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• Priscila Saavedra

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA QUÍMICA

PRE INFORME # 1 INVERSIÓN DE LA SACAROSA INTEGRANTES: ANTEZANA RODRIGUEZ PABLO ADRIAN BASCOPE PARRA SARAHI NOELIA ESPINOZA LAFUENTE SILVANA MERCADO MEJIA CLAUDIA DANIELA ORELLANA MIRANDA PAOLA DALINNE VILLARROEL PEREZ ANDREA TERESA MATERIA: LABORATORIO DE DISEÑO DE REACTORES

DOCENTE: ING. BERNARDO LÓPEZ GRUPO: 1

FECHA DE ENTREGA: 13/03/2015

COCHABAMBA-BOLIVIA

INVERSIÓN DE LA SACAROSA

1. INTRODUCCION El azúcar invertido es la disgregación por hidrolización de la sacarosa en glucosa y fructosa . Su nombre hace referencia a que el poder rotatorio de la solución frente a la luz polarizada es invertido por el proceso de hidrólisis que separará la sacarosa en sus dos subunidades. 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Determinación de la velocidad de inversión (velocidad de reacción) de la sacarosa en un medio acido para la obtención de fructuosa y glucosa. 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Conocer las concentraciones de las soluciones a ser utilizadas durante la práctica mediante el uso del polarímetro. Determinar el valor de la constante k mediante el uso de la correlación con la energía de activación del sistema. Calcular mediante correlaciones experimentales los valores de los exponentes de la reacción: α , β y γ . 3. FUNDAMENTO TEORICO 3.1 VELOCIDAD DE REACCION La velocidad de reacción química se determina por el cambio de concentración que experimentan las sustancias reaccionantes por unidad de tiempo (figura 1) .

Figura 1: grafico de la variación de la concentración en función del tiempo. Existen una gran cantidad de leyes de velocidad y mecanismos de reacción, que buscan interpretar los fenómenos que ocurren durante una reacción química, tratando de ajustar un modelo al comportamiento real del sistema; lo cual abarca un gran campo en el estudio de la ingeniería y es precisamente el estudio de la cinética y el diseño de reactores lo que distingue al ingeniero químico de otros ingenieros. 3.2 VELOCIDAD DE INVERSION DE LA SACAROSA El proceso de inversión del azúcar es la descomposición hidrolítica de la sacarosa en la glucosa y la fructosa y se acompaña con la variación de la dirección del ángulo de rotación del plano de polarización:

Esta reacción es prácticamente irreversible y por su mecanismo pertenece a las reacciones bimoleculares. Por consiguiente, su velocidad puede ser calculada por la ecuación 1:

La cual sería una reacción de segundo orden, ahora bien tomemos en cuenta las siguientes consideraciones:

l. La inversión se verifica en solución acuosa en donde la concentración molar de agua es considerablemente mayor que la concentración molar de la sacarosa. 2. La disminución del agua por cuenta de la reacción es pequeña en comparación con la cantidad total del agua en el sistema, y su contenido puede tomarse como constante incluso en las soluciones relativamente concentradas. Por lo cual la ecuación (1) se transforma en una expresión de primer orden respecto a la concentración de la sacarosa, como muestra la ecuación 2:

Cuya constante de velocidad puede ser calculada por la ecuación 3:

Donde: : Concentración inicial de la sacarosa. : Concentración de sacarosa en un tiempo t, recuerde que , de donde

es igual a

–

es igual a la concentración de la sustancia que ha reaccionado

durante el periodo de tiempo transcurrido. t : es el tiempo que ha transcurrido, desde el inicio de la reacción, hasta el momento de la medición. La velocidad de reacción, en ausencia de catalizador es baja, por lo cual la presencia de iones hidrógeno en la solución puede acelerar la reacción.

3.3 ENERGIA DE ACTIVACION La energía de activación

en química y biología es la energía mínima que necesita

un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada, como se muestra en la figura 4. Para que ocurra una reacción entre dos moléculas, éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones se repelen. Esto requiere energía (energía de activación) y proviene de la energía térmica del sistema, es decir la suma de la energía traslacional, vibracional de cada molécula. Si la energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para que se produzca una reordenación de los enlaces de las moléculas. La ecuación de Arrhenius proporciona la base cuantitativa de la relación entre la energía de activación y la velocidad a la que se produce la reacción (figura 5).

Figura 4: representación de la energía de activación de una reacción quimica

Figura 5: Energía de activación según el tipo de reacción.

3.6 POLARIDAD DE LA SACAROSA El azúcar de caña y los productos de su descomposición pertenecen al género de las sustancias óptimamente activas, es decir sustancias capaces de cambiar la posición del plano de polarización de la luz polarizada que las atraviesa (una luz en el que las oscilaciones se verifican en un plano determinado). La actividad óptica está vinculada con la presencia de átomos asimétricos de carbono en la molécula. Los isómeros ópticos se distinguen uno del otro por su estructura como un objeto asimétrico de su imagen especular. Por sus propiedades físicas y químicas tales moléculas son iguales y solo se diferencian El ángulo de desplazamiento del plano de oscilación del haz polarizado se denomina ángulo de rotación del plano de polarización, y se denota por a, el cual es directamente proporcional a la longitud de celda l, y a la concentración de la sustancia activa c en g/ml, de donde a es el coeficiente de proporcionalidad, generalmente este corresponde a la rotación específica a la línea D del sodio a 20°C, cuyo longitud de onda es de 589,3 nm. La influencia de la longitud de onda

en la capacidad giratoria (dispersión rotacional)

se describe aproximadamente por la regla de Biot:

La rotación específica del plano de polarización en la sacarosa es constante y puede servir para determinación de la concentración de azúcar. La sacarosa gira el plano de polarización hacia la derecha (a=66,55°) y la mezcla de los productos de la inversión hacia la izquierda (af=-91,9°). Por ello a medida del transcurso de la inversión el ángulo de rotación del plano de polarización disminuye, pasando por cero y luego pasa a ser negativo llegando hasta un valor constante

.

La velocidad de inversión de la sacarosa se establece por la variación del ángulo de rotación del plano de polarización de la función a estudiar el cual varía en función del tiempo. El seguimiento del ángulo de rotación se realiza a través del polarímetro.

3.7 METODO INTEGRAL La ecuación de velocidad cinética es una ecuación matemática que relaciona la velocidad de reacción con las variables de que depende (fundamentalmente con la composición del sistema: número de moles, concentraciones o, en gases, presiones parciales). En la ecuación cinética pueden aparecer variables relacionadas con cualquier especie química presente en el sistema durante la reacción: reactivos, productos, catalizadores, disolvente, especies inertes, etc. En algunos sistemas reactivos: a A + b B + ... → d D + e E + ... la ecuación cinética adopta una forma especialmente sencilla: v = k · [A]α · [B]β ...[D]δ · [E]... Consideremos la reacción: a A + b B + ... → d D + e E + ... La reacción de orden cero (´ordenes parciales y total nulos) sigue una ecuación de la forma:

Separando las variables:

e integrando entre las condiciones de partida ([A]0) y las correspondientes a un tiempo arbitrario t ([A]t ≡ [A]): Z

Las reacciones de orden uno La reacción de orden uno en el reactivo A (´ordenes parciales en A y total iguales a uno) sigue una ecuación de la forma:

Separando las variables:

e integrando entre las condiciones de partida ([A]0) y las correspondientes a un tiempo arbitrario t ([A]t ≡ [A]):

La reacción de orden dos en el reactivo A (´ordenes parciales en A y total iguales a dos) sigue una ecuación de la forma:

Separando las variables:

e integrando entre las condiciones de partida ([A]0) y las correspondientes a un tiempo arbitrario t ([A]t ≡ [A]):

3.7 METODO DIFERENCIAL El estudio cinético por métodos diferenciales requiere conocer datos de velocidad de reacción a partir de datos de variación de la concentración con el avance de la reacción Los datos de velocidad de reacción en un reactor discontinuo de volumen constante se obtienen a partir: de datos de variación de la concentración de los reactivos (y/o productos) durante el avance de la reacción (tiempo ) de datos de variación de una propiedad del medio de reacción que varíe como consecuencia de la reacción y que se pueda correlacionar con la concentración de reactivos (y/o productos).

