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• José Alejandro Valencia Alcalde

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CRISTAL VIOLETA José Luis Aguirre Angie Gutiérrez Departamento de química, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia

Diciembre 2015

RESUMEN. En esta práctica se determinó la velocidad de reacción del cristal violeta con el hidróxido de sodio, para esto se mantiene la concentración constante de un reactivo mientras la otra se varía. La reacción fue monitoreada por medio de la absorbancia de la solución cada 5 segundos, usando un espectrofotómetro. Los datos fueron tabulados y analizados en el siguiente informe.

Es un clorhidrato de fórmula R3C+ Cl, donde el R es el grupo (CH3)2N-C6H4-. En disolución acuosa, la reacción entre el ion R3C+ y el ion hidróxido es: R3C+ (Violeta)

+

OH-

→

R3COH (Incoloro)

INTRODUCCION. La cinética química es aquella área dentro de la fisicoquímica encargada de estudiar la rapidez de una reacción y como determinadas condiciones variables modifican la rapidez de reacción de un material o sustancia, y asimismo los eventos moleculares que tienen lugar en la reacción general.El cristal violeta es un colorante derivado del trifenilmetano.

Imagen 1. Estructura Cristal violeta

Imagen 2. Reacción entre el ion R3C+ y el ion hidróxido

El violeta de metilo 2B (llamado sencillamente violeta de metilo) es usado en química como un indicador de pH. En el extremo ácido de su intervalo de medición, toma un color amarillo. En el alcalino, se hace violeta azulado. El Violeta de metilo puede ser suministrado como papel de prueba de pH, o puede ser suministrado como cristales puros y disueltos en la muestra a ser probada.

preparada, con 0,5 mL de NaOH 0,1N y se midió un volumen de agua en cada ensayo para completar 3 mL, y después se tomaron medidas de absorbancia a 365,5 nm con diferencias de tiempo de 5 segundos por 100 segundos. Imagen 3. Colores según pH del derivado del cristal violeta.

Los ensayos realizados en la práctica fueron preparados:

Preparación de solución patrón.

Ensayo

Se tomó la solución de Cristal violeta 1E-4 M y se hizo un barrido espectral para mirar su máximo de absorción y que su absorbancia estuviera entre 1,2 y 1,5. Obteniendo el siguiente espectro.

1 2 3 4 5

Cristal Violeta mL 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3

NaOH 0,1N mL 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Agua mL 1,4 1,6 1,8 2 2,2

Tabla 1. Ensayos cristal violeta

Figura 1. Espectro de absorción del cristal violeta.

Cuando se revisaron los picos y el máximo de absorción se encontró un valor de 2,3 de absorbancia y que el pico máximo se encontraba a una longitud de onda de 365,5 nm, como se necesitaba una absorbancia máxima de 1,5 se diluyo, tomando una alícuota de 10 mL y aforando a 25mL para terminar con una concentración de 4E-5 M como solución madre.

Preparación de ensayos. Para estos ensayos se tomaron diferentes volúmenes de cristal violeta de la concentración

T (s) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10 0

ABS 1 0,3547 0,3525 0,3469 0,3401 0,3357 0,3279 0,3225 0,3177 0,3136 0,3093 0,3052 0,3008 0,2971 0,2927 0,2886 0,2842 0,2800 0,2758 0,2719 0,2676

ABS 2 0,2705 0,2640 0,2623 0,2570 0,2539 0,2515 0,2488 0,2460 0,2435 0,2410 0,2382 0,2352 0,2325 0,2301 0,2275 0,2251 0,2227 0,2200 0,2172 0,2145

ABS 3 0,2035 0,2008 0,1987 0,1980 0,1953 0,1907 0,1877 0,1852 0,1833 0,1809 0,1766 0,1738 0,1718 0,1702 0,1687 0,1663 0,1641 0,1617 0,1598 0,1580

ABS 4 0,1906 0,1892 0,1864 0,1838 0,1816 0,1791 0,1777 0,1748 0,1725 0,1704 0,1688 0,1672 0,1652 0,1630 0,1611 0,1593 0,1576 0,1559 0,1543 0,1521

ABS 5 0,0791 0,0798 0,0760 0,0745 0,0726 0,0706 0,0686 0,0669 0,0658 0,0642 0,0630 0,0616 0,0604 0,0590 0,0581 0,0568 0,0558 0,0546 0,0537 0,0525

Tabla 2. Absorbancias de los diferentes ensayos, a cada uno de los tiempos.

