cuatro métodos para evuluar cinética de priemer

CUATRO MÉTODOS PARA EVULUAR CINÉTICA DE PRIMER ORDEN
Flores, J
Laboratorio de Química Inorgánica
Escuela de Química, Universidad Nacional, Costa Rica
RESUMEN
Se sintetizó el complejo de ditizonato de mercurio (II) y con el este complejo se determinó mediante
técnica espectrofotométrica un estudio cinético para la ley de velocidad con la reacción de isomerización
mediante los métodos de tiempo de vida media, semilogarítmico, Guggenheim y cociente de velocidades.
1 Introducción
Hay muchos agentes complejantes
orgánicos que se han vuelto importantes
en química como resultado de su
inherente sensibilidad y su potencial
selectividad al reaccionar con iones
metálicos. Estos reactivos son útiles en
la precipitación de metales, la
extracción de metales de un disolvente a
otro y en la formación de complejos que
absorben luz para determinaciones
espectrofotométricas. [1]
Hay muchos factores fundamentales que
influyen en la velocidad de las
reacciones como el estado físico de los
reactivos, la concentración de reactivos,
la temperatura en que se lleva a cabo la
reacción, uso de catalizadores y área
superficial. [2]
Si al duplicar la concentración de un
reactivo la velocidad se duplica se dice
que la reacción es de primer orden con
relación a ese reactivo, o también que la
velocidad es directamente proporcional
a la concentración de ese reactivo. [3]
Se expresa matemáticamente como:
𝑣 = 𝑘[𝐴]
Ecuación 1.1
Donde k es la constante de velocidad,
[A] concentración de reactivo y “v”
velocidad
1.1 Métodos de evaluar cinética de
primer orden
1.1.1 Método de vida media:
La vida media de una reacción es el
tiempo necesario para que la
concentración de un reactivo descienda
a la mitad de su valor original [4]
La constante de velocidad viene dada
por:
𝑘 = (ln 2)/𝑡1
Ecuación 1.1.1
2
1.1.2 Método semilogarítmico
De la velocidad instantánea se deriva la
ecuación
ln[𝐴] = −𝑘𝑡 + ln[𝐴]0 Ecuación 1.1.2
Donde t es tiempo, [A]0 concentración
inicial, [A]t concentración en el tiempo
t. Cuando se trata de una ecuación de
primer orden se pueden usar de varias
formas,
dadas
tres
cantidades
cualesquiera de las siguientes se puede
despejar la cuarta: k, t, [A]0 [A]t [4]
1.1.3 Método Guggenheim
2.2 Equipo
Cuando [A] ∞ es difícil de obtener, se
recomienda este método la cual el
tiempo de reacción se divide en
intervalos. El método se expresa por:
[5]
Espectrofotómetro: Spectronic 20D
ln([𝐴]𝑡+∆ − [𝐴]) = −𝑘𝑡 +
(𝑒 𝑘∆ − 1) ln([𝐴]0 − [𝐴]∞ )
1.1.3
Celdas para Spectronic 20D
Balanza analítica Santorios
Cronómetro
Ecuación
Cristalería
3 Resultados
1.1.4 Método de cociente velocidades
Método alternativo al de Guggenheim,
se definen R y RΔ como las derivadas
de [A]t y [A]t+Δ con respecto al tiempo.
Definido por: [5]
𝑅=−
𝑑[𝐴]𝑡
𝑅∆ = −
𝑘=
𝑑𝑡
𝑑[𝐴]𝑡+∆
𝑅
ln
𝑅∆
∆
Ecuación 1.1.4.1
𝑑𝑡
Figura 3.1
Ecuación 1.1.4.2
Ecuación 1.1.4.3
2 Sección Experimental
2.1 Metodología
El procedimiento que se siguió fue el
descrito por el manual de laboratorio de
química inorgánica [5]
Se disolvió acetato de mercurio (II) en
disolución de amoniaco junto con
ditizona en un baño con hielo. El sólido
se filtró y recristalizó.
