INFORME PRÁCTICA # 4 CINÉTICA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA SEGUIDA COLORIMETRICAMENTE PARA VERIFICAR UN MECANISMO DE REACCIÓN
Resumen. En la reacción entre el violeta cristal y los iones hidroxilo los reactivos son especies iónicas, uno de los cuales es altamente coloreado (violeta cristal). El producto de la reacción es incoloro, de tal modo que la realización de medidas de pérdida de intensidad de color del colorante a diferentes intervalos de tiempo nos permitirá obtener la constante de velocidad biomolecular directamente a partir de las medidas de absorbancia realizadas con un espectrofotómetro a 590 nm durante tres corridas manteniéndose constante la concentración del cristal violeta y variando la concentración de la base. P alabras alabras clave: clave: mecanismos de reacción, velocidad, corridas, absorbancia, pendiente. Summ Summar y.
In the reaction between the glass and a nd hydroxyl ions violet reagents are ionic species, one of which is highly colored (violet glass). The reaction product is colorless, so that the realization of loss measures color intensity of the dye at different time intervals allow us to obtain the rate constant bimolecular directly from absorbance measurements made with a spectrophotom spectrophotometer eter at 590 nm for three runs kept constant the concentration of crystal violet and varying the concentration of the base.
Keywords: reaction mechanisms, speed, run, absorbance pending.
I. INTRODUCCIÓN La reacción entre el cristal violeta y el hidróxido de sodio puede ocurrir a través de un mecanismo SN1 o un SN2 (tetraedral).El mecanismo SN1 que corresponde a una sustitución nucleofílica unimolecular. Ocurre a través de un intermediario catiónico, por lo que solamente se involucra un reactivo en el paso determinante y la reacción es de orden
La contribución de (I) al híbrido de resonancia sugiere una deficiencia electrónica en la posición del átomo de carbono terciario. El ion OH- puede atacar esta posición originando el correspondiente carbinol incoloro. La reacción tendrá lugar entre dos iones monovalentes de carga opuesta y, como tal, debe ser sensible a la fuerza iónica del medio de reacción, como se predice por el efecto salino de Bronsted. El mecanismo SN2 tetraedral ocurre en un solo paso concertado, por lo que requiere de la participación de los dos reactivos involucrados en la sustitución nucleofílica y la reacción es de orden 2. La cinética de tal reacción dependerá de la concentración tanto del sustrato como del nucleófilo OH¯. Un medio iónico eleva la energía del estado de transición y hay una disminución en la velocidad de reacción. (Fernández, s.f.)
uno. La cinética de tal reacción solo dependerá de la concentración del sustrato que forma al carbocatión y no de la concentración del nucleófilo OH¯, la velocidad de reacción con respecto al nucleófilo sería cero. La estructura del cristal violeta está dada por
Ecuación iónica neta de la reacción entre el cristal violeta y el hidróxido de sodio.
II. METODOLOGIA Se preparan cinco tubos Tubo 1 es el blanco Tubo 2 el testigo de violeta en las tres corridas. Tubo 3, 4 y 5 serán los reactores para cada corrida. Se configura el espectrofotómetro Genesy. Lectura de absobancia a 590 nm
Tabla No 5: Tubos para las corridas. BLANCO TESTIGO
REACTORES
Tubo 1
Tubo 2
Tubo3
Tubo 4
Tubo 5
2,5 ml de agua
2.5 ml de CV
2.5ml de CV
2.5ml de CV
2.5ml de CV
1
1 gota NaOH
Tubo 2
1 gota NaOH
2
1 gota NaOH
Tubo 2
3
1 gota KNO3
1 gota KNO3
CORRIDA
2 gota NaOH 1 gota NaOH 1 gota KNO3
Se realizan las tres corridas en el Espectrofotómetro a 590 nm, utilizando el mismo tubo 1, como blanco, el tubo 2 proporcionará la absorbancia inicial en las tres corridas, por último, el tubo reactor correspondiente y su absorbancia cada 2 minutos.
Tubos corrida 1, 2 y 3
Corrida 1
Corrida 2 Repetir el procedimiento anterior El blanco es el mismo tubo de la corrida 1, solo hay que agregar otra gota de NaOH. El testigo es el mismo tubo con 2.5 mL de cristal violeta. El tubo reactor se intercambia por el testigo antes de los 2 minutos de la primera lectura, no sin antes haber agregado dos gotas de NaOH por fuera y simultáneamente al correr la muestra con el testigo Corrida 3 Repetir la corrida 2, pero a la misa solución del blanco agregar 1 gota de una solución de KNO3 1 M (sal de Brönsted), al testigo y reactor también, al disparar correr análisis simultáneamente por fuera al reactor agregar 2 gotas de NaOH Estos datos probarán el efecto de sal primaria de Brönsted (aumenta el carácter iónico del medio y si hay formación de carbocatión este se estabilizará y favorecerá la reacción SN1 aumentando la “velocidad” con respecto a la de la corrida
1). O disminuyendo la velocidad (pendiente) si el proceso es SN2 con intermediario concertado
III CÁLCULOS Y RESULTADOS Teniendo en cuenta las soluciones preparadas de acuerdo a la tabla 1 y luego de realizar las medidas de absorbancia, se obtienen los siguientes resultados:
Corrida 1 t(min) Abs. Testigo 1,65 1,676 0 1,63 2 1,568 4 1,518 6 1,469 8 1,431 10 1,398 12 1,372 14 1,348 16
Corrida 2 Abs. 1,662 1,68 1,579 1,5 1,434 1,383 1,314 1,253 1,215 1,176
Corrida 3 Abs. 1,475 1,710 1,586 1,480 1,394 1,327 1,278 1,249 1,239 1,235
En la que es la absorbancia inicial y A la absorbancia en el tiempo t. por tanto la representación grafica de Log A frente a t ha de ser una recta de pendiente
primer orden es:
constante
calcularse
de
velocidad,
midiendo
los
k,
puede
valores
absorbancia A0 (absorbancia inicial),
de A ∞
(absorbancia a tiempo infinito) y At a diferentes tiempos, manteniendo la longitud de onda constante, y representando log (A ∞-At)
La constante de velocidad de una reacción de primer orden se dfine como
Donde a, es la concentración inicial del reactivo y (a-x) la concentración del reactivo en el tiempo, como se cumple la ley de Lambert-Beer, la absorbancia es proporcional a la concentración de forma que la ecuación de primero orden se transforma en:
La ecuación correspondiente a la cinética de
la
La velocidad de la reacción se ha seguido midiendo la absorbancia de la disolución en diferentes tiempos. Como la reacción cumple la ley de Lambert-Beer, vamos a comprobar que se trata de una reacción de primer orden.
