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Scientia et Technica Año XVIII, No xx, Mesxx de Añoxx. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701

1

Cinética de reacción del cristal violeta frente al NaOH. Reaction kinetics crystal violet with NaOH. Marcela Patricia Gómez Rojas: Alejandro Marín Arcila Escuela de tecnología química, Universidad Tecnologica de Pereira, Pereira, Colombia Correo-e: [email protected] [email protected]

Resumen— En la práctica se midieron diferentes de la mezcla de reacción con el tiempo. Teniendo en absorbancias de la reacción del cristal violeta (CV) frente cuenta la ley Beer-Lambert (A=ɛCb), la ecuación (2) al NaOH en diferentes proporciones y diferentes tiempos se puede transformar en la ecuación para determinar la cinética de la reacción mediante ln At =ln A0 −K exp t (3) gráficas y cálculos de dichos datos. Palabras clave— absorbancia, cinética coeficiente de extinción, orden de reacción.

química,

Siendo

Ao

la absorbancia inicial (t=0) de la

mezcla reaccionante y Abstract— In practice different absorbances of the reaction of crystal violet (CV) was measured versus NaOH in different ratios and at different times to determine the reaction kinetics and calculations using graphical data. Key Word — absorbance, chemical kinetics, extinction coefficient, reaction order.

I.

INTRODUCCIÓN

El cristal violeta (CV) es un colorante derivado del trifenilmetano. 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

−¿ → R3 COH −¿+O H ¿ R3C¿ (violeta)

(incoloro)

Cuando hay un gran exceso de inoes hidroxido, la reaccion es de seudo-primer orden.

−d [ CV ] =K exp [ CV ] (1) dt Donde

K exp=K [ OH ]

β

es la constante aparente

o seudo-constante de velocidad. La integración de la ecuación (1) conduce a la expresión

ln

[ CV ] 0 =K exp t [ CV ]

(2)

La reacción puede seguirse mediante una técnica espectrometrica, debido a la disminuacion del color Fecha de Recepción: (Letra Times New Roman de 8 puntos) Fecha de Aceptación: Dejar en blanco

At

la absorbancia a

tiempo t. Para nuestra reacción de interés la velocidad será determinada espectroscópicamente, midiendo la cantidad de reactante que desaparece en función del tiempo. Los valores de x y y tanto como la constante k serán determinadas por la ley de velocidad x

velocidad =K [ A ] [ B ]

y

[1].

II. CONTENIDO II.I METODOLOGIA Inicialmente se prepararon dos diluciones para la determinación del coeficiente de extinción (ɛ), posterior a ello se llevó a cabo en una celda de 1cm la reacción de cristal violeta con NaOH a diferentes concentraciones de reactantes, teniendo en total seis experimentos donde los tres primeros tienen la concentración de cristal violeta constante y los siguientes tres tienen la concentración de NaOH constante, como indica las siguiente tabla. experimento

[ CV ]

[ NaOH ]

(ml) (ml) 1 1 1 2 0,5 1 3 0,25 1 4 1 1 5 1 0,5 6 1 0,25 Tabla 1. Volúmenes para cada experimento diferentes reactantes

[ H20 ] (ml) 1 1,5 1,75 1 1,5 1,75 de los

II.II RESULTADOS Para determinar el coeficiente de extinción del Cristal violeta; se realizó una dilución a 25 mL de 4 mL de solución de cristal violeta 1x10-4 M, que

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finalmente equivale a una concentración de 1,6x10 -5, re realizo un barrido espectral para determinar el máximo de absorbancia y la longitud de onda correspondiente, obteniéndose:

10 1,597 2,03E-05 15 1,5476 1,97E-05 20 1,507 1,92E-05 25 1,4698 1,87E-05 Absorbancia Longitud Concentració Longitud30 1,434 1,83E-05 de onda n de la de celda 35 1,4005 1,78E-05 (nm) muestra (M) (cm) 40 -5 1,3657 1,74E-05 1,257 590 1,6x10 590,5 Tabla 2. Resultados para la determinación del 45 1,3335 1,70E-05 coeficiente de extinción. 50 1,3036 1,66E-05 55 1,2734 1,62E-05 El coeficiente de extinción molar (ε) del cristal 60 violeta se calcula, a partir de la ley Beer- Lamber: 1,2456 1,59E-05 65 1,2152 1,55E-05 A=ε bC 70 1,1893 1,51E-05 75 1,1626 1,48E-05 Donde: 80 1,1366 1,45E-05 85 1,1117 1,42E-05 A= Absorbancia 90 1,0869 1,38E-05 95 1,0623 1,35E-05 ε =coeficiente de extincionmolar 100 1,0396 1,32E-05 b=longitud de la celda 105 1,0166 1,29E-05 110 0,9956 1,27E-05 C=concentracion 115 0,974 1,24E-05 120 0,953 1,21E-05 Despejando tenemos: Tabla 3. Resultados experimento 1