Se preparó una disolución de ditizonato
de mercurio (II) en xileno seco la cual
se sometió a luz la cual adoptó color
naranja. Se midió la absorbancia por
espectrofotometría a 606 nm a través
del tiempo para evaluar los cuatro
métodos para determinar cinética de
primer orden
Sólido de ditizonato de mercurio (II) [6]
Cuadro 3.1
Valores de absorbancia de la disolución
de ditizonato de mercurio (II) leídos a
longitud de onda de 606 nm a través del
tiempo
Tiempo (s)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
Absorbancia
0,032
0,027
0,022
0,018
0,014
0,010
0,008
0,006
0,005
0,004
0,003
0,002
0,002
0,002
Cuadro 3.2
Valores de la constante de velocidad
para la reacción de isomerización del
ditizonato de mercurio (II) evaluados
con los métodos de cinética de primer
orden
Método
Vida media
Semilogarítmico
Guggenheim
Cociente
velocidades
Constante
(±𝟎, 𝟎𝟏𝟏𝟎−𝟑 𝒔−𝟏 )
7,70 ∙ 10−3
11,50 ∙ 10−3
7,81 ∙ 10−3
7,92 ∙ 10−3
4 Análisis
Como se observa en la figura 3.1 el
complejo de ditizonato de mercurio (II)
es de coloración rojo oscuro la cual al
disolver en xileno da una coloración
verde la cual con la presencia de luz se
vuelve naranja.
En la práctica el ditizonato de mercurio
(II) no fue recristalizado y el xileno no
estaba seco la cual sucedió que la
disolución en presencia de luz se puso
amarilla y el estudio cinético no se pudo
determinar debido a que no cambió la
absorbancia de la solución a través del
tiempo. Pero al repetir la práctica con el
complejo recristalizado y disuelto en
xileno seco el estudio cinético si se
pudo
determinar
indicando
los
resultados en el cuadro 3.1.
En cuanto al equipo se trabajó en estado
estacionario para asegurar que la
temperatura y presión fueran constantes
ya que estos factores influyen en la
cinética.
Con base en los datos del cuadro 3.1 se
desarrolló los métodos para evaluar la
cinética de la reacción de isomerización
del ditizonato de mercurio (II) dado que
es una reacción de primer orden. Al
evaluar los métodos se determinó la
constante de velocidad, mostradas en el
cuadro 3.2 la cual al ser conocidas se
puede expresar la ley de velocidad para
el complejo de mercurio (II). Al ser los
valores de la constante bajos, indica que
la rapidez de reacción es baja y por lo
tanto la reacción de isomerización es
lenta lo cual es observable en la
disolución que después de absorber luz
se puso de color naranja y después de
varios días continuó estando del mismo
color inclusive estando guardada la
disolución en zona oscura.
En cuanto a los valores de la constante
de velocidad determinados por los
métodos se observa que algunos tienen
valores parecidos lo cual permite
escoger
cual
método
es
más
conveniente para realizar estudios
cinéticos futuros con este tipo de
sustancia.
5 Conclusiones
El ditizonato de mercurio (II) es de
color rojo
Los factores como la pureza de
reactivos y la temperatura son
importantes para el estudio cinético de
una sustancia.
La reacción de isomerización del
complejo de ditizonato de mercurio (II)
es lenta
Los métodos de evaluar cinética son
precisos
6 Bibliografía
[1] Skoog D, West D, Holler J,
Crounch S. Fundamentos de Química
Analítica. Octava Edición. Editorial
Thomson. México 2005. pp 465
[2] Burns R. Fundamentos de
Química. Cuarta Edición. Editorial
Pearson. México 2003. pp 442-448
[3] García A, Audad A, Zapata R.
Hacia la Química 1. Tercera Edición.
Editorial Temis. Bogotá Colombia
1985. pp334.
[4] Brown T, LeMay H, Bursten B,
Burdge J. Química la Ciencia Central.
Novena Edición. Editorial Pearson.
México 2004. pp 537-541
[5] Piedra G, Quesada J, Alfaro R.
Manual de Laboratorio de Química
Inorgánica. Universidad Nacional
2009. pp 62-65
[6] fotografía tomada por José Pablo
Flores Zúñiga