ESTUDIO CINÉTICO É DE LA DECOLORACIÓN DE LA FENOLFTALEÍNA EN MEDIO BÁSICO Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 1 OBJETIVO Determinar la ley de velocidad de la reacción de decoloración de la fenolftaleina en medio básico mediante espectroscopia de absorción. P2- + OH- POH3v = k [OH-]m [P2-]n ¿Qué Q é estructuras t t m = orden respecto a los OH- de la fenolftaleína n = orden respecto a la fenolftaleina corresponde a k = constante de velocidad P22- y POH33-? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 2 Fenolftaleina OH OH C - O O C O C C O velocidad C - O - O C - O OH C O P22- PH2 - O C - O O 1 pH H O - O O 3 3POH [8 [8-10] 10] [> 11] muy rápida “lenta” ¿Porqué se utiliza la espectroscopia de absorción para seguir la evolución de la concentración de reactivos? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 3 ENERGÍA E (molecula) = E (fotón) Fotón h hc/ Rayos gamma Rayos X Ultravioleta Visible Infrarrojo microondas Radio 600-640 nm 640-700 nm 560-600 nm 400 450 nm 400-450 480-560 nm 450-480 nm Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 4 P2- + OH- POH3- La reacción que vamos a estudiar es reversible. Para que la reacción inversa adquiera importancia p debe haber transcurrido suficiente tiempo. Por tanto al comienzo de la reacción, lejos del equilibrio, aplicaremos el tratamiento irreversible Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 5 Tratamiento irreversible P2- + OH- POH3v = k [OH-]m [P2-]n Tenemos que determinar el orden de reacción respecto a dos reactivos ¿Cómo podemos determinar primero el orden respecto a uno de ellos y qué reactivo será? [[OH ]o [ P 2 ]o k k OH v k1 P 2 n m [[OH ] cte k1 = constante t t aparente t k = kabs = constante absoluta 1 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 6 ¿Cómo se confirma que el orden respecto a la fenolftaleína es uno? d P 2 k1 P 2 v dt 2 [P ] ln 2 o k1 t [ P ]t ln[ P 2 ]t ln [ P 2 ]o k1 t ¿Cómo se determina la concentración de fenolftaleína? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 7 Ley de Beer-Lambert A c l P A / l P A / l 2 2 o Ao ln k1 t At o ln At ln A o k1 t Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 8 Ao ln k1 t At ln At ln A o k1 t [OH-] - 0.3 M ln (A o/A t ) . * * * * . x . x . 0.2 M 0.10M x 0.05 M x ¿Cómo se determina el orden respecto ¿ p a los OH-? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 9 ORDEN RESPECTO A LOS OH- k 1 k abs b OH m ln k1 ln k abs m ln OH b Ln k1 Pendiente=m = orden L [OH-] Ln ¿Cómo Có se d determina t i lla constante t t d de velocidad l id d absoluta? b l t ? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 10 CONSTANTE DE VELOCIDAD ABSOLUTA kabs = k1 / [OH-] ____ [k abs ] [k abs ] i 4 s(k abs ) k abs t (3,0.975) s(k abs ) k abs t (3,0.975) 4 ¿Porqué no determinar la constante de velocidad absoluta g de la representación p anterior? de la ordenada en el origen Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 11 Hemos obtenido la ley de velocidad aplicando el tratamiento irreversible. ¿Qué parámetros obtendremos aplicando el tratamiento reversible? P2- + OH- POH3 [OH ]o [ P 2 2 ]o [OH ] cte K1 = K [OH-] 3 ] v = k1 [P2-] – k-1 [POH3- OBJETIVO: Determinar K1 y K-1 y K Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 12 P2- + OH- POH3- d P 2 k1 P 2 k 1 POH 3 dt d P 2 k1 P 2 k 1 P 2 0 P 2 dt EN EL EQUILIBRIO d P 2 0 k1 P 2 e k 1 P 2 0 P 2 e dt P 2 e k 1 k1 P 2 P 2 0 e Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 13 P 2 e k 1 k1 P 2 P 2 0 e d P 2 k1 P 2 k 1 P 2 0 dt P 2 INTEGRANDO k1 P 2 0 Ln P 2 