ε:

A bxC

2.50E-05 2.00E-05

por tanto :

ε:

1 , 257 −5 1cmx 1 , 6 x 1 0 M = 78562,5cm-1M-1

A partir del coeficiente de extinción se determinó la concentración de cristal violeta a cada tiempo de los diferentes experimentos, con la siguiente ecuación:

C:

A bx ε

5

1.50E-05 1.00E-05 5.00E-06 0.00E+00

0

20

40

60

80

Figura 1. Tiempo vs [CV] experimento 1 Experimento 2

Experimento1 tiempo

f(x) = - 0x + 0 R² = 0.99

Absorbanci a 1,6558

[CV] 2,11E-05

tiempo 5 10 15

A 1,3395 1,3145 1,2917

[CV] 1,71E-05 1,67E-05 1,64E-05

____________________________ 1. Las notas de pie de página deberán estar en la página donde se citan. Letra Times New Roman de 8 puntos

100 120 140

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20 1,2665 1,61E-05 25 1,2391 1,58E-05 30 1,2152 1,55E-05 35 1,1992 1,53E-05 40 1,1805 1,50E-05 45 1,1588 1,48E-05 50 1,1401 1,45E-05 55 1,1201 1,43E-05 60 1,101 1,40E-05 65 1,0881 1,39E-05 70 1,0653 1,36E-05 75 1,0466 1,33E-05 80 1,0292 1,31E-05 85 1,0106 1,29E-05 90 0,9934 1,26E-05 95 0,9769 1,24E-05 100 0,9597 1,22E-05 105 0,944 1,20E-05 110 0,9277 1,18E-05 115 0,913 1,16E-05 120 0,8969 1,14E-05 Tabla 4. Resultados experimento 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

30 1,1967 1,52E-05 35 1,1854 1,51E-05 40 1,1681 1,49E-05 45 1,152 1,47E-05 50 1,1387 1,45E-05 55 1,1244 1,43E-05 60 1,1124 1,42E-05 65 1,0995 1,40E-05 70 1,0876 1,38E-05 75 1,0764 1,37E-05 80 1,0634 1,35E-05 85 1,0513 1,34E-05 90 1,0389 1,32E-05 95 1,0273 1,31E-05 100 1,015 1,29E-05 105 1,0042 1,28E-05 110 0,9924 1,26E-05 115 0,9814 1,25E-05 120 0,9705 1,24E-05 Tabla 5. Resultados experimento 3 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

Figura 2. Tiempo vs [CV] experimento 2 Experimento 3 tiempo 5 10 15 20 25

A 1,2845 1,2512 1,2401 1,2152 1,2059

[CV] 1,64E-05 1,59E-05 1,58E-05 1,55E-05 1,53E-05

100

120

0

20

40

60

80

140

Figura 3. Tiempo vs [CV] experimento 3 Experimento 4 tiempo 5 10 15 20 25 30 35

A 1,6558 1,597 1,5476 1,507 1,4698 1,434 1,4005

[CV] 2,11E-05 2,03E-05 1,97E-05 1,92E-05 1,87E-05 1,83E-05 1,78E-05

____________________________ 1. Las notas de pie de página deberán estar en la página donde se citan. Letra Times New Roman de 8 puntos

100

120

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4

de Añoxx. Universidad Tecnológica de Pereira.

40 1,3657 1,74E-05 45 1,3335 1,70E-05 50 1,3036 1,66E-05 55 1,2734 1,62E-05 60 1,2456 1,59E-05 65 1,2152 1,55E-05 70 1,1893 1,51E-05 75 1,1626 1,48E-05 80 1,1366 1,45E-05 85 1,1117 1,42E-05 90 1,0869 1,38E-05 95 1,0623 1,35E-05 100 1,0396 1,32E-05 105 1,0166 1,29E-05 110 0,9956 1,27E-05 115 0,974 1,24E-05 120 0,953 1,21E-05 Tabla 6. Resultados experimento 4

100 1,6013 2,04E-05 105 1,8786 2,39E-05 110 1,5551 1,98E-05 115 1,5383 1,96E-05 120 1,5189 1,93E-05 Tabla 7. Resultados experimento 5

