DESCOMPOSICIÓN DEL PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
Alba Gisell Garzón Avella Andrés Felipe Ariza Gabriel Jiménez
[email protected] [email protected] [email protected] 02245473 02245380 Ingeniería Química Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá medios (10% - 35%) se utilizan como decolorador de cabello en salones de belleza y como oxidante RESUMEN en prácticas de laboratorio y porcentajes altos (70% - 90%) son utilizados desde usos industriales hasta componente para combustible Ésta práctica cuyo objetivo fue la demostración de de cohetes. Es frecuentemente utilizado en áreas la descomposición del peróxido de hidrógeno de investigación para medir la actividad de (Agua oxigenada), se dividió en dos partes: La enzimas, como la catalasa, presente en primera fue utilizando óxidos de metales como el organismos vivos. PbO2, MnO2 y Fe2O3 (catalizadores inorgánicos) y un palito de madera al rojo vivo luego de ser Un catalizador es una sustancia que altera encendido con fuego; al ser introducido en cada (aumenta o disminuye) la velocidad de una recipiente con su respectiva reacción entre el reacción mediante la disminución o el de la oxido correspondiente y peróxido, se pudo energía que se requiere para iniciar una reacción comprobar la presencia de oxigeno molecular química. Estos proporcionan un camino demostrada en el avivamiento de la llama. La alternativo para la reacción química, alterando la segunda parte se realizó utilizando yoduro de velocidad de la misma, pero no se consumen, potasio y levadura como aceleradores de como en el caso de la catálisis con dióxido de reacción, logrando una instantánea manganeso, en la que el mismo permanece descomposición evidenciada en la cantidad de inalterado luego de la descomposición. espuma producida en la probeta, más conocida como “Pasta de dientes para elefantes”. El Un eficiente y conocido reactivo usado en resultado fue una eficiente demostración de la catálisis de descomposición es el yoduro de descomposición del H 2O2, liberando vapor de potasio (KI). Este es un catalizador porque solo agua y oxígeno molecular en todos los casos, aumenta la velocidad de reacción, no se gasta exceptuando el procedimiento realizado con el como reactivo. Sin embargo, una pequeña parte óxido de hierro, para el cual su resultado fue una sí que reacciona, convirtiéndose en yodo. La emulsión. presencia del yodo se pone de manifiesto por el color marrón de algunas zonas del producto. La reacción se realiza en una probeta graduada INTRODUCCIÓN bastante alta, ya que el producto (espuma dada por la producción instantánea de oxígeno) formado sale verticalmente hacia arriba y de Profundizando en los conceptos que se requieren forma rápida. Por eso y por su textura, se llama para entender plenamente el proceso de “pasta de dientes”. Como el agua oxigenada es descomposición del peróxido de hidrógeno, y el un oxidante muy fuerte hay que protegerse las papel de los reactivos como catalizadores, es manos con guantes. Además, como la reacción necesario conocer que el peróxido de hidrógeno es muy rápida, es conveniente llevar gafas es un fuerte oxidante y es inestable a temperatura protectoras. ambiente, por lo que se descompone lentamente en vapor de agua y oxígeno liberando calor También, se encuentra la catalasa, que es una (reacción exotérmica). Se encuentra a distintas enzima (catalizador de naturaleza biológica) que concentraciones de acuerdo con sus usos. Por hace que la descomposición del peróxido de ejemplo, porcentajes bajos (3% - 9%) se hidrógeno sea cinéticamente favorable, es decir, encuentran comúnmente en el mercado para que transcurra a mayor velocidad, lo cual es vital usos medicinales y domésticos, porcentajes en un organismo ya que, siendo es uno de los
productos del metabolismo celular, es potencialmente tóxico, por lo que es transformado enseguida en oxígeno y agua. Además, la catalasa cumple una función protectora contra determinados microorganismos patógenos, sobre todo anaerobios. Las bacterias anaerobias, mueren al estar en contacto con oxígeno, es por esta razón que el oxígeno producido por esta enzima tiene efecto bactericida sobre estos microorganismos. Esta catalasa está presente en la levadura activa, la cual cataliza la descomposición del peróxido más lentamente que el yoduro de potasio y otras sales, lo que hace posible una medición muy aproximada del tiempo requerido en la reacción en función de la concentración usada del reactivo, obteniendo así una serie de gráficas que efectivamente deben demostrar la proporcionalidad directa entre la velocidad de reacción y la concentración.
