VII Semana de la Ciencia y la Tecnología de noviembre de 2007

Transcripción

1 VII Semana de la Ciencia y la Tecnología de noviembre de 2007 Reacción reloj Una reacción reloj es una reacción química en la que un cambio de color súbito marca el final de la transformación de los reactivos en productos. El tiempo que transcurre hasta el final de la reacción depende de la concentración de las especies químicas implicadas en la misma. Este tipo de reacciones son muy utilizadas en el estudio de la cinética de las reacciones químicas, es decir, para conocer a qué velocidad tiene lugar una transformación química. Uno de los factores que afecta a esta velocidad es la concentración de los reactivos. Para una reacción del tipo: A + B productos la expresión matemática que recoge esta dependencia es: v = k [A] a [B] b donde v es la velocidad de reacción, k es la constante de velocidad, y [A] y [B] son las concentraciones de los reactivos. El exponente a se llama orden de la reacción con respecto a A y el exponente b, orden de la reacción con respecto a B. La suma a + b se conoce como orden total de la reacción. Estos exponentes se determinan experimentalmente. En este experimento vamos a utilizar productos comerciales que se pueden adquirir en una farmacia y en una droguería. Como instrumentos de medida utilizaremos jeringuillas hipodérmicas. Anímate a realizar el experimento en tu casa!. Jugando con las concentraciones de los reactivos podrás observar cómo varía el tiempo que la reacción tarda en llegar a su punto final. Página 1 de 5

2 Tic-Tac-Toc, con vitamina C hacemos un reloj Explicación teórica En este experimento, se va a estudiar la cinética de la siguiente reacción química: 2 H + (aq) + 2 I (aq) + H 2 O 2 (aq) I 2 (aq) + 2 H 2 O (l) (reacción 1) El reactivo yoduro (I ) se genera a partir de yodo molecular (I 2 ) añadiendo vitamina C (ácido ascórbico, C 6 H 8 O 6 ) a tintura de yodo disuelta en agua. La tintura de yodo contiene yodo molecular (I 2 ) y yoduro de sodio disueltos en etanol y agua. I 2 (aq) + C 6 H 8 O 6 (aq) 2 H + (aq) + 2 I (aq) + C 6 H 6 O 6 (aq) (reacción 2) Al añadir el agua oxigenada (peróxido de hidrógeno, H 2 O 2 ) a la mezcla de vitamina C y tintura de yodo, se inicia la reacción 1. La reacción 2 consume el yodo molecular formado en la reacción 1 tan pronto como éste se produce, por lo que la concentración de I 2 se mantiene muy baja a lo largo del tiempo. Cuando toda la vitamina C se ha consumido en la reacción 2, la concentración de I 2 aumenta considerablemente en la disolución y se forma un compuesto de yodo con almidón de color azul oscuro, que marca el final de la reacción química. Procedimiento experimental Materiales Obtener en casa o 5 vasos pequeños (100 ml) o 2 vasos grandes (200 ml) o 2 cucharillas de postre o Agua del grifo o Rotulador indeleble o Cronómetro Adquirir en una farmacia o 3 jeringuillas hipodérmicas de 5 ml. o 2 jeringuillas hipodérmicas de 10 ml o Tintura de yodo o Sobres de 1000 mg de ácido ascórbico (vitamina C) Página 2 de 5

3 o Agua oxigenada (peróxido de hidrógeno 3% masa/volumen) Adquirir en una droguería o Almidón en polvo Nosotros hemos probado la reacción con los siguientes productos comerciales: Tintura de yodo Pérez Giménez. Sobres de vitamina C Cebion 1000 (Merck) Agua oxigenada (peróxido de hidrógeno 3% masa /volumen) Almidón en polvo CATIRE (Thomil) Procedimiento 1. Etiqueta los vasos con un rotulador indeleble: i. Primer vaso pequeño: A: mezcla vitamina C + tintura de yodo ii. Segundo vaso pequeño: B: mezcla H 2 O 2 + almidón iii. Tercer vaso pequeño: Vitamina C iv. Cuarto vaso pequeño: H 2 O 2 v. Quinto vaso pequeño: Almidón vi. Primer vaso grande Agua vii. Segundo vaso grande: Residuos 2. Etiqueta las jeringuillas: i. Primera jeringuilla de 5 ml: Vitamina C ii. Segunda jeringuilla de 5 ml: Tintura de yodo iii. Tercera jeringuilla de 5 ml: Almidón iv. Primera jeringuilla de 10 ml: Agua v. Segunda jeringuilla de 10 ml: H 2 O 2 3. Desecha la aguja hipodérmica de las jeringuillas. Si es difícil acceder al interior de alguno de los vasos de reactivos con las jeringuillas sin aguja, puedes volver a incorporársela. 4. Llena el vaso Agua con agua del grifo. 5. Con la jeringuilla Agua, toma 60 ml del vaso Agua (tendrás que hacerlo en seis pasos) y viértelos en el vaso Vitamina C. Disuelve el contenido de un sobre de vitamina C en este vaso, ayudándote con una cucharilla. 6. Toma ahora 50 ml de agua y viértelos en el vaso Almidón. Con una cucharilla de postre limpia y seca, añade 3 cucharaditas enrasadas de almidón en polvo a los 50 ml de agua. Agita con la cucharilla, para que se forme una suspensión de almidón en agua. Página 3 de 5

