Scientia et Technica Año XVIII, No xx, Mesxx de Añoxx. Universidad Tecnológi Tecnológica ca de Pereira. ISSN 0!!"#0
Cinética de reacción del cristal violeta frente al NaOH.
$eaction %inetics cr&stal violet 'ith Na(). Marcela Patricia *ó+e $o-as Ale-andro Mar/n Arcila Escuela de tecnología tecnología química, Universidad Universidad Tecnologic Tecnologica a de Pereira, Pereira, Pereira, Pereira, Colombia Colombia Correo-e:
[email protected] [email protected]
Resumen — En la pr prác ácti tica ca se mi midie diero ron n di dife fere rent ntes es de la +ecla de reacción con el tie+:o. Teniendo absorbancias de la reacción del cristal violeta (CV) frente c6enta la le& @eer"=a+?ert 4A ɛ1?5, la ec6ación al NaOH en diferentes proporciones y diferentes tiempos se :6ede trans7or+ar en la ec6ación para par a det determ erminar inar la cin cinéti ética ca de la re reacc acción ión med median iante te ln A ln A t =ln A ln A 0 − K exp t ráficas y cálc!los de dic"os datos. 485 absorbanc ancia# ia# cinéti cinética ca Palabras clave— absorb coeficiente de e&tinción# orden de reacción.
$!%mic $!%mica# a#
— 'n practice different absorbances of t"e Abstract reaction reaction of crystal crystal violet (CV) as meas!red meas!red vers!s vers!s NaOH NaOH in differ different ent ratios and at differ differen entt times times to determine determine t"e reaction reaction inetics and calc!lations calc!lations !sin rap"ical data. Key Word Word — absorbance# c"emical inetics# e&tinction coefficient# reaction order. order.
I.
INT$(U11I2N
3l cristal violeta 41V5 es 6n colorante derivado del tri7 tri7en enil il+e +eta tano no.. 3s 6n clor clorhi hidr drat atoo de 7ór+ 7ór+6l 6laa $8191l, donde el $ es el gr6:o 41)85!N"1;)<". 3n disol6ción ac6osa, la reacción entre el ion $81"& el ion hidróxido es −¿ → R3 COH
−¿ +O H ¿ ¿
R 3 C
4violeta5
4incoloro5
16ando ha& 6n gran exceso de inoes hidroxido, la reaccion es de se6do":ri+er orden. −d [ CV ] ] = K exp [ CV ] ] 45 dt β
onde K exp K [ [ OH ] =
es la constante a:arente
o se6do"constante de velocidad. =a integración de la ec6ación 45 cond6ce a la ex:resión [ CV ] ] 0 ln = K exp t 4!5 [ CV ] ] =a reacción reacción :6ede seg6irse seg6irse +ediante +ediante 6na t>cnica t>cnica es:ectro+etrica, de?ido a la dis+in6acion del color echa de $ece:ción 4=etra Ti+es Ne' $o+an de J :6ntos5 echa de Ace:tación e-ar en ?lanco
Sien Siendo do
A o
en 4!5
la a?sor? a?sor?anc ancia ia inicia iniciall 4t05 4t05 de la
+ec +ecla la reac reacci cion onan ante te &
A t
la a?sor? a?sor?anc ancia ia a
tie+:o t. Para n6estra reacción de inter>s la velocidad serB deter+ deter+ina inada da es:ect es:ectros roscó: có:ica ica+e +ente nte,, +idie +idiendo ndo la cantidad de reactante C6e desa:arece en 76nción del tie+:o. =os valores de x & & tanto co+o la constante % serB serBnn dete deter+ r+in inad adas as :o :orr la le& de velo veloci cida dadd x y velocidad = K [ [ A A ] [ B ] D DE. II. 1(NT3NI( II.I M3T((=(*IA Inicial+e Inicial+ente nte se :re:araron :re:araron dos dil6ciones dil6ciones :ara la dete deter+ r+in inac ació iónn del del coe7 coe7ic icie ient ntee de exti extinc nció iónn 4 ɛ5, :osterior a ello se llevó a ca?o en 6na celda de c+ la reacción de cristal violeta con Na() a di7erentes concentraciones de reactantes, teniendo en total seis ex:eri ex: eri+en +entos tos don donde de los tres tres :ri+er :ri+eros os tienen tienen la concen con centra tració ciónn de crist cristal al violet violetaa con consta stante nte & los sig6ie sig6iente ntess tres tres tienen tienen la con concen centra tració ciónn de Na() Na() constante, co+o indica las sig6iente ta?la. ex:eri+ento
[ CV ] ]
NaOH [ NaOH ] ]
4+l5 4+l5 ! 0,F 8 0,!F < F 0,F ; 0,!F Ta?la . VolG+enes :ara cada ex:eri+ento di7erentes reactantes
H 2 0 ] [ H 4+l5 ,F ,#F ,F ,#F de los
II.II $3SU=TA(S Para Para deter+ deter+ina inarr el coe7ic coe7icien iente te de extinc extinción ión del 1ristal violetaH se realió 6na dil6ción a !F += de < += de sol6ci sol6ción ón de crista cristall violet violetaa x x00 "< M, C6e
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7inal+ente eC6ivale a 6na concentración de ,;x0 "F, re realio 6n ?arrido es:ectral :ara deter+inar el +Bxi+o de a?sor?ancia & la longit6d de onda corres:ondiente, o?teni>ndose
0 ,FK# !,083"0F F ,F<#; ,K#3"0F !0 ,F0# ,K!3"0F !F ,<;KJ ,J#3"0F A?sor?ancia =ongit6d 1oncentració =ongit6d80 ,<8< ,J83"0F de onda n de la de celda 8F ,<00F ,#J3"0F 4n+5 +6estra 4M5 4c+5 <0 "F ,8;F# ,#<3"0F ,!F# FK0 ,;x0 FK0,F Ta?la !. $es6ltados :ara la deter+inación del
=
=
=
2.00E-05
:or tanto ε:
1.50E-05
1 257 5 1cmx 1 6 x 1 0 ! #JF;!,Fc+"M" −
A :artir del coe7iciente de extinción se deter+inó la concentración de cristal violeta a cada tie+:o de los di7erentes ex:eri+entos, con la sig6iente ec6ación C :
A bx ε
tie+:o
1.00E-05 5.00E-06 0.00E+00 0
20
40
60
80
ig6ra . Tie+:o vs D1VE ex:eri+ento 3x:eri+ento !
3x:eri+ento
F
f(x) = - 0x + 0 R² = 0.99
A?sor?anci a ,;FFJ
D1VE !,3"0F
tie+:o F 0 F
A ,88KF ,8
D1VE ,#3"0F ,;#3"0F ,;<3"0F
. =as notas de :ie de :Bgina de?erBn estar en la :Bgina donde se citan. =etra Ti+es Ne' $o+an de J :6ntos
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!0 ,!;;F ,;3"0F !F ,!8K ,FJ3"0F 80 ,!F! ,FF3"0F 8F ,KK! ,F83"0F <0 ,J0F ,F03"0F
80 ,K;# ,F!3"0F 8F ,JF< ,F3"0F <0 ,;J ,
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
f(x) = - 0x + 0 R² = 0.99
0 0
f(x) = - 0x + 0 R² = 1
0 0 0 0 0 0
0
20
40
60
80
ig6ra !. Tie+:o vs D1VE ex:eri+ento ! 3x:eri+ento 8 tie+:o F 0 F !0 !F
A ,!J
D1VE ,;<3"0F ,FK3"0F ,FJ3"0F ,FF3"0F ,F83"0F
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0