Procedimiento: Primero que todo, abrir las bolsas de basura de manera que queden extendidas sobre el mesón en el cuál se realizará la práctica. Esto se hace con el fin de recoger más fácilmente los desechos y evitar los derrames sobre objetos delicados. En cada vaso desechable depositar 5 mL de jabón líquido. Luego para el primer vaso con ayuda de una espátula, tomar aproximadamente 10 gr de MnO2 y agregarlos al contenido del vaso. Realizar lo mismo con los otros dos sólidos.
METODOLOGÍA
A. Descomposición del peróxido de hidrógeno utilizando varios sólidos (Óxidos) como catalizadores. Para la primera parte del experimento necesitamos los siguientes materiales: Reactivos:
Óxido de Manganeso (MnO 2)
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Óxido de Hierro (Fe2O3) Óxido de Plomo (PbO2) Agua oxigenada (H2O2) al 15% - 50 volúmenes. •
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Materiales:
3 vasos desechables. Una espátula. Jabón líquido. 3 Jeringas de 5 mL. 3 palitos de madera. Encendedor. 2 bolsas de basura.
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Ahora con cada una de las 3 jeringas, medir 5 mL de agua oxigenada. Al mismo tiempo (con ayuda de otra persona), depositarlos en cada uno de los vasos y observar la reacción. Enseguida, para comprobar que efectivamente se libera O2, introducir un palito de madera al rojo vivo el cual con antelación se expuso al fuego con el fin de que su llama aumentara en presencia de oxígeno.
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Repetir este proceso con las 3 muestras e identificar si los sólidos son catalizadores o simplemente formaron una emulsión.
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B. Descomposición del peróxido de hidrógeno utilizando levadura activa
seca como catalizador.
constantes las cantidades de levadura-Shampoo y el peróxido de hidrógeno. Se vuelven a tomar los tiempos según los volúmenes que alcanza la espuma como se mencionó anteriormente.
Reactivos:
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Un sobre mediano de Levadura en polvo 5 mL de Peróxido de Hidrógeno al 2% 5 mL de Peróxido de Hidrógeno al 2,5% 5 mL de Peróxido de Hidrógeno al 3% 5 mL de Peróxido de Hidrógeno al 3,5% 5 mL de Peróxido de Hidrógeno al 4%
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Se hace el procedimiento nuevamente utilizando 3%, 2,5% y 2% de peróxido de hidrógeno. Cabe aclarar que para hacer una dilución, por ejemplo, al 3% se realiza lo siguiente:
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4%_______5 mL 3%_______ X Nota: Para las diferentes concentraciones, se toma como base agua oxigenada al 4% y a partir de éstas se preparan diferentes diluciones con las concentraciones deseadas.
X= 3% (5 mL) 4%
Donde X= 3,25 mL de peróxido Luego completar un volumen de 5 mL con un volumen de 1,25 mL de agua. Así sucesivamente para las demás diluciones.
Materiales:
Probeta de 100 mL. Shampoo para alfombras. 28 g de Levadura seca en polvo. 2 Bolsas de basura o plástico protector. Un cronómetro. Una jeringa de 5 mL. Agua.
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Para comenzar, como se hizo anteriormente, es necesario cubrir el lugar de trabajo (mesón u otro espacio) con bolsas de basura abiertas para poder recoger mejor los desechos. Iniciar con 3 mL de una mezcla de levadura activa y shampoo para alfombras, luego se agrega a la probeta de 100 mL. Con la jeringa se toman 5 mL de agua oxigenada al 4%, y se deposita en la probeta. A medida que la espuma va subiendo se toma el tiempo, por ejemplo: Volumen (mL) 20 mL 30 mL 40 mL
Tiempo (s) 0,56 s 0,97 s 1,56 s
Hasta completar 100 mL o el máximo volumen que se pueda registrar. Repetir el mismo procedimiento utilizando esta vez Agua oxigenada al 3,5 %, manteniendo
RESULTADOS Las relaciones obtenidas en el desarrollo de la practica muestran una tendencia de crecimiento de la velocidad de reacción al aumentar la concentración del peróxido de Hidrogeno (Fig. 1), aun así en el proceso se observaron que concentraciones menores de peróxido (2.5% H2O2) reaccionaron primeramente en tiempo (0,3 décimas de segundo) ante reacciones de mayor concentración (3.0, 3.5% H2O2) que lo hicieron posteriormente (0.17, 0.12 décimas de segundo), utilizando un medio de reacción que estuvo conformado por jabón de alfombras y levadura
activa que se mezclaron hasta obtener un liquido de color grisáceo de una apariencia viscosa, esta mezcla reaccionó en contacto con el peróxido generando espuma (Elephant’s Toothpaste ) (lo que demuestra la generación de oxígeno) consiguiendo observar que la espuma producida en la descomposición del peróxido de Hidrógeno mostraba una consistencia cremosa, esta descomposición ocurrió a gran velocidad (entendido como el aumento del volumen de la espuma presente) en general para todas las concentraciones ocurrió un primer momento en el cual reducía su velocidad en relación a el tiempo transcurrido llegando a un momento final donde la espuma producto de la reacción terminaba su aumento de volumen, adicionalmente se observo un aumento en la temperatura de la probeta en las reacciones de mayor concentración de peróxido de Hidrogeno, hecho que confirma la naturaleza exotérmica de la reacción.