Para determinar la velocidad de reacción en cada solución es necesario conocer la concentración del cristal violeta en cada tiempo en el que se tomó la absorbancia, para esto primero debemos de hallar la absortividad molar del cristal violeta utilizando la ley de beer, ya que inicialmente se tomó la absorbancia del cristal violeta la cual era de 1,1401

95 100

9,54𝐸−6 9,40𝐸−6

7,62𝐸 −6 5,61𝐸 −6 5,41𝐸 −6 1,88𝐸 −6 7,53𝐸 −6 5,54𝐸 −6 5,33𝐸 −6 1,84𝐸 −6

Tabla 3. Concentración de los diferentes ensayos, a cada uno de los tiempos.

Ensayo 1.

𝐴 = 𝑏𝐶𝜀 Dónde: A: Absorbancia (1,1401) b=Longitud de la celda ( 1 cm) C=Concentración de Cristal violeta 4𝑥10−5 𝑀 𝜀= Absortividad molar del Cristal Violeta Despejando la absortividad molar se obtiene 𝜀=

𝐴 1,1401 = = 28502,5 𝑐𝑚−1 𝑀−1 𝑏𝐶 1 𝑐𝑚 ∗ 4𝑥10−5 𝑀

Ahora bien con este dato podemos proceder a calcular las concentraciones en cada uno de los puntos de la reacción, de cada uno de los ensayos, para después poder graficar concentración Vs tiempos y calcular las velocidades de reacción de cada uno de los ensayos desarrollados. T (s) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

[CV] 1 1,244𝐸 −5 1,243𝐸 −5 1,22𝐸−5 1,19𝐸−5 1,18𝐸−5 1,15𝐸−5 1,12𝐸−5 1,11𝐸−5 1,10𝐸−5 1,08𝐸−5 1,07𝐸−5 1,05𝐸−5 1,05𝐸−5 1,03𝐸−5 1,01𝐸−5 9,97𝐸−6 9,82𝐸−6 9,68𝐸−6

[CV] 2 9,49𝐸 −6 9,26𝐸 −6 9,20𝐸 −6 9,02𝐸 −6 8,91𝐸 −6 8,82𝐸 −6 8,73𝐸 −6 8,63𝐸 −6 8,54𝐸 −6 8,46𝐸 −6 8,36𝐸 −6 8,25𝐸 −6 8,16𝐸 −6 8,07𝐸 −6 7,98𝐸 −6 7,89𝐸 −6 7,81𝐸 −6 7,72𝐸 −6

[CV] 3 7,14𝐸 −6 1,04𝐸 −6 6,97𝐸 −6 6,95𝐸 −6 6,85𝐸 −6 6,69𝐸 −6 6,59𝐸 −6 6,50𝐸 −6 6,43𝐸 −6 6,34𝐸 −6 6,20𝐸 −6 6,09𝐸 −6 6,03𝐸 −6 5,97𝐸 −6 5,92𝐸 −6 5,84𝐸 −6 5,76𝐸 −6 5,67𝐸 −6

[CV] 4 6,68𝐸 −6 6,64𝐸 −6 6,54𝐸 −6 6,45𝐸 −6 6,37𝐸 −6 6,28𝐸 −6 6,24𝐸 −6 6,13𝐸 −6 6,05𝐸 −6 5,98𝐸 −6 5,92𝐸 −6 5,87𝐸 −6 5,79𝐸 −6 5,72𝐸 −6 5,65𝐸 −6 5,59𝐸 −6 5,53𝐸 −6 5,47𝐸 −6

[CV] 5 2,77𝐸 −6 2,80𝐸 −6 2,67𝐸 −6 2,61𝐸 −6 2,55𝐸 −6 2,48𝐸 −6 2,40𝐸 −6 2,35𝐸 −6 2,31𝐸 −6 2,25𝐸 −6 2,21𝐸 −6 2,16𝐸 −6 2,12𝐸 −6 2,07𝐸 −6 2,03𝐸 −6 1,99𝐸 −6 1,95𝐸 −6 1,92𝐸 −6

Grafica 1. Ensayo 1

La derivada de la ecuación de la recta es la velocidad de reacción por lo tanto r1=3,1x10-8 Ensayo 2

Grafica 2. Ensayo 1 Tiempo vs concentración.

