UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TEGNOLOGIA
INVERSION DE LA SACAROSA INFORME
ESTUDIANTES:
-
Chungara Mamani Jose Luis Cárdenas Candía Rafael García Cruz Benjamin Alvaro Pacara Alvarez Aldair Zola Acho Wilson
DOCENTE: ING. Lopez Arze Javier Bernardo
MATERIA: Lab. De Reactores
CARRERA: Ing: Quimica
FECHA: 10/09/2017 10/09/2017
COCHABAMBA-BOLIVIA
1 RESUMEN La sacarosa, fructosa y glucosa son compuestos orgánicos ópticamente activos debido a la presencia de carbonos asimétricos en su estructura molecular. Estos carbonos confieren a la molécula la propiedad física de desviar el plano de la luz polarizada. En la siguiente práctica aplicaremos uno de los métodos ópticos de estudio de la cinética de reacción para así poder determinar el orden de reacción como también la constante de velocidad de reacción para la inversión de la sacarosa. La actividad óptica es una propiedad aditiva, por lo tanto, si en nuestra disolución tenemos tres sustancias ópticamente activas, en cada medida lo que obtendremos será la suma de las contribuciones de estas tres sustancias. Para ello en la práctica se tocaron varios puntos como ser: marco teórico, objetivos, diseño experimental, cálculos y conclusiones para poder llegar a lograr el objetivo deseado. En la práctica usamos un polarímetro para leer el ángulo de polarización y poder ver como varia el ángulo respecto del tiempo de una solución de sacarosa al 20% y una solución de HCl 0.4 N durante un periodo de una hora y media y seguidamente con los datos obtenidos poder hallar lo requerido por medio del método integral relacionando la siguiente ecuación:
= ′ ∝
2 INTRODUCCION La sacarosa es un disacárido como la lactosa, maltosa, isomaltosa, trehalosa, es decir, es una molécula estable compuesta por dos monosacáridos: glucosa y fructosa en concreto. su fórmula química no desarrollada es C12H22O11. Para ser más exactos: beta-D-fructofuranosil-alfa-D-glucopiranosido. α y β (alfa y beta) hacen referencia al anomero, posición del grupo hidroxilo
(alcohol, OH) en la molécula cíclica. D y L hacen referencia al isómero óptico o enantiómero por resumir, hacia donde desvían la luz polarizada D, dextrógiro (+) hacia la derecha y L, levógiro (-) hacia la izquierda. El 2 y el 1 hacen referencia a los carbonos que intervienen en la reacción. El azúcar invertido o la sacarosa es la disgregación por hidrolisis 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 hidrolisis que separa la sacarosa en sus dos subunidades. 2.1. Velocidad de inversión de la sacarosa.
Para este estudio debemos de familiarizarnos con uno de los métodos ópticos de estudio de la cinética de reacciones y determinar de terminar analítica y gráficamente la constante de velocidad media. 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:
3 ANTECEDENTES En 1808 Étienne Louis Malus descubrió la polarización por reflexión, y sus observaciones atrajeron el interés de varios científicos prominentes de su época como François Arago, David Brewster y Augustin Augus tin Fresnel. En 1820 Fresnel, que asumía que la luz era una onda transversal, elaboraba una teoría matemática de la polarización. La rotación y cambio en la orientación de la polarización de la luz fue observada por primera vez en el año 1811 en el cuarzo por el físico francés Dominique F. J. Arago. Casi en el mismo tiempo, el químico químico Jean Baptiste Biot llegó a observar el efecto en los líquidos y gases de sustancias orgánicas tales como la turpentina. En el año 1822 el astrónomo inglés Sir John F. W. Herschel llegó a descubrir que diferentes formas de cristales eran capaces de rotar los planos de polarización en diferentes direcciones. Se empleaban por aquellas épocas polarímetros para medir la concentración de simples azúcares, tales como la tales como la glucosa, en solución acuosa. De hecho, uno de los nombres asignados a la glucosa, dextrosa es debido a la característica que muestra esta glucosa para hacer girar "a la derecha" el plano de polarización (dexter). De forma similar, la muy común, fructosa, provoca que el plano de polarización rote a la izquierda. La fructosa es incluso más "levo giradora" que la glucosa como "dextro giratoria ”.