Velocidad de reacción del peróxido 100 90 80 Peróxido al 4% Peroxido al 3% Peroxido al 2,5% Peroxido al 3,5% Peróxido al 2%
70 ) L 60 m ( N E 50 M U L O 40 V
30 20 10 0 0
5
10
15
20
TIEMPO(S)
Figura 2
El volumen de la espuma generada en este proceso mostro adicionalmente tres puntos en los cuales el volumen y el tiempo caracterizaron cada uno de ellos el primero, en el cual el volumen no mostro ningún cambio en una escala de tiempo muy baja (centésimas de segundo) el segundo un aumento de volumen considerable en escalas de tiempo bajas (décimas de segundo) y por ultimo un aumento de volumen lento y progresivo en escalas de tiempo superior a las anteriores (segundos), las concentraciones y el volumen final de cada proceso estuvieron relacionadas en cantidades proporcionales es decir a mayor concentración mayor volumen final en la muestra (Fig. 2).
Dependencia de la velocidad con la concentración H 2O2 4
3,5
d a d i c o l e V n L
3
y = 0,973x + 2,350 2,5
2 0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
DISCUSIÓN
Ln Concentración
Figura 1
El aumento de volumen de la espuma comprendida como producto de la reacción que estuvo relacionada con la concentración de H 2O2 (Fig. 2) la cual tuvo un acenso vertiginoso en el recipiente que contenía los reactivos ( probeta 100 mL) se estabilizó pasados algunos segundos sin llegar a llenar por completo el recipiente.
En cuanto a la reacción que ocurrió a mayor velocidad en una muestra que contenía una concentración menor de peróxido de Hidrogeno en comparación con el tiempo y la concentración mayor de otras muestras es probable que este hecho se presentara al realizar un mal procedimiento al disponer de una cantidad mayor de levadura a la reacción que provocó un aumento del material enzimático este a su vez propicio una reacción más acelerada de los componentes, por otro lado la situación que pudo haberse presentado es la realización de un mal
procedimiento en la dispersión de la levadura activa que se encontraba solida (gránulos) con el jabón de alfombras en estado liquido de alta viscosidad, que no proporciono suficiente material enzimático (catalasa) disponible a la reacción, este ultimo de menor posibilidad dado que el hecho que atañe esta circunstancia donde muestras con concentraciones mayores de peróxidos de Hidrogeno reaccionaron más lentamente en comparación con una muestra de menor concentración, ocurrió en dos muestras lo que le proporciona mayor posibilidad a el primer evento. En cuanto a el proceso catalítico realizado fue pertinente en el desarrollo de la práctica, la velocidad de reacción ocurrió en periodos de tiempos apreciables por los investigadores además el desarrollo de esta actividad podría realizarse junto con otros procesos que podrían haber contribuido con el conocimiento de la velocidad de reacción y por ende de la descomposición del peróxido de Hidrogeno. Los resultados mostraron una fuerte relación a las variables de concentración y volumen, cabe rescatar que existen variables de esta reacción que no se tuvieron en cuenta que podrían generar una comprensión mayor del proceso, como la vida útil de la levadura luego de ser expuesta y diluida, los inhibidores de pH y demás componentes presentes en el agua oxigenada comercial, entre otras.
CONCLUSIÓN A lo largo de la práctica, se logró una evidente demostración de la catálisis de descomposición del peróxido de hidrógeno a partir de catalizadores de acción instantánea (químicos y enzimáticos), que, no consumiéndose, alteraron la velocidad de reacción, siendo esta evidenciada en la espuma producida, indicio de producción de oxígeno y vapor de H2O, los cuales son productos de la descomposición. También se apreció, mediante el uso de gráficas y procedimientos matemáticos que la velocidad de descomposición en la práctica es directamente proporcional a la concentración de peróxido. Además se pudo comprobar el papel de la catalasa presente en la levadura, teniendo como referencia previa su función enzimática en los seres vivos.
