Práctica 4

Dpto. Sistemas Físicos, Químicos y Naturales - Área de Química Física
Practica 4
CINÉTICA DE HIDRÓLISIS DE ACETATO DE METILO EN MEDIO ÁCIDO
1. Objetivo
El objetivo de esta práctica es obtener la ecuación de velocidad de la reacción
de hidrólisis ácida del acetato de metilo en medio acuoso mediante un método
volumétrico.
2. Fundamento teórico
En general, la hidrólisis de un éster se produce de la siguiente manera:
R − COO − R '+ H 2 O → R − COOH + R' OH
[1]
que para el acetato de metilo quedaría:
CH 3 − COO − CH 3 + H 2 O → CH 3 − COOH + CH 3OH
[2]
Esta reacción es muy lenta en agua pura, pero está catalizada por ácidos
fuertes. El orden de reacción respecto al acetato de metilo se puede determinar
siguiendo la evolución de la reacción mediante valoraciones periódicas del ácido
acético formado usando una base fuerte.
Si suponemos una cinética de primer orden se debe cumplir que:
v = k [AcMet ]
[3]
donde k es la constante de velocidad de la reacción catalizada y v la velocidad de la
reacción, esto es:
v=−
d[AcMet ]
dt
[4]
integrando la ecuación diferencial resultante de igualar las expresiones [3] y [4] entre
los límites [AcMet]0 (para t=0) y [AcMet] (para cualquier tiempo t), se obtiene:
ln
[AcMet ]0
[AcMet]
= kt
[5]
y de acuerdo con la estequiometría de la reacción:
ln
[AcMet ]0
= kt
[AcMet]0 − [HAc]
[6]
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siendo [HAc] la concentración de ácido acético existente a tiempo t en el curso de la
reacción.
Si medimos la cantidad de ácido total en distintos momentos de la reacción
mediante una volumetría convencional con una base monoequivalente, se puede
demostrar que el primer término de las ecuaciones [5] ó [6] se puede escribir como:
ln
V∞ − V0
= kt
V∞ − Vt
[7]
donde V0 es el volumen inicial gastado de base fuerte para valorar el ácido existente, o
volumen a tiempo cero, Vt el volumen gastado a tiempo t en el curso de la reacción, y
V∞ el volumen que se gastaría suponiendo una hidrólisis total de acetato de metilo,
esto es a t→∞.
De acuerdo con [7], representando ln[(V∞ – V0)/( V∞ – Vt)] frente a t se obtendrá
una recta de la que es posible deducir si la reacción de hidrólisis del acetato de metilo
en medio ácido es o no de primer orden y, en su caso, calcular la constante de
velocidad.
3. Material y reactivos
-
Cronómetro
Termómetro
1 Bureta de 50 mL con soporte.
1 Matraz aforado de 500 mL y otro de 250 mL.
Pipetas de 10 y 5 mL.
1 Erlenmeyer de 250 mL.
1 Erlenmeyer de 100 mL.
1 probeta de 100 mL.
1 vaso de precipitados de 100 mL.
-
Acetato de metilo
Ácido clorhídrico
Ftalato ácido de potasio
Hidróxido sódico
Hielo
Fenolftaleína.
4. Procedimiento
4.1.- Preparación y normalización de las disoluciones.
Se preparan 500 mL de una disolución de NaOH 0.1 M, valorándola con ftalato
ácido de potasio para su normalización (proceder de manera similar a como se
describe en el apartado 4.2 de la práctica 1). Igualmente se preparan 250 mL de HCl
0.5 M valorándolo con la disolución anterior de NaOH. En ambas se usa fenolftaleína
como indicador.
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4.2.- Preparación de la mezcla de reacción.
Se ponen 100 mL de HCl 0.5 M en un erlenmeyer de 250 mL (vasija de
reacción), se añaden 10 mL de éster agitando continuamente y se pone
simultáneamente el cronómetro en marcha. Las disoluciones deben encontrarse a la
misma temperatura.
4.3.- Valoración del ácido formado en función del tiempo.
Se extraen inmediatamente 5 mL de mezcla y se vierten en un erlenmeyer de
100 mL que contiene 20 mL de agua fría que se toman previamente de un matraz
introducido en un baño de hielo. Valorando esta disolución con NaOH, se obtiene V0.
Se repiten las operaciones de extracción, dilución y enfriamiento y valoración de
muestras de 5 mL transcurridos 15, 30, 50, 75, 100, 135 minutos del comienzo de la
reacción. De esta manera, se obtienen los valores de volúmenes Vt a los tiempos
seleccionados.
5. Resultados
-
Calcular V∞ teórico suponiendo una completa transformación del acetato de metilo
en ácido acético.
-
Confeccionar una tabla con el tiempo trascurrido, los correspondientes volúmenes
de valoración y los valores de ln
-
V∞ − V0
.
V∞ − Vt
Representar estos últimos frente a t y determínese el orden de la reacción y
calcular la constante de velocidad.
6. Cuestiones
6.1. Obtener la ecuación [5] por integración de [3] y [4] y despejar [AcMet] en función
del tiempo, ¿En que momento de la reacción desaparece el reactivo más
rápidamente?
6.2. Demuéstrese que la ecuación [7] es equivalente a la [5] o la [6].
6.3. ¿Por qué es necesario enfriar las disoluciones de éster que van a ser valoradas
con NaOH?
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