OXIDACION DEL IODURO CON PERSULFATO 1 Introducción
La cinética de una reacción química es esa rama de la fisicoquímica que estudia la velocidad a las que se llevan a cabo las reacciones químicas y sus diferentes mecanismos, no todas las reacciones se prestan a un estudio cinético, por ejemplo las reacción es entre iones, se dan a tan alta velocidad que a la vista parecen reacciones instantáneas lo cual hace imposible poder medir ese tiempo de reacción. Para la determinación de la cinética de cualquier reacción química debemos tomar en cuenta que variables modifican dicha cinética, teóricamente se sabe que la velocidad de una reacción química se modifica con la temperatura, con las concentraciones delos reactivos y de productos, y la naturaleza de las sustancias. Los mecanismos de reacción describe las etapas de cómo los reactivos se convierten en productos. !isten diversos métodos para estudiar la cinética de una reacción química. ntre los cuales se pueden citar" el método de inte#ración de las velocidades de reacción, el método de velocidades iníciales, el método de tiempo de vida media, entre otros. n todos estos, se persi#ue un mismo fin, que es conocerlos valores de los parámetros cinéticos específicos de la reacción. l objetivo de la cinética química, es el cálculo de la velocidad de cualquier reacción a partir del conocimiento de las propiedades fundamentales de las moléculas en reacción, el cálculo apro!imado de las ener#ías de activación a partir de la teoría, es un problema muy complejo. $uando se tienen los componentes reaccionantes, se puede estudiar el orden de la reacción así como su ener#ía de activación, uno de ellos es la reacción del ion yoduro con per sulfato de amonio, la cinética química, investi#a la variación de las concentraciones o las presiones parciales de sustancias reaccionantes o productos obtenidos en función del tiempo transcurrido. %&' ( )*+-%%/0
→
'%( %)*+ -%/
2 Objetivo 1
Objet bjetiv ivo o ene ener! r!""
1eterm 1eterminar inar la cinéti cinética ca de la reacci reacción ón por o!idac o!idación ión del yoduro yoduro de potasio potasio con persul persulfat fato o utilizando un método espectrofotométrico. 2
Obje Objeti tivo vo# # E#$e E#$ec% c%&i &ico co# #
a) Obten Obtener er una una ecuaci ecuación ón de veloc velocid idad ad expr expresa esada da en funci función ón de la tempe temperat ratur ura a y concentración inicial de los reactivos. b) Hacer Hacer un segui seguimie miento nto de la conce concentr ntraci ación ón de yodo yodo en funció función n del tiempo tiempo con con ayuda de un espectrofotómetro. c) Obtener experimen experimentalmente talmente la constante de de velocidad velocidad de la reacción. reacción. d) Hallar el orden orden de reacción reacción con respecto respecto al yoduro yoduro (α) (α) y al persulfato persulfato (β). '
(!rc !rco Teóric rico
E#$ectro&otó)etro
l funcionamiento de un espectrofotómetro consiste básicamente en iluminar la muestra con luz blanca y calcular la cantidad de luz que refleja dicha muestra en una serie de intervalos de lon#itudes de onda. Lo más usual es que los datos se recojan en 23 intérvalos de lon#itudes de onda )los cortes van de 44 nm, 34 nm, %4 nm5 644 nm-. sto se consi#ue haciendo pasar la luz a través de un dispositivo monocromático que fracciona la luz en distintos intérvalos de lon#itudes de onda. l instrumento se calibra con una muestra o loseta blanca cuya reflectancia en cada se#mento de lon#itudes de onda se conoce en comparación con una superficie de refle!ión difusa perfecta. La reflectancia de una muestra se e!presa como una fracción entre 4 y 3, o como un porcentaje entre 4 y 344. s importante darse cuenta de que los valores de reflectancia obtenidos son valores relativos y, para muestras no fluorescentes, son independientes de la calidad y cantidad de la luz usada para iluminar la muestra. 7sí, aunque los factores de reflectancia se midan usando una fuente de luz concreta, es perfectamente correcto calcular los valores colorimétricos para cualquier iluminante conocido.
Ab#orb!nci!
$uando un haz de luz incide sobre un cuerpo trasl8cido, una parte de esta luz es absorbida por el cuerpo, y el haz de luz restante atraviesa dicho cuerpo. 7 mayor cantidad de luz absorbida, mayor será la absorbancia del cuerpo, y menor cantidad de luz será transmitida por dicho cuerpo. $omo se ve, la absorbancia y la transmitancia son dos aspectos del mismo fenómeno. La absorbancia, a una determinada lon#itud de onda lambda, se define como"
1onde" I es
la intensidad de la luz que pasa por la muestra )luz transmitida-
I 0 es
la intensidad de la luz incidente.
La medida de la absorbancia de una solución es usada con mucha frecuencia en laboratorio clínico, para determinar la concentración de analitos tales como colesterol, #lucosa, creatinina y tri#licéridos en san#re. $ada uno de estos analitos se hace reaccionar químicamente con determinados compuestos, a fin de obtener una solución coloreada. 7 mayor intensidad de color, mayor será la absorbancia de la solución en una determinada lon#itud de onda. La absorbancia es entonces directamente proporcional a la concentración del analito en san#re.