Figura 4. Tiempo vs [CV] experimento 4

Figura 5. Tiempo vs [CV] experimento 5

Experimento 5 tiempo 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

0 0 0

f(x) = - 0x + 0 R² = 0.9

0 0 0 0 0 0 0

0

20

40

60

80

100

120

140

Experimento 6 A 1,974 1,9545 1,9545 1,9451 1,931 1,9044 1,8796 1,8599 1,834 1,8097 1,7803 1,7587 1,7379 1,7125 1,6937 1,6781 1,6581 1,6393 1,6181

[CV] tiempo A 2,51E-05 5 1,1805 2,49E-05 10 1,1542 2,49E-05 15 1,1201 2,48E-05 20 1,1995 2,46E-05 25 1,0774 2,42E-05 30 1,0653 2,39E-05 35 1,0451 2,37E-05 40 1,0325 2,33E-05 45 1,0206 2,30E-05 50 1,0095 2,27E-05 55 0,9969 2,24E-05 60 0,9929 2,21E-05 65 0,9841 2,18E-05 70 0,9755 2,16E-05 75 0,9646 2,14E-05 80 0,9563 2,11E-05 85 0,9474 2,09E-05 90 0,9381 2,06E-05 95 0,9314 100 0,9264 105 0,9207 110 0,9113 115 0,9054 120 0,8993

[CV] 1,50E-05 1,47E-05 1,43E-05 1,53E-05 1,37E-05 1,36E-05 1,33E-05 1,31E-05 1,30E-05 1,28E-05 1,27E-05 experimen 1,26E-05 to 1,25E-05 1,24E-05 1 1,23E-05 1,22E-05 2 1,21E-05 1,19E-05 3 1,19E-05 1,18E-05 1,17E-05 1,16E-05 1,15E-05 1,14E-05

Figura 6. Tiempo vs [CV] experimento 6 Las concentraciones iniciales de cada experimento se calculan con la formula

C 1 V 1=C 2V 2 ,

como

conocemos la concentración inicial de los reactantes y los volúmenes usados en cada reacción podemos calcular la concentración que realmente intervino en cada reacción:

CV

NaOH

[ H 2 0 ] [ CV ]

[ NaOH ]

(ml ) 1

(ml)

(ml)

(M)

(M)

1

1

0,033

0,5

1

1,5

0,2 5

1

1,75

3,33x1 0-5 1,67x1 0-5 8,33x1 0-6

0,033 0,033

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4

1

1

5

1

0,5

6

1

0,25

Tabla 9. Concentraciones experimento

1

3,33x1 0,0334 -7,1269 -4,4776 -1,4815 5 -7,2887 -4,4776 -1,7695 0-5 -7,5230 -4,4776 -2,0793 1,5 3,33x1 0,0176 Tabla 11. Datos para calcular la constante la 0-5 velocidad con respecto a cada reactante 1,75 3,33x1 8,33x1 0-5 0-3 -6.9 utilizadas en cada -5.2

-5.1

La pendiente de cada grafico puede ser usada para determinar la velocidad de reacción de cada experimento, como La velocidad de aparición del producto es igual a la rapidez de desaparición del reactivo, la ley de la rapidez se puede escribir de la siguiente forma:

-5

-4.9

-4.8

-4.7

-4.6

-4.5

-4.4 -7

-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 pendientes se toman como positivas: Experimento

vR

[ CV ] (M) 3,33x10-5

1

7,4667x108 2 5,2266x101,67x10-5 8 3 3,3166x108,33x10-6 8 4 7,4667x103,33x10-5 8 5 2,999x10-8 3,33x10-5 6 5,1434x103,33x10-5 8 Tabla 10. Velocidades de cada experimento

v Figura 7. Grafica log ⁡( ¿¿ R) vs. Log ¿ [ NaOH ]

0,033

1 2 3

-2.1

-2

-1.9

-1.8

-1.7

-1.6

-6.9 -1.5 -1.4 -7 -7.1

0,033

f(x) = 0.66x - 6.13 R² = 0.99

0,017 8,33x10-3

de igual manera se procede con el

-4,4776 -4,7773 -5,0793

-7.3 -7.4

-7.6

v log ⁡ ( ¿¿ R) vs. Log Figura 8. Grafica ¿

[ NaOH ]inicial Log Log v log ⁡( ¿¿ R) [ CV ]inicial [ NaOH ]inicial ¿ De acuerdo con las pendientes de cada recta, el orden -7,1269 -7,2578 -7,4793

-7.2

-7.5

NaOH. Experimento

-2.2

0,033

Partiendo del hecho que la reacción es de segundo orden, para determinar el orden de reacción respecto al cristal violeta se grafica log (V) Vs. Log

[ CV ]inicial

[ CV ]inicial

(M) 0,033

-1,4815 -1,4815 -1,4815

de reacción para cada componente es 1, debido a que su regresión lineal es cercana a 1.