P 2 Ln P 2 P 2 e t e 0 P 2 P 2 0 e Ley de Lambert-Beer: Lambert Beer: [P2-] = A / l LnA t A e LnA 0 A e Laboratorio de Química Física I 2009-2010 k1 A 0 t A0 Ae Remedios González Luque 14 Ln (At-Ae) LnA t A e LnA 0 A e k1 A 0 t A0 Ae k1 A 0 pendiente A0 Ae t P 2 e k 1 k1 P 2 P 2 0 e Ae k 1 k1 A0 Ae Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Ley de Lambert-Beer Ae = Absorbancia en ell equilibrio ilib i Remedios González Luque 15 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL P2- + OH- POH3m=? v = k [[OH-]m [[P2-]n n=? k=? ¿Qué parámetros necesitamos determinar para alcanzar el objetivo de la experiencia? ¿Cómo vamos a determinarlos? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 16 v = k [OH-]m [P2-]n Valorando la disolución de sosa Siguiendo la evolución de la absorbancia b b i d de lla muestra t d de reacción a lo largo del tiempo VALORACIÓN DE NaOH CON FTALATO ÁCIDO DE POTÁSIO CO2K CO2H N OH + NaOH CO2K + H2O CO2Na (Mr= 204,23 g/mol) Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 17 VALORARACIÓN DE LA DISOLUCIÓN DE NaOH ¿Qué masa de HFt utilizamos en la valoración? Supongamos que queremos gastar 20 mL de NaOH? NaOH VNaOH m HFt Mr NaOH Fenolftaleína ¿Qué volumen de agua utilizaremos para di l disolver ell ftalato ft l t ? ¿Qué indicador utilizamos? ¿Cómo será el pH en el punto de equivalencia? ¿Qué volumen de sosa se gastará en la valoración? HFt ¿Cuántas valoraciones hacemos? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 18 Remedios González Luque MEDIDAS DE ABSORBANCIAS ¿Q necesitamos hacer para ¿Qué p registrar g la absorbancia en función del tiempo? Conectar el espectrofotómetro. Seleccionar = 550 nm. ¿Porqué se registra la absorbancia a 550 nm? A 530 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 (nm) Remedios González Luque 19 ¿De qué disoluciones vamos a medir la absorbancia? M Muestra t de d reacción: ió - NaOH: 0 0.3, 3 0 0.20, 20 0 0.10 10 y 0 0.005 005 M - 1 gota fenolftaleina ¿Cómo se preparan las disoluciones de NaOH? A partir de de disoluciones 0.3 M de NaOH y NaCl. ¿Porqué se diluye la sosa con NaCl y no con agua? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 20 Fuerza iónica: I 1 mi zi 2 2i z = carga de los iones = 1 (para NaOH y NaCl) m = concentración molal (mol/kg) Para disoluciones diluidas c i = 1 mi ~ mi c = concentración molar (mol/L) = densidad 1 I ci 2 i Una vez preparada la mezcla de reacción ¿cómo se registra ¿ g la absorbancia? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 21 REGISTRO DE LA ABSORBANCIA EN FUNCIÓN DEL TIEMPO Para cada serie: - Con el blanco se ajusta el cero de Absorbancia - Se añade 1 ó 2 gotas de fenolftaleína (agitar) - Medir la absorbancia en función del tiempo. A0 ≈[1-0.7] [1 0.7] serie 1 2 3 4 [NaOH] M 0.30 0.20 0.10 0 05 0.05 Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Tiempo(min) 5 5 10 60 +60 (eq (eq.)) Remedios González Luque 22 REGISTRO DE LA ABSORBANCIA EN FUNCIÓN DEL TIEMPO - Con el blanco se ajusta el cero de Absorbancia ¿Porqué? A = Afenolftaleina + Amedio Afenolftaleina = A - Amedio - Se añade 1 ó 2 gotas de fenolftaleína (agitar) - Medir la absorbancia en función del tiempo. A0 ≈[1-0.7] ¿Porqué? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 23 REGISTRO DE LA ABSORBANCIA EN FUNCIÓN DEL TIEMPO serie 1 2 3 4 [NaOH] M 0.30 0.20 0.10 0.05 Tiempo(min) 5 5 10 60 +60 (eq.) ¿Porqué la sere 1 y 2 se registra la absorbancia durante 5 minutos minutos, la tres 10 minutos y la 4 60 minutos? Laboratorio de Química Física I 2009-2010 Remedios González Luque 24