Los métodos

diferenciales

consisten en ajustar, empleando técnicas de regresión numéricas, los datos experimentales de velocidad de reacción a la ecuación cinética expresada en su forma diferencial

Es necesario disponer de datos de velocidad de reacción en función de la concentración de reactivos

3.8 LUZ POLARIZADA La luz polarizada se puede definir como un conjunto de ondas luminosas que vibran todas ellas en un solo plano, mientras que en la luz no polarizada el plano de vibración varía rápidamente, a razón de cien millones de veces por segundo. En comparación con algunos animales, el ojo humano no es capaz de distinguir entre la luz polarizada y la no polarizada. Esta es utilizada para distinguir la estereoquímica de los compuestos orgánicos, mediante el instrumento denominado polarímetro. En el polarímetro cuando un haz de luz polarizada en un plano pasa por una solución de ciertas moléculas orgánicas el plano de polarización gira, (no todas las sustancias orgánicas presentan dicha propiedad, pero las que si lo presentan se les denomina, moléculas óptimamente activas), en si, se determina el valor de la desviación de la luz polarizada por un estéreo isómero óptimamente activo (enantiómero). El rayo de luz, pasa través de un filtro polarizador, con eso obtenemos un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por un tubo de muestra que contiene un enantiómero en disolución, esta se desvía y (se origina la rotación del plano de polarización).

Posteriormente la luz pasa por un segundo polarizador llamado analizador según la orientación relativa entre los ejes de los dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasará ya sea por el segundo filtro o no, si logra pasar, se hace girar el analizador hasta que lo atraviesa la luz, así se podrá determinar el nuevo plano de polarización y se podrá decir hasta qué grado de ha producido la rotación, esta rotación se expresa con una alfa griega y se expresan los grados]. 3.9 POLARIMETRO Instrumento mediante el cual se puede determinar el valor de la desviación de la luz polarizada por un estereoisómero ópticamente activo (enantiómero) (figura 6). A partir de un rayo de luz, a través de un filtro polarizador se obtiene un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por una porta muestras que contiene un enantiómero en disolución, se desvía. Según la orientación relativa entre los ejes de los dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasará por el segundo filtro o no. En el laboratorio se dispone de un polarímetro constituido por un prisma de Nicol, las mediciones en este equipo se basan en el ajuste de la semi-sombra que se observa en el ocular del equipo.

Cuando está presente una sustancia óptimamente activa, el ángulo de rotación generado se identifica al visualizar a través del lente dos regiones con una iluminación débil igual, figura (2b), en otras posiciones del analizador el campo visual está dividido nítidamente, en cuanto a la iluminación en dos regiones, o todo está bien iluminado. Si la posición semi sombreada ha sido hallada correctamente entonces el mas mínimo giro del analizador hacia la derecha figura (2c) o hacia la izquierda figura (2a) altera la uniformidad de iluminación hasta poner en contraste agudo la iluminación de ambas mitades del campo visual.

El polarímetro se calibra introduciendo agua al tubo del polarímetro, cuya posición debe de ser cero (0). El polarímetro dispone de tres botones; el botón azul se oprime para calibrar el polarímetro, y los otros dos para girar el ángulo de rotación la luz atravesa comose muestra en la figura 7.

Figura 6: funcionamiento del polarímetro

Figura 7: Pasó de luz por el polarímetro 4. BIBLIOGRAFIA  http://www.qfa.uam.es/labqui/prese ntaciones/Tema4.pdf  http://www.virtual.unal.edu.co/curs os/sedes/manizales/4090006/html/p ages/lab_9.htm  http://www.virtual.unal.edu.co/curs os/sedes/manizales/4090006/html/p ages/lab_9.htmhttp://cvb.ehu.es/ope n_course_ware/castellano/experime ntales/cineticaqui/transparencias-de-los-temas/transparencias_tema_03.pdf  http://www.ecured.cu/index.php/Energ%C3%ADa_de_activaci%C3%B3n  http://www.ecured.cu/index.php/Polar%C3%ADmetro