Cinética Química de la Producción de Hidrogeno a partir deAcido Clorhídrico, Hidróxido de Sodio con Aluminio. 1 Urbina , 1* Rodriguez . Expositor: J. A. Ortega Responsable: G. Ortiz 1Departamento de Química y Bioquímica, Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas, Av. Melchor Ocampo N° 2555 (C.P60950), Lázaro Cárdenas, Michoacán *E-mail . Contacto:
[email protected] IINTRODUCCIÓN La producción de Hidrogeno a partir de Acido Clorhídrico, Hidróxido de Sodio con Aluminio puede llegar a ser un método bastante sencillo pero sobre todo muy factible, definimos un método para determina la cinética de la reacción, éste será a partir de la propiedades físicas que se presente al momento de que los reactivos estén reaccionando, encontraremos ecuaciones donde relacionemos la velocidad de la reacción con los datos experimentales, por ultimo paso vamos a comparar los resultados obtenidos con los ya establecidos en la teoría. METODOLOGÍA RESULTADOS PARCIALES ln(𝐶𝐵0 𝜆∞ − 𝜆0 − 𝐶𝐴0 (𝜆 − 𝜆0 ) = − 𝐶𝐴0 + 𝐶𝐵0 𝑘𝑡 + ln 𝐶𝐵0 (𝜆∞ − 𝜆0 ) La obtención de Hidrogeno a partir de Acido Clorhídrico mas Aluminio, se da de la siguiente manera: 2𝐴𝑙 + 6𝐻𝐶𝑙 → 2𝐴𝑙𝐶𝑙3 + 3𝐻2 (1) Para la obtención de Hidrogeno a partir de Hidróxido de Sodio más Aluminio: 2𝐴𝑙 + 6𝐻2 𝑂 → 2𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 3𝐻2 (2) 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎+ + [𝐴𝑙(𝑂𝐻)4 ]− (3) Empezaremos los cálculos de la cinética, determinado el orden de la reacción el cual es de segundo orden, el producto de las concentración de 2 diferentes reactivos: 𝑟 = 𝑘𝐶𝐴 𝐶𝐵 (4) 𝐶𝐴 = 𝐶𝐴0 − 𝑣𝐴 𝜉 ∗ 𝐶𝐵 = 𝐶𝐵0 − 𝑣𝐵 𝜉 ∗ Sustituyendo y agregando la derivada del avance con respecto al tiempo tenemos que: Datos = .0288 gr de Aluminio, 5 ml de HCl al 10% Tiempo (min) Presión (mm Hg) Temperatura(°C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 𝑑𝜉∗ 𝑑𝑡 𝑟= = 𝑘(𝐶𝐴0 − 𝑣𝐴 𝜉 ∗ )(𝐶𝐵0 − 𝑣𝐵 𝜉 ∗ ) (5) Separando variables e integrando nos queda: ln 𝐶𝐴0 − 𝑣𝐴 𝜉 ∗ 𝐶𝐴0 𝐶𝐵0 − 𝑣𝐵 𝜉 ∗ 𝐶𝐵0 = 𝐶𝐴0 𝑣𝐵 − 𝐶𝐵0 𝑣𝐴 𝑘𝑡(6) La propiedad física la vamos a calcular con la siguiente ecuación: 𝜉∗ 𝜆 − 𝜆0 𝜉∗ = ∗ = 𝜉∞ 𝜆∞ − 𝜆0 𝐶𝐴0 𝑣𝐴 = 𝑣𝐵 = 1, 𝐶𝐴0 ≠ 𝐶𝐵0 , Sustituimos estos valores en la ecuación (6) quedara: ln 𝐶𝐵0 − 𝜉 ∗ 𝐶𝐴0 𝐶𝐴0 − 𝜉 ∗ 𝐶𝐵0 = 𝐶𝐴0 + 𝐶𝐵0 𝑘𝑡 Volviendo a reacomodar y sustituyendo la propiedad física: ln 𝐶𝐵0 𝜆∞ −𝜆0 −𝐶𝐴0 (𝜆−𝜆0 ) 𝐶𝐵0 (𝜆∞ −𝜆0 ) = 𝐶𝐴0 + 𝐶𝐵0 𝑘𝑡 A partir de una propiedad física de estas reacciones mediremos la velocidad de reacción, para medir la propiedad física vamos a hacer el experimento a ciertas condiciones, como mantener la reacción a un sola temperatura al inicio y al final, usar concentraciones bajas y pequeñas cantidades de los reactivos para poder controlar las reacciones. Datos = .0493 gr de Aluminio, 5 ml de HCl al 15% 0 2 3 6 7 9 11 12 14 16 18 20 22 23 25 26 30 33 36 39 41 42 44 46 49 51 53 54 57 59 60 63 65 66 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11.5 11 11 11 11 11 11 11 11 11.5 11.5 11.5 12 13 13 13 13 Tiempo (min) Presión (mm Hg) Temperatura(°C) 