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Determinacin conductimtrica de la constante de velocidad para una

cintica de saponificacin.

Introduccin a la Experimentacin en Qumica Fsica II

Objetivo.

Determinacin de la constante de velocidad y el orden global de reaccin de la saponificacin del acetato de

etilo en medio bsico por conductimetra.

Para ello usaremos una celda de conductividad conectada a un conductmetro.

Fundamento terico.

La reaccin estudiada es la siguiente:

CH3COOC2H5 + NaOH ! CH3COONa + C2H5OH

t = 0 a b

t = t a x b x x x

donde

a: concentracin de acetato de etilo inicial

b: concentracin de NaOH inicial

x: concentracin de cada producto

En nuestro caso a y b son aproximadamente iguales.

En las disoluciones inicas se da una propiedad consistente en el flujo de electricidad debido a transporte de

electrones. Esta magnitud es la conductividad especfica, , que se mide en siemens/cm, y es la propiedad

fsica que cuantificaremos para hacer el seguimiento de la reaccin. La determinacin de la conductividad

especfica se llevar a cabo mediante una celda de conductividad conectada a un conductmetro. Escoger esta

propiedad como parmetro de medida proporciona una serie de ventajas:

La celda de conductividad se sumerge en la disolucin problema y ya no se vuelve a extraer hasta el

fin del experimento. Con ello evitamos prdidas de disolucin debidas a extraccin de alcuotas y

dilucin de la muestra debida a introduccin de instrumental lavado y no secado.

El conductmetro mide de manera continua, pudiendo tomar lecturas de conductividad en cualquier

momento de la reaccin.

Al ser una propiedad fsica la conductividad no se ve afectada por reacciones laterales parsitas.

La conductividad es una medida muy fiable del contenido inico de las disoluciones.

En nuestra reaccin la disolucin es un conductor de tipo inico (o electroltico), en el que la conduccin va

acompaada de transporte de materia y los iones son los transportadores electrnicos. La capacidad de

transporte de stos depende de:

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Velocidad de los iones: cuanto ms veloces sean mayor ser el transporte.

Naturaleza del electrolito: carga y tamao, cuanto ms pequeo es un ion mayor es su movilidad.

Viscosidad: la conductividad disminuye al aumentar la viscosidad.

Temperatura: al aumentar la temperatura aumenta la conductividad porque disminuye la viscosidad.

La relacin entre la concentracin y la conductividad es la siguiente:

= Limi [Scm1]

donde

Li: conductancia, es la inversa de la resistencia, por lo tanto se mide en 1 (S).

mi: constante para cada especie inica.

Etapa inicial de la reaccin, t = 0.

En un primer momento tenemos una disolucin de acetato de etilo, que es una especie neutra, con lo que la

conductividad es nula. Posteriormente se agrega NaOH, que al disociarse completamente (es una base fuerte)

proporciona iones Na+ y OH al medio. En este momento la conductividad es debida slo a estos iones, porlo tanto:

= Na+ + OH

= mNa+ CNa+ + mOH COH = a (CNa+ COH) [ec. 1]

donde a = [acetato de etilo]inicial = [NaOH]inicial

Etapa intermedia.

Durante el transcurso de la saponificacin los iones OH se van uniendo al grupo etilo, que expulsa al acetato,

formando etanol. En la disolucin quedan libres los iones Na+, cuya concentracin permanecer constante, y

los iones acetato. Como el etanol es una especie neutra, en lo referente a conduccin elctrica, el balance de la

reaccin es que los iones OH se van reemplazando por Ac. La conductividad en cada instante ser:

t = t(Na) + t(Ac) + t(OH)

Etapa final, t = t.

Los iones Ac son mucho ms voluminosos que los OH, por lo que su capacidad de transporte es mucho

menor (aproximadamente la quinta parte). De este modo la conductividad ir disminuyendo mientras decrece

al nmero de

iones hidroxilo. f vendr dada por:

f = Na+ + OH + Ac

f = a mNa+ + (a x) mOH + Ac mAc [ec. 2]

Si la reaccin fuera perfectamente irreversible al final de la saponificacin la vendra dada por:

f = Na+ + Ac

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f = a (mNa+ + mAc) [ec. 3]

Ecuaciones integradas de velocidad.

La velocidad de la reaccin se deduce de la ecuacin:

v = K [acetato de etilo]n [NaOH]m

donde

K: constante de velocidad de la reaccin.

n: orden de reaccin del acetato de etilo.

m: orden de reaccin de NaOH.

Ya que ambas concentraciones son iguales podemos reescribir la ecuacin:

v = K (a x)n+m

donde n + m es el orden total de reaccin r:

v = K (a x)r

Si el orden total de la reaccin problema fuese 0 la ecuacin integrada de velocidad sera:

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