La derivada de la ecuación de la recta es la velocidad de reacción por lo tanto r2=2,4x10-8

Ensayo 3.

Grafica 3. Ensayo 3 Tiempo vs concentración.

La derivada de la ecuación de la recta es la velocidad de reacción por lo tanto r3=1,9x10-8 Ensayo 4.

Ensayo 5.

Grafica 5. Ensayo 5, tiempo vs Concentración.

La derivada de la ecuación de la recta es la velocidad de reacción por lo tanto r5=1x10-8 Calculo de Orden del Cristal Violeta La ecuación de velocidad para la reacción de Cristal violeta con hidróxido responde a: 𝑟 = 𝑘 [𝑂𝐻 − ]𝑚 [𝐶𝑉]𝑛

Si se obtiene una concentración tan grande Hidróxido en comparación con el cristal violeta, se puede decir que el consumo de este varía tan poco, que se puede tomar constante y por tanto formar un pseudorden: 𝑟 = 𝑘2 [𝐶𝑉]𝑛 Grafica 4. Ensayo 4, tiempo vs concentración.

La derivada de la ecuación de la recta es la velocidad de reacción por lo tanto r4=1x10-8

Sí sacamos logaritmos ambos lados para linealizar obtendríamos una ecuación de la recta con pendiente “n”, e intercepto Log[k_2 ] 𝐿𝑜𝑔[𝑟] = 𝐿𝑜𝑔[𝑘2 ] + 𝑛 𝐿𝑜𝑔 [𝐶𝑉]

Por tanto si graficará el logaritmo de cada una de las velocidades Vs el Logaritmo de concentración de cristal violeta; podríamos obtener el orden de reacción y la constante del pseudorden

[CV]i Log [CV]i r Log [r] 1,47E-5 -4,83 3,1x10-8 -7,51 1,20E-5 -4,92 2,4x10-8 -7,62 9,33E-6 -5,03 1,9x10-8 -7,72 6,67E-6 -5,18 1,2x10-8 -7,9 4,00E-6 -5,40 1,010-8 -8,0 Tabla 4. Logaritmo de velocidad inicial Vs Logaritmo de velocidad

ANÁLISIS DE RESULTADOS. Se determinó el orden de reacción para el cristal violeta y se encontró que este es aproximadamente 1, debido a que el coeficiente de correlación de la linealización del pseudorden es alto R2= 0.9833 por ello se puede decir que el valor del orden es de confianza. La varianza con respecto al cambio de concentración de NaOH no fue posible determinar puesto que no hay experimentos que lo permitan, pero se sabe que cuando la concentración de uno de los reactivos es muy alta en comparación con el otro, este no afecta la reacción que se lleva a cabo por lo que se puede afirmar que el orden de reacción global en estas condiciones es de 1. Se pudo observar que a medida que disminuía la concentración del cristal violeta, aumentaba la velocidad de la reacción, esto ocurre ya que el cristal violeta es el reactivo límite de la reacción y por eso se daba más rápido la reacción ya que este se acababa más rápido aumentando así la velocidad de reacción.

Grafica 6. Log[r] Vs Log[CV]i

Con esta gráfica y teniendo en cuenta el alto coeficiente de linealidad, se puede decir que el orden de reacción para el cristal violeta es de 0,87478 que se aproxima a 1, y el Log[k2 ]= -3,3131, por tanto k2=4,86E-4.

Por medio de la técnica de espectrofotométria se logró medir la velocidad de reacción de hidrolisis del cristal violeta el cual es bimolecular, y como se puede observar, esto se logra pues los reactivos son especies iónicas, el cristal violeta que presenta una coloración violeta intensa cuando no ha reaccionado, y a medida que va reaccionando va perdiendo el color hasta que finaliza la reacción totalmente incoloro. Ademas la absorbancia no se ve afectada por el ion hidroxilo ya que este es incoloro tanto al inicio como al final de la reacción, así se puso medir solamente el cambio de concentración de cristal violeta, dando así resultados confiables de concentración del cristal violeta.

CONCLUSIONES. 

El orden de la reacción fue 1, siendo este un valor de confianza debido a que el coeficiente de correlación de la linealización del pseudorden es alto R2= 0.9833.



La absorbancia no se ve afectada por el ion hidroxilo ya que este es incoloro tanto al inicio como al final de la reacción.



Debido a que el Cristal Violeta es el reactivo límite de la reacción, a medida que la concentración de este disminuye, aumenta la velocidad de reacción.