4 OBJETIVOS 4.1. Objetivo general
Aplicar uno de los métodos ópticos de estudio de la cinética cinética de reacción y determinar la constante de velocidad de reacción para la inversión de la sacarosa.
4.2 Objetivos Específicos
Medir el ángulo de rotación de la luz polarizada que atraviese la solución de sacarosa en agua a lo largo del tiempo, para determinar la concentración de una sustancia ópticamente activa. Estudiar la velocidad de reacción de la inversión de la sacarosa en agua usando un medio acido. Determinar el orden de reacción a la que pertenece la inversión de la sacarosa
5 MARCO TEORICO 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
5.1. Inversión de la sacarosa La sacarosa puede ser invertida, catalizada por hidronios (H+) dando D-glucosa y L-fructosa Estos azucares son compuestos orgánicos ópticamente activo debido a la presencia de carbonos asimétricos en su estructura molecular que confieren la propiedad física de desviar el plano de la luz polarizada. La sacarosa es dextrógira y su mezcla resultante es levemente levógira, ya que la fructosa(levógira) es más ópticamente activa que la glucosa (dextrógira). A medida que la sacarosa se va hidrolizando, el ángulo de rotación va disminuyendo hasta hacerse finalmente negativo. La diferencia entre el valor inicial y final será proporcional a la concentración inicial de sacarosa y lo mismo sucederá para cualquier tiempo. Se obtiene a partir de la hidrólisis del azúcar común (sacarosa). Esta hidrólisis puede llevarse a cabo mediante tres métodos: -
Por enzima invertida.
-
Por acción de un ácido a temperatura elevada (esto sucede espontáneamente durante el almacenamiento de jugos de fruta).
-
Pasando la solución por resinas sulfónicas.
Para ejemplificar, tomemos el caso de hidrólisis por acción de un ácido. Se prepara un almíbar (jarabe de sacarosa) y se lo acidifica utilizando ácido cítrico.
Como resultado de esto, se elimina un puente de oxígeno, transformando la solución acuosa de sacarosa en una solución acuosa de glucosa + fructosa. Cuando la solución reduce su temperatura a 80 °C se puede neutralizar el pH con bicarbonato de sodio, hecho que genera una efervescencia, aunque esto no es obligatorio.
5.2 Actividad óptica Se denominan sustancias ópticamente activas a aquellas que desvían el plano de oscilación de la luz polarizada. El ángulo de desviación se llama ángulo de rotación, α.
Este ángulo depende de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la radiación (normalmente, la línea D del sodio, λ = 589 nm), de la temperatura T, del
disolvente, de la concentración y del espesor de disolución que atraviesa la luz (camino óptico, l). Así,
Donde Donde es la rota rotaci ción ón espec específ ífic ica, a, caract caracterí eríst stic ica a de cada cada sust sustan anci cia. a. Esta Esta ecuación permite determinar la concentración de una sustancia ópticamente activa, midiendo el ángulo de rotación. En general, a una temperatura constante, en un disolvente dado, y con un espesor de disolución determinado (constante para cada polarímetro), el ángulo de rotación es proporcional a la concentración:
Como la actividad óptica es una propiedad aditiva, el ángulo de rotación de una disolución de varias sustancias ópticamente activas será:
Hidrólisis de la sacarosa La hidrólisis de la sacarosa en medio acuoso
es una reacción de segundo orden (de primer orden respecto a cada reactivo). La reacción es catalizada por los iones H+. La ley de velocidad es de la forma:
Teniendo en cuenta que la reacción tiene lugar en disolución acuosa (agua en gran exceso) y que la concentración del catalizador se mantiene constante, se puede escribir:
donde
es la constante experimental de velocidad o constante cinética aparente. Llamando c a la concentración de sacarosa, la integración de la ecuación (5) da
o
donde c0 es la concentración inicial de sacarosa y c = c 0 – x es la concentración de sacarosa transcurrido un tiempo t. Las concentraciones se pueden relacionar con los ángulos de rotación de la mezcla reaccionante (medidos con un polarímetro) a diversos tiempos de reacción:
Teniendo en cuenta la ecuación (3), el ángulo de rotación en cada uno de estos tiempos es:
A partir de estas ecuaciones es fácil demostrar que
y, por tanto, la ecuación (8) puede escribirse como
6 DISEÑO EXPERIMENTAL 6.2. Materiales
Polarímetro Matraz aforado de 50 ml Vaso precipitado Cronometro Probeta de 100 ml Pizeta Tubo de polarímetro
Matraz aforado
Tubo polarímetro
Cronometro
´Polarímetro
6.2. Reactivos
HCl 4 N Solución de sacarosa al 20% (20 gramos de sacarosa en 100 ml de agua)
6.3. Desarrollo
Antes de empezar el el trabajo debe familiarizarse con el polarímetro y entrenarse en hacer lecturas en la escala la escala del instrumento.
Poner a cero el polarímetro con agua.
Verter en 25 ml de solución de sacarosa en 25 ml de HCl, agitando agitando la mezcla resultante. Accionar el cronometro en el momento exacto de la mezcla.
Llenar el tubo del polarímetro lo más rápidamente posible y leer el ángulo de rotación.
Repetir las lecturas a intervalos de 5 segundos durante una hora.
La lectura La lectura a tiempo infinito se lee dos días después.
7. Hoja de trabajo Datos del ácido clorhídrico concentrado Soln concentrado = 1,18 g/ml % en peso HCl concentrado = 37
7.1. Parte 1 25 ml de solución al 20% de sacarosa 25 ml de solución de HCl al 0.4 N
t 0 6.34 24 27 29 33 34 35 38 39 42 43 46.45 48 50.50 53.56 55 57 60 66 70 73
α
14.4 14.15 14 13.95 13.75 13.85 13.95 13.85 13.80 13.85 13.85 13.80 13.75 13.7 13.6 13.25 13.30 13.20 13.15 13.05 12.9 12.85
75 77 80 85 88 92
12.75 12.8 12.85 12.8 12.7 12.3
7.2 Parte 2 25 ml de solución al 20% de sacarosa 25 ml de solución de HCl al 4 N T 2.38 3.55 4.46 5.35 7.60 10.24 13.35 18.56 23.05 26.48 31.42 34.4 37.4 40.47 43.21 47 50.23 53.87 57.35 60.60 67 71 74 77 80 86 90 99 109 117 123
α
13 13 13 12.8 11.85 11.2 10.8 8.85 9.6 5.1 7.65 6.5 6.7 6.2 7.2 4.5 3.85 3.30 3.25 3 2 1.7 1.4 1.25 0.95 0.35 0.15 -0.8 -0.1 -1.8 -1.5
128 135
-1.3 -2 -3.55
∞