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ig6ra 8. Tie+:o vs D1VE ex:eri+ento 8 3x:eri+ento < tie+:o F 0 F !0 !F 80 8F
A ,;FFJ ,FK# ,F<#; ,F0# ,<;KJ ,<8< ,<00F
D1VE !,3"0F !,083"0F ,K#3"0F ,K!3"0F ,J#3"0F ,J83"0F ,#J3"0F
. =as notas de :ie de :Bgina de?erBn estar en la :Bgina donde se citan. =etra Ti+es Ne' $o+an de J :6ntos
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<
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<0 ,8;F# ,#<3"0F
00 ,;08 !,0<3"0F 0F ,J#J; !,8K3"0F 0 ,FFF ,KJ3"0F F ,F8J8 ,K;3"0F !0 ,FJK ,K83"0F Ta?la #. $es6ltados ex:eri+ento F
ig6ra <. Tie+:o vs D1VE ex:eri+ento <
ig6ra F. Tie+:o vs D1VE ex:eri+ento F
3x:eri+ento F tie+:o F 0 F !0 !F 80 8F <0
0 0 0
f(x) = - 0x + 0 R² = 0.9
0 0 0 0 0 0 0
0
20
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3x:eri+ento ; A ,K#< ,KF
D1VE tie+:o A !,F3"0F F ,J0F !,
D1VE ,F03"0F ,<#3"0F ,<83"0F ,F83"0F ,8#3"0F ,8;3"0F ,883"0F ,83"0F ,803"0F ,!J3"0F ,!#3"0F ex:eri+en ,!;3"0F to ,!F3"0F ,!<3"0F ,!83"0F ,!!3"0F ! ,!3"0F ,K3"0F 8 ,K3"0F ,J3"0F ,#3"0F ,;3"0F ,F3"0F <3 0F
ig6ra ;. Tie+:o vs D1VE ex:eri+ento ; =as concentraciones iniciales de cada ex:eri+ento se calc6lan con la 7or+6la C 1 V 1 C 2 V 2 , co+o =
conoce+os la concentración inicial de los reactantes & los volG+enes 6sados en cada reacción :ode+os calc6lar la concentración C6e real+ente intervino en cada reacción
C
[ H 2 [ CV ]
NaOH
[ NaO
4+l 5
4+l5
4+l5
4M5
4M5
0,088
0,F
,F
0,! F
,#F
8,88x 0"F ,;#x 0"F J,88x 0";
0,088 0,088
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<
8,88x 0,088< "#,!;K "<,<##; ",
=a :endiente de cada gra7ico :6ede ser 6sada :ara deter+inar la velocidad de reacción de cada ex:eri+ento, co+o =a velocidad de a:arición del :rod6cto es ig6al a la ra:ide de desa:arición del reactivo, la le& de la ra:ide se :6ede escri?ir de la sig6iente 7or+a
-7.1 f(x) = 0.59x - 4.49 R² = 0.98
-7.2 -7.3 -7.4 -7.5 -7.6
Por tanto todas las :endientes se to+an co+o :ositivas 3x:eri+ento
[ CV ]
v R
4M5 8,88x0"F
#,<;;#x0" J ! F,!!;;x0" ,;#x0"F J 8 8,8;;x0" J,88x0"; J < #,<;;#x0" 8,88x0"F J F !,KKKx0"J 8,88x0"F ; F,<8
[ Na
v ig6ra #. *ra7ica
log
[ CV ]inicial
4M5 0,088 0,088
-2.2
-2.1
-2
-1.9
log (¿¿
¿
! 8
"#,!;K "#,!F#J "#,<#K8
[ CV ]inicial "<,<##; "<,###8 "F,0#K8
-1.6
-6.9 -1.5 -1.4 -7
f(x) = 0.66x - 6.13 R² = 0.99
0,0# J,88x0"8
-7.2 -7.3 -7.4 -7.5 -7.6
v ig6ra J. *ra7ica
Na(). =og
-1.7
-7.1
0,088
[ CV ]inicial de ig6al +anera se :rocede con el
v
-1.8
0,088
Partiendo del hecho C6e la reacción es de seg6ndo orden, :ara deter+inar el orden de reacción res:ecto al cristal violeta se gra7ica log 4V5 Vs. =og
3x:eri+ento
(¿¿ R ) vs. =og ¿
=og
log
(¿¿ R ) vs. =og ¿
[ NaOH ]inicial
[ NaO ",
e ac6erdo con las :endientes de cada recta, el orden de reacción :ara cada co+:onente es , de?ido a C6e s6 regresión lineal es cercana a .