4 7. Vierte 20 ml de agua en el vaso A: mezcla vitamina C + tintura de yodo y otros 20 en el vaso B: mezcla H 2 O 2 + almidón. 8. Con la jeringuilla Tintura de yodo vierte 1 ml de tintura de yodo en el vaso etiquetado A: mezcla vitamina C + tintura de yodo. 9. Con la jeringuilla Vitamina C toma 2 ml del vaso etiquetado Vitamina C y viértelos en el vaso etiquetado A: mezcla vitamina C + tintura de yodo. 10. Vierte suficiente agua oxigenada en el vaso H 2 O 2 como para tomar 10 ml con la jeringuilla H 2 O 2. Vierte el contenido de la jeringuilla en el vaso etiquetado como B: mezcla H 2 O 2 + almidón. 11. Remueve con una cucharilla limpia la suspensión de almidón que tenías en el vaso Almidón, ya que la mayor parte del polvo se habrá ido al fondo del vaso mientras estabas realizando los pasos anteriores. Extrae 3 ml de esta suspensión con la jeringuilla Almidón y viértelos en el vaso B: mezcla H 2 O 2 + almidón. Agita el vaso un poco para que el almidón se reparta por toda la mezcla. 12. Vierte el contenido del vaso A: mezcla vitamina C + tintura de yodo sobre el vaso B: mezcla H 2 O 2 + almidón. Pon en marcha el cronómetro en ese mismo instante. 13. Toma el vaso B: mezcla H 2 O 2 + almidón en la mano y agítalo suavemente pero de forma constante. 14. Observa el color de la disolución. Cuando ésta se vuelva súbitamente de color azul oscuro-negro, para el cronómetro. Apunta cuánto tiempo ha transcurrido desde que llevaste a cabo el paso Lava el vaso A: mezcla vitamina C + tintura de yodo. Vacía el vaso B: mezcla H 2 O 2 + almidón en el vaso Residuos y lávalo. Repite los pasos 7 a 14, pero sustituyendo los 20 ml de agua que se añadían en cada vaso en el paso 7 por 5 ml. 16. Lava el vaso A: mezcla vitamina C + tintura de yodo. Vacía el vaso B: mezcla H 2 O 2 + almidón en el vaso Residuos y lávalo. Repite los pasos 7 a 14, pero sustituyendo los 20 ml de agua que se añadían en cada vaso en el paso 7 por 40 ml. 17. Puedes repetir los pasos 7 a 14 cuantas veces quieras, variando la cantidad de agua que añades en el paso 7 a los dos vasos. 18. Cuando hayas acabado el experimento, vacía el contenido del vaso Vitamina C en el vaso Residuos. Si el color azul oscuro no desaparece al cabo de unos minutos, vacía el contenido de un sobre de Vitamina C en el vaso Residuos. Con este paso lo que hacemos es deshacer el complejo yodo molecular almidón, que puede ser contaminante, transformando el yodo en yoduro. Una vez que haya desparecido el color azul oscuro, puedes deshacerte de la disolución tirándola por un fregadero. Deja correr el agua del grifo durante un minuto y limpia bien el fregadero. Página 4 de 5

5 Observaciones Qué pasa cuando se añade la vitamina C a la tintura de yodo en el paso 9? El color rojizo del yodo desaparece, ya que tiene lugar la reacción 2 y todo el yodo se convierte en yoduro. La concentración de los reactivos varía con respecto a la original, cuando el experimento se repite en el paso 15 (mayor concentración) y 16 (menor concentración). Por lo tanto, deberías observar que la reacción realizada con las condiciones del paso 15 es la más rápida, y la realizada con las condiciones del paso 16 es la más lenta. La reproducibilidad del experimento es bastante pobre. Los tiempos de reacción pueden variar en un margen bastante amplio debido a que no estamos utilizando reactivos de laboratorio ni agua destilada, y a que los instrumentos de medida (jeringuillas, cucharillas) no son demasiado precisos. Como referencia, para las concentraciones obtenidas utilizando las condiciones del paso 7, los reactivos comerciales indicados anteriormente y el agua del grifo de la ciudad de Oviedo, el tiempo de reacción es de aproximadamente 1 minuto. Referencias El procedimiento experimental ha sido adaptado a los productos comerciales que se pueden encontrar en una farmacia y droguería españolas, a partir de la descripción original publicada en las siguientes referencias: Wright, S. W. (2002). Tick Tock, a Vitamin C Clock. J. Chem. Educ. 79, 40A- 40B. Wright, S. W. (2002). The Vitamin C Clock Reaction. J. Chem. Educ. 79, Página 5 de 5