7.2 Parte 3 25 ml de solución al 20% de sacarosa 25 ml de solución de HCl al 6 N t 8.26 13.4 18 23.43 30.31 33.54 42.33 50.13 54.33 58.25 61.55 65.02 69.54 73.6 77.05 83.15 87.16 93 95.03 106
α
43.1 38.2 30.1 40.3 3.5 2.2 1.6 -1 -0.7 -1 -1.1 -2.1 -2.2 -2.2 0.5 -2.5 -2.25 -2.7 -2.8 -3.2 -3.65
∞
8. Resultados 8.1 Parte 1 25 ∗ 25 ∗
0,4 1000
∗
1.106 1
1 1
∗
∗
20 100
36.5 1
∗
= 5.53 5.53
100 37
∗
1 1.18
= 0.83 0.836 6
(∝ −∝ ) = (∝ −∝ ) − = + t (∝ −∝ ∞ ) 0
0,7419
6,34
0,6151
24
0,5306
27
0,5007
29
0,3715
33
0,5007
34
0,5007
35
0,4382
38
0,4054
39
0,4382
42
0,4382
43
0,4054
46,45
0,3852
48
0,3576
50, 5
0,2623
53,56 3,56
-0,051 -0,05129 298 8
55
0
57
- 0, 1053
60
- 0, 1625
66
- 0, 3566
70
- 0, 5108
73
- 0, 5978
75
- 0, 7985
77
- 0, 6931
80
- 0, 5978
85
- 0, 5931
88
- 0, 9163
A=1.087241 B=-2.286145 r=-0.935267
8.2. Parte 2 4
∗
1 1
∗
36.5 1
∗
100 % 0.025 1 ∗ ∗ = 8.36 8.36 37 % 1 1.18
t 2,38
2,8063
3,65
2,8063
4,46
2,8063
5,35
2,7942
7
2,7343
10,24
2,6912
13,35
2,6637
18,56
2,5177
23,05
2,5764
26,48
2,1575
31,42
2,4159
34,4
2,3075
37,4
2,3272
40,47
2,2772
43,21
2,3749
47
2,0856
50,23
2,0014
53,87
1,9329
57,33
1,9169
60
1,8794
67
1,7137
71
1,6582
74
1,5994
77
1,5696
80
1,504
86
1,3609
90
1,3083
99
1,0116
109
1,2383
117
0,5596
123
0,7178
128
0,8109
135
0,4382
A=2.892636 B=-1.742146 r=-0.9881068
8.3. Parte 3
6
∗
1 1
∗
36.5 1
∗
100 % 0.025 1 ∗ ∗ = 12.5 12.54 4 37 % 1 1.18
t (∝ −∝ ∞ )
A=3.905678 B=-40501812 r=-0.9380335
8,26
3, 8448
13, 4
3, 734
18
3, 5189
23,43
3, 783
30,31
1, 9671
33,54
1, 7664
42,33
1, 6582
50,13
0, 9745
54,33
1, 0818
58,25
0, 9745
61,55
0, 936
65,62
0, 9382
69,54
0, 3715
73, 6
0, 3715
77,05
1, 4231
83,15
0, 1397
87,16
0, 3364
93
-0,0 -0,05 51293
95,03
- 0, 0,1625
106
- 0,7985
8 CONCLUSIONES La velocidad de una reacción química es aquella a la que las concentraciones de las sustancias reaccionantes varían con el tiempo. Utilizando un método polarímetro podemos deducir el orden de una reacción en este caso usamos una solución de sacarosa y con el ángulo de la desviación de la luz polarizada medido a diferentes tiempos y sustituyendo estos datos en la ecuación dada obtenidos los resultados, que confirman que es de orden 1 ya que los resultados de k fueron relativamente constantes 9 OBSERVACIONES Al inicio fue muy difícil comenzar con la práctica ya que se tuvieron muchas dificultades al momento de comenzar a utilizar el polarímetro ya que este aparato requiere de práctica y paciencia para poder ajustarlo, y por ello se debe practicar con tiempo, antes de comenzar a utilizar los reactivos. Para que el resultado que arroje el polarímetro sea confiable la alícuota debe ser tomada en el tiempo exacto y debemos cuidar que el tubo del polarímetro no contenga ninguna burbuja porque esto puede alterar el resultado. 10 RECOMENDACIONES 11 BIBLIOOGRAFIA
https://prezi.com/attja9qtup3b/velocidad-de-inversion-de-la-sacarosa/ https://es.wikipedia.org/wiki/Az%C3%BAcar_invertido https://es.slideshare.net/vegabner/azcar-invertido http://www.academia.edu/11400133/CIN%C3%89TICA_DE_LA_INVERSI% C3%93N_DE_LA_SACAROSA_CAT%C3%81LISIS_%C3%81CIDA
