CINÉTICA DE LA REACCIÓN DEL COLORANTE AZUL BRILLANTE CON HIPOCLORITO DE SODIO

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1 Página: 1/5 DEPARTAMENTO ESTRELLA CAMPOS PRÁCTICO 6: CINÉTICA DE LA REACCIÓN DEL COLORANTE AZUL BRILLANTE CON HIPOCLORITO DE SODIO Bibliografía: Química General, Quinta Edición, K. Whitten, R. Davis, M. Peck; Mc Graw-Hill Interamericana de España, 1999, págs OBJETIVOS Determinar la ley de velocidad de la reacción entre el hipoclorito de sodio y el colorante Azul Brillante, utilizando el método integral para el tratamiento de los datos experimentales. 2- CONCEPTOS PREVIOS En esta clase se estudia la cinética de la reacción entre el hipoclorito de sodio y el colorante Azul Brillante (para el que se adoptará la abreviatura CAB), la que puede esquematizarse como sigue: CAB + ClO - Productos (1) Podemos escribir la ecuación o ley de velocidad de la reacción anterior como: Velocidad: v = k [CAB] a [ClO - ] b (2) Determinar la ley de velocidad para esta reacción implica, determinar el valor de la constante de velocidad,k, a la temperatura de trabajo, y los órdenes parciales con respecto a CAB e hipoclorito de sodio, a y b, respectivamente. Dadas las características del sistema en estudio, para simplificar estas determinaciones es conveniente diseñar los experimentos de tal manera que la concentración de uno de los dos reactivos no cambie a medida que la reacción avance. De esta manera, se conseguirá analizar como varía la velocidad de la reacción en función de la concentración de un sólo reactivo, lo que simplificará la aplicación del método integral. Una manera de lograr este objetivo es preparando mezclas de reacción en las que un reactivo tenga una concentración mucho mayor que el otro. Así, a medida que la reacción avance la cantidad de reactivo en exceso que se consumirá será despreciable frente a la concentración original de este reactivo y a los efectos prácticos su concentración puede considerarse constante en el tiempo. Para que esta aproximación sea válida la concentración del reactivo en exceso debe ser por lo menos 10 veces la concentración del reactivo limitante.

2 Página: 2/5 En este experimento se utilizará un exceso de hipoclorito de sodio frente a CAB, la concentración de hipoclorito será alrededor de 10 veces la concentración de CAB, esto implica que cuando el colorante se haya consumido totalmente la concentración de hipoclorito de sodio habrá disminuido tan sólo en un 10%. Ya que podemos considerar constante la concentración de hipoclorito, el producto, k[clo - ] b también lo es y, en consecuencia, la ecuación (2) adopta la forma simplificada de la ecuación (3): Velocidad: v = k obs [CAB] a (3) en la que k obs = k[clo - ] b (4) Muchas reacciones incluyen como reactivos o productos a sustancias coloreadas, esto hace que a medida que la reacción se desarrolla varíe el color de la solución. En estos casos, es posible determinar la variación de la concentración de la sustancia coloreada en función del tiempo, midiendo el cambio de la intensidad del color en el tiempo. Tal es el caso de la reacción en estudio, en la que el CAB es una sustancia fuertemente coloreada, mientras que el ion hipoclorito y los productos son incoloro. Por lo tanto, al avanzar la reacción el color de la solución irá disminuyendo hasta que la misma quede incolora. La reacción puede monitorearse haciendo uso de un instrumento llamado espectrofotómetro, que cuantifica la intensidad del color, midiendo la cantidad de luz que absorbe la muestra, magnitud que se conoce con el nombre de ABSORBANCIA y se simboliza A. En determinadas condiciones de trabajo, la absorbancia es proporcional a la concentración de la sustancia: A = α [sustancia], donde α es una constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza de la sustancia, la longitud de onda de la radiación con la que se irradia (ilumina) la muestra y de ciertas condiciones experimentales que serán analizadas en cursos posteriores. En este experimento utilizaremos una fuente de luz monocromática de longitud de onda de 630 nm para irradiar la mezcla de reacción: A 630 = α 630 [CAB] (5) Si se mide la absorbancia de la solución a distintos tiempos, a medida que la reacción avanza, se puede calcular las concentraciones de colorante correspondientes a esos tiempos. Con estos datos se determinará la ley de velocidad para la reacción en estudio por el método integral. 3- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL - Lea atentamente la cartilla que acompaña al instrumento, identificando las distintas partes y comandos del mismo. - Seleccione la longitud de onda de trabajo y realice el ajuste de cero de absorbancia.

3 Página: 3/5 Experimento 1 En un erlenmeyer de 125 ml colocar 21,0 ml de agua destilada con pipeta graduada. Adicionar 4,0 ml de una solución de hipoclorito de sodio, de concentración conocida, con pipeta graduada de 5 ml. Finalmente, adicionar 1,0 ml de solución de colorante con pipeta graduada de 1 ml. Mezclar e inmediatamente introducir la solución en una celda del espectrofotómetro y comenzar las lecturas de absorbancia a 630 nm. Anotar la absorbancia de la solución a t = 0, A 0. Leer y anotar la absorbancia de la solución a cada minuto durante 10 minutos, cuidando retirar la celda del portaceldas entre medida y medida. Registrar la temperatura de trabajo. Experimento 2 En un erlenmeyer de 125 ml colocar 23,0 ml de agua destilada con pipeta graduada. Adicionar al mismo 2,0 ml de una solución de hipoclorito de sodio, de concentración conocida, con pipeta graduada de 5 ml. Finalmente, adicionar 1,0 ml de solución de colorante con pipeta graduada de 1 ml. Mezclar e inmediatamente introducir la solución en una celda del espectrofotómetro y comenzar las lecturas de absorbancia a 630 nm. Anotar la absorbancia de la solución a t = 0, A 0. Leer y anotar la absorbancia de la solución a cada minuto durante 20 minutos, cuidando retirar la celda del portaceldas entre medida y medida. Registrar la temperatura de trabajo. Disposición de residuos Todas las soluciones: diluir con agua en relación 1:10 y verter por la pileta con abundante agua.

4 Página: 4/5 INFORME PRÁCTICO 6: CINÉTICA DE LA REACCIÓN DEL COLORANTE AZUL BRILLANTE CON HIPOCLORITO DE SODIO FECHA: GRUPO: INTEGRANTES: DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS - Calcule [CAB] y Ln [CAB] para los dos experimentos realizados y anote los valores calculados en las tablas siguientes. Temperatura: α 630 : M -1 Experimento: Experimento: [ClO - ] 0 : [ClO - ] 0 : t (min) A [CAB]*10 Ln [CAB] t (min) A [CAB]*10 Ln [CAB]

5 Página: 5/5 Grafique [CAB] vs. tiempo (t) y -Ln [CAB] vs. tiempo (t) para los dos experimentos. Determine k obs (no olvide indicar las unidades) para los dos experimentos y el orden de reacción con respecto al colorante, CAB. Demuestre que para el sistema en estudio se llegaría a los mismos resultados si se graficara A vs. t y Ln(A) vs. t, en lugar de [CAB] vs. t y Ln[CAB] vs. t, respectivamente. Orden de reacción con respecto al reactivo CAB, a: Experimento: k obs : Experimento: k obs : - Calcule k (no olvide indicar las unidades) y el orden de reacción con respecto al hipoclorito: Orden de reacción respecto al hipoclorito, b: Constante de velocidad, k: - Calcule el orden total y escriba la ley de velocidad de la reacción: Orden total de la reacción: Ecuación o ley de velocidad de la reacción a la temperatura de trabajo: