“Reacciones Oscilantes”

QUÍMICA INORGÁNICA
“Reacciones Oscilantes”
Procedimiento experimental y discusión.Para desarrollar la reacción clásica de BZ se preparan las siguientes
disoluciones:
Disolución A: En un vaso de 500 ml. disolver 19 gr. de bromato potásico en
500 ml. de agua destilada (la disolución, incolora, es 0.23M en KBrO3).
Disolución B: En un segundo vaso de 500 ml. disolver 16 gr. de ácido
malónico y 3.5 gr. de bromuro potásico en 500 ml. de agua destilada (la
disolución, amarillo pálido, es 0.31 M en ácido malónico 0.059 M en KBr).
Disolución C: En un tercer vaso de 500 ml. disolver 5.3 gr. de nitrato de
amonio y Ce(IV) en 500 ml. de sulfúrico 2.7 M (la disolución, de color
amarillo, es 0,019 M en Ce(NH4)2(NO3)6 y 2.7 M en sulfúrico).
Colocar en un vaso de 2 litros la varilla de un agitador magnético,
añadir las disoluciones A y B y ajustar el giro del agitador hasta producir un
torbellino. La mezcla tomará un color ambar que evolucionará hasta
incoloro al cabo de un minuto. Una vez incolora la disolución, añadir la
disolución C y 30 ml. de ferroina (para 100 ml. de disolución de ferroina
disolver 0.23 g. de sulfato de hierro (II) heptahidratado en 100 ml. de agua
destilada y en la disolución resultante disolver 0.46 g. de 1,10-fenantrolina).
La composición nominal de esta mezcla será: 0.077 M en BrO3-, 0.10 M en
ácido malónico, 0.020 M en Br-, 0.0063 M en Ce (IV), 0.90 M en sulfúrico
y 0.17 mM en ferroina. En el momento de realizar la mezcla la disolución se
volverá verde. Después de un minuto el color cambiará de verde a azul,
luego a violeta y finalmente a rojo, para retornar súbitamente a verde y
repetirse el mismo ciclo al menos veinte veces.
La reacción neta que tiene lugar es la oxidación del ácido malónico
por los iones bromato en medio ácido catalizada por el cerio. El mecanismo
por el cual tiene lugar la reacción clásica de BZ, involucra dos procesos
diferentes, siendo la concentración de iones bromuro la que determina que
el proceso tenga lugar por uno u otro proceso. El Proceso A ocurre cuando
la concentración de iones bromuro alcanza un cierto nivel crítico, mientras
que el Proceso B domina cuando la concentración de bromuro cae hasta un
cierto nivel. Las oscilaciones tienen lugar porque el Proceso A consume
iones bromuro, conduciendo así a condiciones favorables para el Proceso B.
El Proceso B, por su parte, libera indirectamente iones bromuro con lo que
la reacción retorna a ser controlada por el Proceso A.
La reacción neta del Proceso A viene dada por el ecuación:
BrO3- + 5Br- + 6H+ Æ 3Br2 + 2H2O (16)
Que representa la reducción de iones bromato a través de una serie de
transferencias de oxígeno. Esta reducción es la que tiene lugar cuando se
mezclan las disoluciones A y B. El color ambar se debe al bromo elemental.
Este color desaparece cuando el bromo reacciona con el ácido malónico
dando bromuro:
Br2 + CH2(CO2H)2 Æ BrCH(CO2H)2 + Br- + H+ (17)
El resultado conjunto de las reacciones (16) y (17) es la disminución de la
concentración de iones bromuro, la cual puede alcanzar un valor
despreciable con lo que domina el Proceso B.
La reacción neta del Proceso B viene dado por la ecuación:
2BrO3- + 12H+ + Ce3+ Æ Br2 + 6H2O + 10Ce4+ (18)
El proceso B produce Ce(IV) y Br2. El Bromo puede oxidar la materia
orgánica pasando a Br-. Al aumentar la concentración de bromuro aumenta
la velocidad de la reacción (16) que supera a la velocidad de la reacción (18)
con lo que predomina el Proceso A.
Bibliografía.Shakhashiri, Bassam Z.; “Chemical Demonstrations”, Vol. 2, The
University of Wisconsin Press, 1985.