Practica de Reactores 3(1)

7/23/2019 Practica de Reactores 3(1)

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL(IPN).

Departamento de Fisicoqumica(ESI!IE IPN).

LABORATORIO DE CINTICA Y REACTORESHOMOGNEOS.

Pr"ctica No# $

Infuencia de la tempeatua !"#e la $el"cidadde eacci%n del a&ua "'i&enada.

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Fec%a de entre&a#''Ferero*+',

Escue-a Superior de In&eniera !umica e IndustriasEtracti/as

Academia de Fisicoqumica.


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Objetivos.

-Aplicar el mtodo matemtico integral o diferencial para el tratamiento de

datos experimentales en la determinacin de la constante de velocidad y el

orden de reaccin.

-Determinar los valores de la energa de activacin y el factor de

frecuencia, aplicando la ecuacin de Arrhenius.

Fundamentos Tericos.

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reaccin (-ra).

La velocidad de reaccin normalmente se incrementa con la elevacin de la

temperatura , para las reacciones heterogneas (2 o ms fases) la

dependencia del coeficiente de cintico (k) o la constante de velocidad con

la temperatura por regla general es menor para las reacciones homogneas

(1 fase), ya que en este es por la influencia de otros factores (Fenmenos de

transferencia en la interface) y la etapa ms lenta de procesos resulta no

resulta de la reaccin misma si no por otros procesos como adsorcin,

difusin. La dependencia de la velocidad de una reaccin homognea con

la temperatura, describe aproximadamente con la regla de VanHoff y con

mayor exactitud por la ecuacin de Arrhenius.

Ecuacin de Arrhenius.

Arrhenius habla sobre a dependencia de la temperatura con la constante

de velocidad mediante una forma exponencial simple:

k=A eE

RT

Donde:

E= Energa de activacin.

A= Factor de frecuencia (mismas unidades de k)


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T= Temperatura

R= Constante de los gases ideales

Energa de activacin.

Para que existe una reaccin qumica es necesario que las molculas

choquen entre si para, para que la colisin sea efectiva es necesario que

las molculas choquen con la orientacin adecuada y con una energa

suficiente, Una reaccin qumica es consecuencia de la reorganizacin de

los tomos de los reactivos para dar en lugar los productos. Este proceso

no se lleva acabo directamente, sino atreves de una asociacin transitoria

de las molculas o estado intermedio denominado Complejo activado.

Factor de Frecuencia (A): Es la probabilidad de colisin efectiva, suma de

las molculas.

Para saber la influencia de la temperatura en la velocidad de una reaccin

qumica se sustutute la K de la ecuacin de Arrhenius.

Tenemos.

rA=K CAn=A e

E

RT CAn

Hay dos mtodos que es mtodo grfico y mtodo analtico para calcular A

y E

Diagrama de energa para reacciones con energa de activacin

Reaccin exotrmica con energa de activacin:


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E < 0

La energa liberada

corresponde a la

diferencia de energa

entre los productos y

los reactantes. Como

la energa de los

productos es menor

a la energa de los

reactantes, se libera

energa en el proces


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Y5Ln6#5LnA

m57E8

T

958T

El mtodo grfico:Se tiene que hacer, se linealiza la ecuacin de

Arrhenius, aplicando algoritmos, para comparar con la ecuacin de la

recta.

k=A e

E

RT

Lnk=L[nA eERT ]

Con la propiedad de los logaritmos (Ln(AB)=LnA+LnB

Lnk=LnAln eE

RT

Lnk=LnAE

R

1

T

y=bmx

De donde se efectua la regresin lineal para obtener m y b, y se calcula E y

A.

E=mR A=eb

El mtodo analtico.

De la ecuacin de Vant Hoff (Se calcula la variacin de energa estndar de

una reaccin)

dLnKe

dT =

H

R T2

'


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H =E1E

2

Ke=K

1

k2

Sustituimos

dLnK

1

k2

dT=

E1E2

R T2

Aplicando logaritmos (Ln(A/B)=LnA-LnB

dLnk1

dT

dLnk2

dT =

E1

R T2

E2

RT2

Sacando las ecuaciones directa e inversa se obtiene una ecuacin general,

se integran los limites de la ecuacin y espejando a E se obtiene

E=[ T1T2T2T

1]RLnK2k

1

Efecto de la temperatura en la velocidad de reaccin

Al incrementar la temperatura la velocidad de la reaccin aumenta. Este

hecho encuentra explicacin en las dos teoras revisadas, dado que un

aumento de la temperatura favorece los choques efectivos entre las

molculas, habiendo, adems, ms molculas de reactantes que poseen laenerga suficiente para formar el complejo activado.

Con esta expresin anterior

calcular E y sustituir este/a-or

en -a ecuaci0n ori&ina- de

Arr%enius para despe1arA


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CALCULOS

Tabla de datos experimentales mtodo titrimtrico a temperatura ambiente

Temperatura ambiente T=19 C

Tiempo(s) Volumen de

Na2S2O3

C H2O2 =Ca

25 !1 !12

"9 !2 !11

1!21 !3 !1

1!"9 !" !9

2!2 !5 !#

2!53 !$ !%

3!23 !% !$

"!2 !# !5

"!"9 !9 !"


