manera se miden directamente la concentración
y el tiempo. [Gaido, Ruiz y Bonami, 2002]
Metodología
Materiales
INSTRUMENTOS SOLUCIONES1 Pipeta de 25 ml. Graduada Solución de NaOH 0.02 N(f=1)1 Pipeta de 50 ml. Aforada Solución de NaOH 0.01N valorada9 Erlenmeyers de 250 ml. Solución de HCl 0.005 N valorada1 Bureta de 25 ml. Acetato de Etilo 2 Matraces aforados de 200 ml. Fenoftaleína 1%3 Matraz de 500 ml.2 Cronómetros1 Baño Termostático a 25ºC
Tabla A.1.Instrumentos y soluciones
54
Procedimiento
Se preparan 200 ml 0.02 N de Acetato de Etilo e Hidróxido de Sodio, nueve Erlenmeyers de 250
ml (debidamente numerados) conteniendo 50 ml de HCl 0.005N y suficiente NaOH al 0.01N para
titular en caliente. [Gaido, Ruiz y Bonami, 2002]
Los 200 ml al 0.02N de Acetato de Etilo e Hidróxido de Sodio se colocan en dos diferentes
Erlenmeyers de 500 ml y se termostatizan a 25ºC por treinta minutos. Una vez hecho esto se vierte
la solución de NaOH sobre el Acetato de Etilo, poniendo en marcha ambos cronómetros. Se agita
vigorosamente durante unos segundos y se vuelve a colocar en el termostato. [Gaido, Ruiz y
Bonami, 2002]
La extracción de las muestras se realiza con una pipeta de 25 ml a intervalos de tiempo variables.
Cada muestra se verterá uno de los nueve Erlenmeyer antes mencionados donde se titulará con
NaOH 0.01 N en caliente (usando Fenoftaleína como indicador). Se manipulará uno de los
cronómetros de manera que se mida el punto donde se interrumpa la reacción lo más exactamente
posible, reportando los datos obtenidos en la siguiente tabla:
MUESTRA TIEMPO (MIN) TITULACIÓN (Vol. de NaOH 0.01 N)1 32 63 94 135 176 227 278 339 40
Tabla A.2.Tiempo vrs. Titulación
Análisis de datos
Los datos obtenidos del experimento de titulación son el tiempo y el volumen titulado de NaOH
utilizando la ecuación:
55
2211 VCVC = (Ec. A.1)
Se despeja la concentración deseada utilizando el valor del título y las constantes previamente
fijadas.