frente a t. La pendiente de la recta
resultante es igual a -k/2,303.
Calculo de la velocidad de reacción y orden de reacción.
Corrida 1
La pendiente del grafico es
La pendiente del grafico es
asi
asi
Corrida 2
Corrida 3
La pendiente del grafico es asi
IV ANALISIS La ecuación de velocidad puede expresarse como:
y como se sabe que la velocidad de reacción es de orden uno respecto al Cristal Violeta:
Como sabemos que la reacción es de primer orden respecto al cristal violeta, y su ecuación diferencial se escribe
integrando entre t=0 y t=t, y reordenando, queda:
Debido a la disminución del color violeta de la disolución del Cristal Violeta en presencia de iones hidroxilo con el tiempo, la conversión puede seguirse midiendo los cambios en la absorbancia. Esta magnitud está relacionada con la concentración a través de la ley de Lambert-Beer Si aplicamos la ley de Lambert-Beer la ecuación de velocidad se podrá expresar en función de las absorbancias como:
donde At es la absorbancia del Cristal Violeta en el tiempo t. Por tanto, una representación de ln At frente al tiempo debe dar una línea recta (si la reacción es de pseudoprimer orden) con un apendiente = -k, que nos permite determinar la constante aparente de velocidad, k. Como punto de comparación se tiene en cuenta la absorbancia medida en cada uno de los tubos), en los cuales se observa que en los tubos del 1 al 4 se mantiene la absorbancia porque se trata de la misma solución de cristal violeta (CV), aunque hubo una pequeña variación en el tubo 4, probablemente debida a algún contaminante en el tubo de ensayo en su preparación. En la corrida 1 se observa que la absorbancia en el blanco aumenta en una porción debido a la presencia de la especie básica aportada por el NaOH, el tubo 2 se mantiene, en el tubo 3 hay un aumento constante en comparación al testigo debido a la aplicación de la especie básica a la solución de CV.
Debido a que en el laboratorio no contamos con un espectrofotómetro similar al descrito en la guía, las mediciones no se realizaron teniendo en cuenta tiempos por lo que la gráfica únicamente representan el comportamiento del tubo 1(blanco), el tubo (testigo) y el reactor. En el desarrollo A partir de las gráficas observamos que las curvas para las corridas 1,2 y 3 aunque parten prácticamente de un mismo punto, en el desarrollo de la corrida las curva coinciden hasta el punto donde comienza a presentar descenso de concentración en el punto 4 se asume que la reacción es de primer orden. Teniendo en cuenta que la corrida 3 corresponde al comportamiento de la reacción en medio iónico, se considera que corresponde a un mecanismo SN1, es decir que se estabilizaría TANTO AL ESTADO IONICO BASE como al estado de transición, lo cual gráficamente se observa cuando las pendientes de las corridas1, 2 y 3 son similares, es decir la velocidad es similar, lo cual se hace visible en el sistema.
V CONCLUSIONES
El hidrolisis del cristal violeta es biomolecular y para medir su velocidad de reacción se empleó una técnica fotométrica. Los reactantes son especies iónicas, una es un colorante intenso, el cristal violeta y la otra un ion hidroxilo. Gráficamente se logró demostrar que las reacciones en las tres corridas son de primer orden y cumplen la ley de Lambert-Beer, a través de la ecuación
para dichas ecuaciones calculamos la velocidad de reacción por corrida.
El producto de la reacción es incoloro, por lo que, se pudo medir la perdida de intensidad del color después de diferentes intervalos de tiempo, la constante de velocidad biomolecular fue evaluada directamente de las lecturas de absorbancias tomadas en el espectrofotómetro.
VI REFERENCIAS ROSERO, L. (2012). Guia componente practico cinetica. universidad nacional abierta y a distancia UNAD. Recuperado de http://datateca.unad.edu.co/contenido s/401589/2015/Guia_componente_pr actico_401589.pdf ARVAJAL, L. J. (2012). GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO CINETICA QUIMICA. En L. J. CARVAJAL, GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO CINETICA QUIMICA (págs. 35-47). DOSQUEBRADAS (RISARALDA): UNAD. Fernández, G. (s.f.). Mecanismo - Sustitución nucleófila bimolecular - SN2. Recuperado el 05 de ABRIL de 2016, de Reacciones-Sustitución: http://www.quimicaorganica.org/reac ciones-sustitucion-sn2/379mecanismo-sustitucion-nucleofila bimolecular-sn2.html
MySlide.ES. (5 de AGOSTO de 2015). MySlide.ES . Recuperado el 05 de ABRIL de 2016, de Laboratorio Cristal Violeta: http://myslide.es/documents/labcristal-violeta.html