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Mtodo utilizado para calcular el modelo cintico mtodo diferencial

t CA=CNaO CA dCA

dt

X=Ln

( CA )

Y=Ln

(

dCA

dt

)

25 !12 !115 "!1$$$$%&1'"

'2!1$2#2 '%!%#322"

=!"%

"9!11

!15 "!23%2#2&1'

"

'2!253%9 '

%!%$$"1$

='$!%1

%2!$!1

!95 5!9523#1&1'

"

'2!353#% '

%!"2$5"9

#9!"!9

!#5 2!3"%"5$&1'

"

'2!"$51 '

#!35%2"

*=!12

9

132!#

!%5 5!5551&1'

"

'2!592$ '

%!59#52

N=!"%

151!#!%

!$5 2!2#3111&1'" '2!%333$ '

#!3#"#"

193!#!$

!55 2!1929#"&1'

"

'2!9"2 '

#!"25%%

2"1!2!5

!"5 3!9$##25"&1

'"

'3!119 '

%!#321"

2$$!" !" + + + +

Modelo Cintico

A=0.001209C a0.47


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Calculo de E y A

lnK=lnAE

R(1T)

y=

b

mx

Por lo tanto A=eb

E=-R*m

A=1.00121

E=8.314*0.47=3.9075


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CUESTIONARIO.

1.- Cul mtodo de clculo elegiste y por qu?

Se utiliz el mtodo integral grfico, ya que es un mtodo preciso, y ms

sencillo para utilizar en la calculadora en Excel y nos optimiza el tiempo

en los clculos porque se obtienen los datos por medio de una regresinlineal y porque los datos usados en graficas se pueden emplear con todos

sus decimales, si asi se desea, para una mayor precisin.

2.- En las grficas de concentracin contra tiempo. A qu crees que se

deban las diferencias?

La diferencia est dada por la tiempo empleada para cada reaccin, porque

esta en proporcin directa con la velocidad de reaccin.

3.- A qu temperatura existi mayor velocidad de reaccin? Fundamentar

la respuesta.

En la temperatura ambiente a 27 C, porque el tiempo de reaccin fue

menor que en la temperatura fra, porque existen ms colisiones entre

molculas ya que tienen energa para chocar entre s.

4.- Tiene validez la ecuacin de Arrhenius? Fundamentar la respuesta.

S, porque mediante esta ecuacin, se puede llegar a la determinacin de la

energa de activacin, la necesaria para que comience una reaccin, y el

factor de frecuencia, mediante la cual se explica la dependencia de la

temperatura con la constante de velocidad k de forma exponencial.


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Debido a que la temperatura aumento, la velocidad de reaccin aumenta.

5.- Se pudiera utilizar algn otro modelo que explique el comportamiento

de la constante de velocidad con la temperatura, si no? Fundamentar larespuesta.

S, Con el modelo de Arrhenius modificada mediante la liberalizacin de la

ecuacin aplicando logaritmos.

Observaciones.

Al haber utilizado el tiempo como factor determinante, se presentaron

algunos errores ya que el vire de titulacin se presenta rpidamente,

aunque la diferencia son por algunos segundos para cada experimento, el

tiempo lo tomamos en minutos con milisegundos y lo tenemos que pasar asegundos para homogeneizar para los clculos.

Conclusiones.

La velocidad de una reaccin est en funcin de la temperatura porque es

empleada para llevar a cabo una reaccin, y tambin el tiempo es muy

importante, ya que nuestra practica se lleva a una agitacin constante

para obtener el vire, la constante cintica (k), se encuentra en funcin de la

temperatura, donde si aumenta la temperatura la velocidad de reaccin


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aumenta y si la temperatura disminuye, el tiempo es mayor, por lo tanto la

temperatura es inversamente proporcional al tiempo.

Bibliografa:

http://es.scribd.com/doc/175502885/Raymond-Chang-Author-Mc-Graw-

Hill-Editor-Qu-Bookos-org#scribd

http://www.deciencias.net/simulaciones/quimica/reacciones/temp.htm
http://es.scribd.com/doc/175502885/Raymond-Chang-Author-Mc-Graw-Hill-Editor-Qu-Bookos-org#scribdhttp://es.scribd.com/doc/175502885/Raymond-Chang-Author-Mc-Graw-Hill-Editor-Qu-Bookos-org#scribdhttp://www.deciencias.net/simulaciones/quimica/reacciones/temp.htmhttp://www.deciencias.net/simulaciones/quimica/reacciones/temp.htmhttp://es.scribd.com/doc/175502885/Raymond-Chang-Author-Mc-Graw-Hill-Editor-Qu-Bookos-org#scribdhttp://es.scribd.com/doc/175502885/Raymond-Chang-Author-Mc-Graw-Hill-Editor-Qu-Bookos-org#scribd

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