Para medir esta absorbancia, se hace incidir un haz de luz con determinada intensidad y lon#itud de onda, sobre la solución, y se mide la luz transmitida al otro lado de la cubeta que contiene dicha solución. stas técnicas están comprendidas en el área de la espectrofotometría. De#vi!cione# ! "! "e* de +our,uer-L!)bert-+eer
Las desviaciones a la Ley de 9eer caen en tres cate#orías" reales, instrumentales y químicas. 1ichas desviaciones pueden ser positivas :: si la absorbancia medida es mayor que la real :: o ne#ativas :: si la absorbancia medida es menor que la real :: y llevan a que no se obten#an relaciones lineales entre la absorbancia y la concentración. Las desviaciones reales provienen de los cambios en el índice de refracción del sistema analítico, pues como e depende del índice de refracción de la muestra, la ley de 9eer sólo se cumple para bajas concentraciones, en donde el índice de refracción es esencialmente constante, ya que no es la absortividad la que es constante sino la e!presión" e ; e verdadero h <)h %(%-% 1ónde" h es el índice de refracción de la solución. Las desviaciones instrumentales provienen, en primer lu#ar de la utilización de luz no monocromática, ya que la pureza espectral del haz de radiación proveniente de la fuente, depende del ancho de banda espectral del monocromador. La deducción de la ley de 9eer supone radiación monocromática y los monocromadores en realidad proporcionan una banda de lon#itudes de onda. $uando se hace una medida de transmitancia con luz de varias lon#itudes de onda, l = ,l== ... la intensidad del haz que emer#e de la solución de muestra será ) ' l= ( ' l== ...- y la intensidad del haz que emer#e de la celda de referencia será ) ' 4l= ( '4l == ...- por lo que la transmitancia leída será " > ; ) 'l= ( 'l== ...- < ) ' 4l = ( '4l== ...- ; ) ' l= ( 'l == ...- < ) ' 4l =
1
(ATERIALES
3 matraz aforado de %? ml Pipetas #raduadas de 3 ml 3 vaso de precipitado de 344 ml 3 matraz rlenmeyer de %?4 ml 3 $ronómetro 3 @arilla de @idrio spátula
2
Re!ctivo#
− e 'bc
10
( '4l ==
− e bc } ¿
10
...-
'
E.ui$o#
9alanza analítica. $ronómetro. >ermómetro. spectrofotómetro.
/
Procedi)iento e0$eri)ent!"
•
•
•
•
•
•
•
olución de Aoduro de Potasio 4,4 *. olución de Persulfato de amonio 4,4 *. 7#ua destilada
Pesar 4.4B3# de Persulfato de amonio anhidro y 4.22 # de yoduro de potasio para preparar soluciones 4.4 * de C %/0;D y 4.* de C' :D. Las soluciones de los reactivos se introducen en el baEo para que alcancen la temperatura de %4F$ y lue#o se mezclan tomando este instante como tiempo cero. e vierte la disolución de yoduro potásico sobre la de persulfato potásico )nunca a la inversa, ya que la que está en e!ceso es la de yoduro-. l transcurso del tiempo de la reacción controlar con un cronómetro. n intervalos de tiempo lo más cortos posible se toman alícuotas de 4.3 ml de la mezcla en reacción, este volumen se diluye a %? ml con ayuda de un matraz aforado. Gna pequeEa cantidad de la muestra diluida se introduce a la celda del espectrofotómetro y se lee el porcentaje de absorbancia usando como patrón de referencia a#ua destilada Las lecturas en el espectrofotómetro se deben realizar de la si#uiente manera" primero se calibra el aparato cuando la celda contiene a#ua destilada, entonces se introduce la celda que contiene la solución diluida y se re#istra el valor de la absorbancia l tratamiento de datos se realiza en base a la ecuación de velocidad de una reacción de primer orden en función a una propiedad física.
n el manejo del espectrofotómetro tenemos que tener cuidado en no manchar las cubetas solo tocarlas de la parte superior, la forma de calibración es por cada medición con la ayuda del patrón a#ua se calibra hasta el cien y sin patrón se calibra hasta el cero, después de cada medición se debe calibrar el equipo. Para las si#uientes determinaciones realizamos los si#uientes pasos" Deter)in!ción de 3 •
>odo el e!perimento se lleva a temperatura constante a %4H$
•
Preparamos 34ml de %/0 4,4 mol
•
y 34 ml de &' )cat.- 4. I )4.22 #.>omamos alícuotas de 4,3 ml de la mezcla reaccionante. e diluyó cada alícuota en %? ml de a#ua destilada.
La reacción tiene un tiempo apro!imado de duración de J4 minutos Deter)in!r 43 •
>odo el e!perimento será a temperatura constante a %4H$
•
Preparar 34 ml de %/0 4.4 I )4,4B3% #.-
•
preparar 34 ml de &' )cat.- 4.400 I )4,3?#.>omar alícuotas de 4,3 ml de la mezcla reaccionante. 1iluir cada alicuita en %? ml de a#ua destilada. La reacción tiene un tiempo apro!imado de duración de J4 minutos
Deter)in!r ener,%! de !ctiv!ción * con#t!nte de ve"ocid!d de re!cción •
>odo el e!perimento será a temperatura distintas )%4,24 H$-
•
>odo el e!perimento será a temperatura constante a %4H$
•
Preparar 34ml de %/0 4,4 mol
•
Preparar 34 ml de &' )cat.- 4. I )4,JJ #.>omar alícuotas de 4,3 ml de la mezcla reaccionante. 1iluir cada alicuota en %? ml de a#ua destilada. La reacción tiene un tiempo apro!imado de duración de 3? a %4 minutos 5
6
D!to#7 c8"cu"o# * re#u"t!do#
(9todo e#$ectro&oto)9trico
e peso 4.433 # de persulfato de amonio y 4.22%0 # de yoduro de potasio, para la obtener las concentraciones de 4.43 * de persulfato y 4.4% * de yoduro.
−¿ ¿
I
1onde
¿ ¿ K ’ = K × ¿
∂ S2una O8 cinética de primer y asumiendo orden con respecto al persulfato" = K ' * S O = 1 − =
∂ [ t ]
2
8
ln[ S 2O8 = ]t = ln[S 2O8 = ]0 − K '* t
y;a(b! A
=
ε bc
La relación de absorbancia y concentración está dada por la ecuación de Lambert y 9eer, que es la si#uiente"
1onde"
K ; 7bsortividad molar b ; Paso óptico de la celda. $ ; $oncentración de la especie
1onde" 19
ϵ =8.7∗10
∗ P∗ A
P ; Probabilidad ; 4.J 7 ; rea molecular ; 3:3? K ; ?%%44 CLt
A
52200∗1
[ ]
= M
7demás se debe considerar la disolución hecha a nuestra mezcla reaccionante" 4.3 mL de la mezcla se enrazo a %? mL con a#ua destilada, la formula queda" c=
((
A
52200∗1
) )
∗10 / 0.
Estudiante
Paola Molina
Tiempo (min)
Absorban C (I2) (N) cia
! !"!!#$%%
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,ernanda -illca
"+$ !"!!+%
!"!!!#+
%$/arolina Olguin
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0aren -argas
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1iego 2alar3a
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Paola Molina
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C (O2S8) (N)
!"!!*+$* % !"!!*$ +& !"!!*#+ #* !"!!**!+ & !"!!*%++ %* !"!!*!# *& !"!!*%$$ %%
Ln (O2S8)
"#!%!$* "#&+ $% "##!%* +& "##!$& & "##+&& # "##!&% ! "#*$&$ %
!"!!!##! !"**$ $
/arolina Olguin
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Paola Molina
!"!!*%#$+ & !"!!*%$! # !"!!*%*&+ +& !"!!*%
"#&#$ *$ "#*%#+ * "#!% & "#*%%*+ &*
! f(x) 4 !x 5 ! 67 4 !.%
! ! Conc. I2 (N)
! ! ! ! !
!
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#!
*!
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$!
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tiempo (min)
!.! ! !
f(x) 4 !x 5 ! 67 4 !.%
! Conc. (O2S8) (N)
! ! ! ! !
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8xis 9itle
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f(x) 4 !x .# 67 4 !.%
.## .#* .# .#$ 8xis 9itle
Por lo tanto< a 4 .#*& b 4=!* 4 0> 6 4 !.+##+$
J
Conc"u#ione#
•
•
•
Los dos primeros datos fueron diluidos a %? mL y los si#uientes a 34 mL, habría que hacer una interpolación a 34 mL para que todos los datos se puedan comparar entre sí. *o se necesita hallar la verdadera concentración en la mezcla reaccionante antes de la dilución, solo que todos los datos estén a la misma dilución, sin importar cuál sea esta. La alícuota de 3 mL de muestra sacada para medir la concentración fue desechada lue#o de la medición, de esta manera el volumen de la mezcla reaccionante se hacía cada vez menor después de cada toma de muestras, esto incrementaba la concentración de yodo más de lo esperado, aun así encontramos una correlación lineal de los datos como era esperado. La dilución y el enfriamiento de las alícuotas tomadas de las mezcla reaccionante, se realizan para detener la reacción y tener tiempo de analizarlas en el espectrofotómetro sin que se modifique la concentración por reacción química. La falta de instrumentos adecuados ocasionó errores al momento de la dilución. Por ejemplo al verter el a#ua destilada desde un vaso de precipitados, resultaba difícil enrasar con e!actitud en el matraz aforado. l orden de la reacción respecto al persulfato de amonio es N;3. 1ebido al tiempo no se pudo tomar más datos para una determinación más e!acta del orden de reacción. +ubieron al#unos errores en la toma de datos, como ser el enrase en las diluciones y la toma de la muestra reaccionante. 7 pesar de eso, se lo#ró una buena linealización. e realizaron cálculos previos para hallar las condiciones de operación, como ser las concentraciones que se iban a introducir al espectrofotómetro.
: +ib"io,r!&%!
• • • •
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