Inicio
Química
Química Analítica
Métodos Físicos en Química y Nano Ciencia (Barron)
5: Cinética de reacciones y vías
5.2: Análisis por Cromatografía de Gases de la Reacción de Hidrodecloración del Tricloroeteno

5.2: Análisis por Cromatografía de Gases de la Reacción de Hidrodecloración del Tricloroeteno

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 70995

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

El tricloroeteno (TCE) es un contaminante ambiental ampliamente extendido y un miembro de la clase de compuestos conocidos como líquidos densos de fase no acuosa (DNAPL). El catalizador Pd/Al ₂ O ₃ ha mostrado actividad para la hidrodecloración (HDC) de compuestos clorados.

Para cuantificar la velocidad de reacción, se utilizó una botella de 250 mL con tapón de rosca con 77 mL de gas del espacio de cabeza como reactor discontinuo para los estudios. Se agrega TCE (3 μL) en 173 mL de agua DI purgada con gas hidrógeno por 15 min, junto con 0.2 μL de pentano como estándar interno. Se ha aplicado el análisis dinámico del espacio de cabeza mediante GC. La condición experimental se concluye en la siguiente tabla (Cuadro\(\PageIndex{1}\)).

Cuadro\(\PageIndex{1}\) La condición experimental en HDC de TCE.
TCE	3 μL
H ₂	1.5 ppm
Pentano	0.2 μL
Agua DI	173 mL
1% en peso Pd/Al ₂ O ₃	50 mg
Temperatura	25 °C
Presión	1 atm
Tiempo de reacción	1 h

Cinética de reacción

La reacción de primer orden se supone en el HDC de TCE,\ ref {1}, donde K _medias se define por\ ref {2}, y C _cat es igual a la concentración de Pd metálico dentro del reactor y k _cat es la velocidad de reacción con unidades de L/g _Pd /min.

\[ -dC_{TCE}/dt\ =\ k_{meas} \times C_{TCE} \label{1} \]

\[ k_{meas} \ =\ k_{cat} \times C_{cat} \label{2} \]

El método GC

Los métodos de GC utilizados se listan en la Tabla\(\PageIndex{3}\).

Tabla Método\(\PageIndex{3}\) GC para la detección de TCE y otros compuestos clorados relacionados.
Tipo GC	Agilent 6890N GC
Columna	Columna empaquetada Supelco 1-2382 40/60 Carboxen-1000
Detector	FID
Temperatura del horno	210 °C
Caudal	35 mL/min
Cantidad de inyección	200 μL
Gas portador	Helio
Detectar	5 min

Método Cuantitativo

Dado que el pentano se introduce como patrón interno inerte, la concentración relativa de TCE en el sistema se puede expresar como la relación de área de TCE a pentano en la gráfica GC,\ ref {3}.

\[ C_{TCE}\ =\ (peak\ area\ of\ TCE)/(peak\ area\ of\ pentane) \label{3} \]

Resultados y Análisis

Los principales analitos (referenciados como TCE, pentano y etano) están muy bien separados entre sí, lo que permite el análisis cuantitativo. Las áreas de pico de los picos asociados a estos compuestos son integradas por la computadora automáticamente, y se listan en (Tabla\(\PageIndex{4}\)) con respecto al tiempo.

Cuadro Área de\(\PageIndex{2}\) pico de pentano, TCE en función del tiempo de reacción.
Tiempo/min	Área de pico de pentano	Área de pico de TCE
0	5992.93	13464
5.92	6118.5	11591
11.25	5941.2	8891
16.92	5873.5	7055.6
24.13	5808.6	5247.4
32.65	5805.3	3726.3
43.65	5949.8	2432.8
53.53	5567.5	1492.3
64.72	5725.6	990.2
77.38	5624.3	550
94.13	5432.5	225.7
105	5274.4	176.8

Normalizar la concentración de TCE con respecto al área del pico de pentano y luego a la concentración inicial de TCE, para luego calcular el logaritmo de naturaleza de esta concentración normalizada, como se muestra en la Tabla\(\PageIndex{3}\).

Tabla Concentración\(\PageIndex{3}\) normalizada de TCE en función del tiempo de reacción
Tiempo (min)	TCE/pentano	_Inicial de TCE/pentano/TCE	En (TCE/pentano/TCE _inicial)
0	2.2466	1.0000	0.0000
5.92	1.8944	0.8432	-0.1705
11.25	1.4965	0.6661	-0.4063
16.92	1.2013	0.5347	-0.6261
24.13	0.9034	0.4021	-0.9110
32.65	0.6419	0.2857	-1.2528
43.65	0.4089	0.1820	-1.7038
53.53	0.2680	0.1193	-2.1261
64.72	0.1729	0.0770	-2.5642
77.38	0.0978	0.0435	-3.1344
94.13	0.0415	0.0185	-3.9904
105	0.0335	0.0149	-4.2050

A partir de una gráfica, la concentración normalizada de TCE frente al tiempo muestra el perfil de concentración de TCE durante la reacción (Figura\(\PageIndex{1}\), mientras que la pendiente de la gráfica logarítmica proporciona la constante de velocidad de reacción (\ ref {1}).

Figura\(\PageIndex{1}\) Una gráfica del perfil de concentración normalizado de TCE.

Figura\(\PageIndex{2}\) Una gráfica de ln (C _TCE /C ₀) frente al tiempo.

De la Figura\(\PageIndex{1}\), podemos ver que la linealidad, es decir, la bondad del supuesto de reacción de primer orden, está muy satisfecha a lo largo de la reacción. Así, se valida el modelo cinético de reacción. Además, la constante de velocidad de reacción se puede calcular a partir de la pendiente de la línea ajustada, es decir, k _meas = 0.0414 min ^-1. De esto se puede obtener el _gato k,\ ref {4}.

\[ k_{cat}\ =\ k_{meas}/C_{Pd}\ =\ \frac{0.0414min^{-1}{(5 \times 10^{-4}\ g/0.173L)}\ =\ 14.32L/g_{Pd}\ min \label{4} \]