Universidad Católica del Norte Facultad de Ciencias Departamento de Química

Profesor: Roylester Lara A.Alumno: Nicole Martínez M.

Reloj de yodoObjetivo

Observar una reacción que pasa de una estado de inactividad a una actividad visible, como lo es el cambio de color.

Introducción

Las reacciones químicas no ocurren a una misma velocidad, o reaccionan de diferente manera; para este laboratorio, se observara un cambio en particular, el color de una reacción conocida como “reloj de yodo”. Para que esta reacción química tenga lugar, se deben considerar varios factores, tales como, la temperatura, la presión, los reactivos, etc. En este caso, se llevara a cabo una reacción entre el yodo y el almidón que en condiciones normales, da un complejo azul, en un periodo de tiempo corto, y se realiza de forma casi instantánea.Para esta experiencia, se utilizara una solución catalizada, y otra no, en donde, el catalizador acelerara la reacción y puede ser recobrado, sin cambio químico, al final de la reacción.

La reacción del reloj de yodo es la siguiente:

Con esta reacción, se podrá definir el orden de la reacción y el valor del Kobs en una solución tampón de pH de 4,2. Bajo estas condiciones, la ley de velocidad toma forma:

Con esta reacción, se puede observar una dependencia por el acido nítrico, la cual modifica la ecuación, por la siguiente:

Estas constantes cinéticas dependen fuertemente de la temperatura, aumentando con ella. Si se conocen dos constantes de velocidad a dos temperaturas distintas, es posible calcular la energía de activación para las reacciones catalizadas y no catalizadas respectivamente.

Sustancias

Soluciones:

KI (0,060M); H2O (destilada); H2O2 (0,040M); HNO3 (0,50M).

Soluciones con almidón:

a) 25ml almidón, 25ml Na2SO3 y 25ml buffer (a pH 4,2), (aforado a 500ml).

b) 25ml almidón y 25ml Na2SO3 (aforado a 500ml).

Procedimiento

En un matraz de aforo de 500 ml, se adicionaron con una pipeta 25 ml de Na2SO3 0,01 M, 25 ml de buffer (HC2H3O2 1 M y NaC2H3O2 1M, a un pH 4,2), y 25 m de una solución de almidón al 2%, posteriormente se aforó con agua destilada. El matraz se agitó hasta homogenizar la solución. Esta solución

con buffer se utilizó en las reacciones no catalizadas. En un segundo matraz de aforo de 500 ml se preparó una solución como la anterior, pero sin buffer. Esta solución inbufferada se utilizó en las reacciones ácido-catalizadas.

Reacción no catalizada:

En seis matraces de erlermeyer de 250 ml se adicionó a cada uno, 25 ml de la solución del buffer. A cada uno de los matraces enumerados adecuadamente se les adicionó cantidades de KI 0,060 M y de agua destilada indicadas en la siguiente tabla.

Matraz KI 0,060 M (ml)

H2O destilad

a (m)

H2O2

0,040 M (ml)

HNO3

0,50 M (ml)

1 25 30 20 0

2 25 20 30 0

3 25 0 50 0

4 15 10 50 0

5 10 15 50 0

6 25 0 30 0

Tabla 1: cuadro de soluciones con buffer.

Para comenzar cada reacción, se adicionó rápidamente el volumen de la solución de KI 0,060 M indicada en la tabla, y se tomó el tiempo. El registro de tiempo era válido hasta cuando la solución se coloreaba de color azul.

Reacción catalizada:

Para realizar las mediciones acido-catalizadas, a tres matraces de erlermeyer de 250 ml se les adicionó 25 ml de la solución inbufferada, posteriormente se siguió el mismo procedimiento anterior, y

los volúmenes de mezcla están dados en la siguiente tabla.

Matraz KI 0,060 M (ml)

H2O destilad

a (m)

H2O2

0,040 M (ml)

HNO3

0,50 M (ml)

7 25 10 20 20

8 25 20 20 10

9 25 25 20 5

Tabla 2: cuadro de soluciones sin buffer.

Posteriormente, se hicieron las mismas mediciones que el procedimiento anterior.

Resultados y cálculos

Reacción no catalizada:

Para el [I-] por ejemplo, en el matraz 1 ocurrió la siguiente dilución al hacer la mezcla.

M 1⋅V 1=M 2⋅V 2

M 2=0 ,060M⋅25ml100ml

=0 ,015M

Para el [H2O2], en el matraz 1, ocurrió la siguiente dilución al hacer la mezcla.