. =as notas de :ie de :Bgina de?erBn estar en la :Bgina donde se citan. =etra Ti+es Ne' $o+an de J :6ntos
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;
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Ahora, con los datos o?tenidos es :osi?le calc6lar la constante de velocidad de la reacción, +ediante la 7ór+6la =og 4velocidad5 log 4%5 9 x log D1VE 9 & log D()"E 3nsa&o =og4%5 % ",#0# 0,0;#F ! "0,KKK0 0,00! 8 "0,KJF 0,!0; < ",#0# 0,0;#F F ",0<<; 0,0K0! ; "0,K;; 0,0J :ro+edio 0,0K!8F Ta?la !. Valor de las di7erentes constantes en cada ex:eri+ento Por tanto la ec6ación de la velocidad de la reacción del cristal violeta con el Na() da
ex:eri+ento, :or lo c6al
[ CV ] [ CV ] 0 e
#t
−
=
, de
ig6al 7or+a se esta?leció & concl6&o :ara el Na() siendo :ara el ta+?i>n 6no. 3s decir :ara C6e esto se c6+:la de?e ser c6alC6ier instante t :ro:orcional a la concentración de 6na s6stancia A 41A5 :resente en −
dC A O dt
ese +o+ento, es decir
=
k C A
.el c6al
se co+:r6e?a s6stit6&endo cada concentración en la ec6ación o?tenida al hallar % de?e ser ig6al o cercana en cada ex:eri+ento. =a ex:resión general de la le& de ra:ide :ara la reacción se :6ede escri?ir d [ CV ] dt
x
# [ CV ] [ NaOH ]
=−
y
Si la DNa()E D1VE se tiene entonces C6e +ientras la concentración de 1V ca+?ia de D1VE 0 a D1VE 0, DNa()E :er+anece esencial+ente constante en 6n valor ig6al a DNa()E 0. d [ CV ] dt
=−
d [ CV ] dt
=−
x
Ahora ?ien, 1o+o la cin>tica se sig6e :or 6n +>todo es:ectro7oto+>trico, la c6rva de cali?ración :er+itió o?tener la relación entre concentración de cristal & a?sor?ancia :6diendo as/ encontrar las velocidades de cada co+:onente.
y
# [ CV ] [ NaOH ]
1
0,09235 [ 1 x 1 0 ! ] [ 0,1 ! ] −
4
1
II.III ANA=ISIS 3 $3SU=TA(S A +edida C6e va :asando el tie+:o C6e las dos disol6ciones de cristal violeta son so+etidas a la l6 6ltravioleta, estas de?en de ir degradBndose, :or lo c6al cada ve C6e se to+e la +edida la a?sor?ancia :or +edio de las es:ecies de?e de ser +enor. Por ello la disol6ción de cristal violeta +6estra 6n co+:orta+iento donde co+iena a ha?er 6na degradación. Por tanto 3l orden de reacción del cristal violeta es 6no el c6al se evidencia a trav>s de los $ de cada
III.1(N1=USI(N3S SegGn los o?tenidos se :6ede concl6ir C6e las reacciones 7otoC6/+icas son de :ri+er orden. =as reacciones 7otoC6/+icas son reacciones donde ha& 6na degradación de la +6estra. 3sto es a:recia?le, al :oder o?servar co+o a +edida C6e :asa el tie+:o & se +iden las a?sor?ancias de las s6stancias estas van dis+in6&endo notoria+ente. 3n este ex:eri+ento se sig6e la cin>tica de la reacción de dos es:ecies iónicas el cristal violeta, el c6al es alta+ente coloreado, & el Na(). 3l :rod6cto es incoloro, :or tanto, +idiendo la :>rdida en la intensidad del color des:6>s de ciertos intervalos de tie+:o, se :6ede esta?lecer la le& de ra:ide de la reacción, a trav>s de +edidas de a?sor?ancia donde se o?t6vo
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d [ CV ] dt
=−
d [ CV ] dt
=−
x
velocidades del analista al cerrar el co+:arti+iento del eC6i:o & adicionar el Na() a la celda de reacción :6eden variar en +ileci+as de seg6ndo no teniendo 6na constancia en todos los ex:eri+entos.
y
# [ CV ] [ NaOH ]
1
0,09235 [ 1 x 1 0 ! ] [ 0,1 ! ] −
4
1
IV. 1.
III.
$31(M3NA1I(N3S
Para esta?lecer +a&or :recisión en el ex:eri+ento, se de?en 6tiliar +icro:i:etas, :ara tener volG+enes correctos &a C6e las :i:etas grad6adas de 6so en el la?oratorio s6 +edida +ini+a es de 0,, & C6e :ara este la?oratorio se necesita?an volG+enes a +edir +ini+os de 0,0F llevandonos a no tener volG+enes correctos en todo el la?oratorio si no a:roxi+ados.
@I@=I(*$AIA
valledolid, U.d. CINÉTICA DE LA DECOLORACIÓN DEL CRISTAL VIOLETA.
DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN. 2012 !vaila"le
f#o$% &''%**5.va.e*iado/e 'e*load*2011*472*45942*1* o/$e'o7.df.
e ig6al 7or+a es de resaltar C6e el tie+:o cero de todo el ex:eri+ento no existe, &a C6e :or
. =as notas de :ie de :Bgina de?erBn estar en la :Bgina donde se citan. =etra Ti+es Ne' $o+an de J :6ntos