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Ahora, con los datos obtenidos es posible calcular la constante de velocidad de la reacción, mediante la fórmula: Log (velocidad) = log (k) + x log [CV] + y log [OH-] Ensayo 1 2 3 4 5 6 K promedio Tabla 12. Valor de experimento

Log(k) -1,1707 -0,9990 -0,9185 -1,1707 -1,0446 -0,9661

k 0,0675 0,1002 0,1206 0,0675 0,0902 0,1081 0,09235 las diferentes constantes en cada

Por tanto la ecuación de la velocidad de la reacción del cristal violeta con el NaOH da:

experimento, por lo cual

[ CV ]= [ CV ] 0 e−kt

, de

igual forma se estableció y concluyo para el NaOH siendo para el también uno. Es decir para que esto se cumpla debe ser cualquier instante t proporcional a la concentración de una sustancia A (CA) presente en

 dC A / dt  k1C A ese momento, es decir

.el cual

se comprueba sustituyendo cada concentración en la ecuación obtenida al hallar k debe ser igual o cercana en cada experimento. La expresión general de la ley de rapidez para la reacción se puede escribir:

d [ CV ] x y =−k [ CV ] [ NaOH ] dt Si la [NaOH] >> [CV] se tiene entonces que mientras la concentración de CV cambia de [CV] 0 a [CV] = 0, [NaOH] permanece esencialmente constante en un valor igual a [NaOH]0.

d [ CV ] x y =−k [ CV ] [ NaOH ] dt 1 d [ CV ] 1 =−0,09235 [ 1 x 1 0−4 M ] [ 0,1 M ] dt

II.III ANALISIS DE RESULTADOS A medida que va pasando el tiempo que las dos disoluciones de cristal violeta son sometidas a la luz ultravioleta, estas deben de ir degradándose, por lo cual cada vez que se tome la medida la absorbancia por medio de las especies debe de ser menor. Por ello la disolución de cristal violeta muestra un comportamiento donde comienza a haber una degradación. Por tanto El orden de reacción del cristal violeta es uno el cual se evidencia a través de los R de cada

Ahora bien, Como la cinética se sigue por un método espectrofotométrico, la curva de calibración permitió obtener la relación entre concentración de cristal y absorbancia pudiendo así encontrar las velocidades de cada componente. III.CONCLUSIONES: Según los K obtenidos se puede concluir que las reacciones fotoquímicas son de primer orden. Las reacciones fotoquímicas son reacciones donde hay una degradación de la muestra. Esto es apreciable, al poder observar como a medida que pasa el tiempo y se miden las absorbancias de las sustancias estas van disminuyendo notoriamente. En este experimento se sigue la cinética de la reacción de dos especies iónicas: el cristal violeta, el cual es altamente coloreado, y el NaOH. El producto es incoloro, por tanto, midiendo la pérdida en la intensidad del color después de ciertos intervalos de tiempo, se puede establecer la ley de rapidez de la reacción, a través de medidas de absorbancia donde se obtuvo:

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d [ CV ] x y =−k [ CV ] [ NaOH ] dt

velocidades del analista al cerrar el compartimiento del equipo y adicionar el NaOH a la celda de reacción pueden variar en milecimas de segundo no teniendo una constancia en todos los experimentos.

1 d [ CV ] 1 =−0,09235 [ 1 x 1 0−4 M ] [ 0,1 M ] dt

IV.

1. III.

RECOMENDACIONES

Para establecer mayor precisión en el experimento, se deben utilizar micropipetas, para tener volúmenes correctos ya que las pipetas graduadas de uso en el laboratorio su medida minima es de 0,1, y que para este laboratorio se necesitaban volúmenes a medir minimos de 0,05 llevandonos a no tener volúmenes correctos en todo el laboratorio si no aproximados.

BIBLIOGRAFIA

valledolid, U.d. CINÉTICA DE LA DECOLORACIÓN DEL CRISTAL VIOLETA.

DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN. 2012; Available from: https://www5.uva.es/guia_doce nte/uploads/2011/472/45942/1/ Documento7.pdf.

De igual forma es de resaltar que el tiempo cero de todo el experimento no existe, ya que por

____________________________ 1. Las notas de pie de página deberán estar en la página donde se citan. Letra Times New Roman de 8 puntos