5.98141421 5.97126184 5.96614674 5.95064255 5.94542061 5.9348942 5.9242558 5.91889385 5.90808294 5.89715387 5.88610403 5.87493073 5.86363118 5.85793315 5.84643878 5.84064166 5.81711116 5.79909265 5.78074352 5.76205138 5.74939299 5.74300319 5.73009978 5.7170277 5.69709349 5.68357977 5.66988092 5.66296048 5.64190707 5.62762111 5.62040087 5.59842196 5.58349631 5.5759491 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 0 5 12 19 26 30 36 41 47 54 60 65 72 78 83 89 95 100 107 112 117 124 130 135 140 10 10 10 10 10.5 10 10 10.5 10.5 10.5 10.5 11 10.5 11 11 11 11 11.5 11 11 10.5 11 11 11 11 6.73340189 6.7214257 6.70441435 6.68710861 6.66949809 6.65929392 6.64378973 6.63068339 6.6147256 6.59578051 6.57925121 6.56526497 6.54534966 6.52795792 6.51323011 6.49526556 6.47697236 6.46146818 6.43935037 6.42324696 6.40687999 6.38350663 6.3630281 6.34563636 6.32793678 6.8 6.75 6.7 6.65 6.6 Series1 6.55 6.05 6.5 6 6.45 5.95 6.4 5.9 6.35 5.85 6.3 y = -0.0034x + 6.7436 R² = 0.9977 0 Series1 5.8 Lineal (Series1) 20 40 60 80 100 120 140 Lineal (Series1) 5.75 5.7 Datos = .0288 gr de Aluminio, 5 ml de HCl al 10% 5.65 y = -0.0061x + 5.9932 R² = 0.9973 5.6 5.55 0 10 20 30 40 50 60 Tiempo (min) Presión (mm Hg) Temperatura(°C) 70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Datos = .0498 gr de Aluminio, 5 ml de HCl al 10% Tiempo (min) Presión (mm Hg) Temperatura(°C) Partiremos de estos resultados para determinar la energía de activación a partir de la Ec. de Arrhenius. [1] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 𝑘= 𝐴𝑒 −𝐸/𝑅𝑇 0 0 2 5 8 11 16 19 22 25 27 30 34 38 44 47 51 55 58 63 69 72 76 81 85 91 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10.5 10.5 10.5 10.5 11 11 11 10.5 10.5 11 11 10.5 10.5 10.5 11 11 6.30261898 6.30261898 6.295266 6.28413416 6.27287701 6.26149168 6.24222327 6.23048145 6.21860012 6.20657593 6.19847872 6.18620862 6.16961073 6.15273269 6.12686918 6.11368218 6.09582456 6.07764224 6.06378521 6.04025471 6.01126717 5.99645209 5.97635091 5.95064255 5.92958914 5.89715387 0 4 8 13 17 23 27 33 38 42 46 50 55 61 68 73 79 83 89 96 103 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11.5 11 11 11 6.42648846 6.41345896 6.40025745 6.38350663 6.36990098 6.34913899 6.33505425 6.31354805 6.295266 6.28039584 6.26530121 6.24997524 6.23048145 6.20657593 6.17794411 6.15697899 6.13122649 6.11368218 6.08677473 6.05443935 6.02102335 6.5 6.45 6.4 6.35 6.3 6.25 Series1 6.2 Lineal (Series1) 6.15 6.1 y = -0.0039x + 6.4477 R² = 0.9881 6.05 6.4 6 6.35 5.95 6.3 0 20 40 60 80 100 6.25 6.2 6.15 Series1 6.1 Lineal (Series1) 6.05 6 5.95 y = -0.0032x + 6.3411 R² = 0.98 5.9 5.85 0 20 40 60 80 100 120 140 1. CONCLUSIONES En la actualidad el Hidrogeno se esta volviendo necesario para muchos procesos industriales con esta investigación se desea obtener una alternativa mas para su producción. La Cinética Química es un parámetro para saber el comportamiento de las reacciones y poder definir si es un proceso fácil o difícil de manipular. 120