Para calcular el kobs, se realizaron los siguientes cálculos, por ejemplo, para el matraz 1:

Haciendo una aproximación de la velocidad se obtiene,

La formación de yodo es cero en el tiempo cero, y la formación de yodo total depende de la concentración de tiosulfato de sodio, lo cual se resume en la siguiente ecuación estequiometria.

La relación entre el yodo y el tiosulfato es 1 : 2, y como la concentración de este último es de 2,5x10-4 M, la del yodo tiene que ser 1,25x10-4 M. Los tiempos finales son conocidos, por lo tanto reemplazando los valores en la ecuación nos da el índice de formación de yodo.

1,25 x10−4M−046 s−0

=2 ,7173 x 10−6M / s

Reemplazando, el índice de formación de yodo en la ecuación, se pudo determinar el valor de kobs.

C f−C it f−t i

=k obs⋅[H2O2 ]⋅[ I− ]

2 ,7173x 10−6M / s=kobs⋅0 ,0080M⋅0 ,015M

k obs=2 ,264 x10−2M−1s−1

Los resultados se resumen en la tablas 3:

Matraz

tiempo (s)

H2O2

(M)[I-] (M)

índice formació

n de I2

(M/s)

1 46 0,008 0,015 2,71739E-06

2 44 0,012 0,015 2,84091E-06

3 30 0,02 0,015 4,16667E-06

4 80 0,02 0,009 1,5625E-06

5 74 0,02 0,006 1,68919E-06

6 22 0,008 0,015 5,68182E-06

log índicelog

[H2O2]log [I-]

Kobs (M-1s-

1)

-5,5658 -2,0969 - 0,02264

-5,5465 -1,9208 - 0,01578

-5,3802 -1,6990 - 0,01389

-5,8062 - - 0,00868

-5,7723 - -2,2218 0,01408

-5,2455 - -1,8239 0,04735Tablas 3: resumen valores de concentración, Kobs, e índices de formación. (Se dividió para facilitar la visual de los valores obtenidos)

La gráfica de log del índice de formación de yodo versus el log[H2O2] se expresa en el grafico 1:

y = 0,199x - 2,3035R² = 0,9956

-2,5000

-2,0000

-1,5000

-1,0000

-0,5000

0,0000

Log indice v/s Log [H2O2]

Log indice v/s Log [H2O2]

Lineal (Log indice v/s Log [H2O2])

Grafico 1: log índice v/s log H2O2.

La pendiente es 0,9956 y el número entero más cercano es 1, por lo tanto, el orden de la reacción es 1 con respecto al H2O2.

La gráfica de log del índice de formación de yodo versus el log[I-] se muestra en la grafica 2:

y = 0,3979x - 4,2115R² = 1

-4,5000

-4,0000

-3,5000

-3,0000

-2,5000

-2,0000

-1,5000

-1,0000

-0,5000

0,0000

log indice v/s log [I-]

log indice v/s log [I-]

Lineal (log indice v/s log [I-])

Grafico 2: log índice v/s log H2O2.

La pendiente es 1 y el número entero más cercano es 1, por lo tanto, el orden de la reacción es 1 con respecto al I-.

Reacción catalizada:

Los resultados se expresan en la tabla 4:

matraz[H+] (M)

tiempo (s)

índice formación

de I2

(M/s)

Kobs

(M-1s-

1)

7 0,1 13 0,003846154 0,7692

8 0,05 28 0,001785714 1,428

9 0,025 5 0,01 32Tabla 4: resumen valores de concentración para [H+] , Kobs e índice de formación

Para calcular la constante de velocidad se sigue el siguiente procedimiento.

Reemplazando la primera en la segunda y simplificando nos queda

Por lo tanto, graficando el Kobs versus [H+] se debería obtener el kcat en la pendiente y el knocat en el intercepto, los cuales se representan en la grafica 3:

y = -0,0375x + 0,1333R² = 0,9643

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,7692 1,428 32

Kobs v/s [H+]

Kobs v/s [H+]

Lineal (Kobs v/s [H+])

Grafico 3: Kobs v/s [H+]

Discusión y conclusión

Las tablas de temperatura, como lo explica en la introducción de este trabajo, no pudieron realizarse, por lo que no se pudo obtener un valor para la energía de activación. Los resultados fueron parcialmente los esperados, dado que, para que la recta se obtuviera, algunos datos tuvieron que ser eliminados para que el R2 diera más preciso.

Bibliografía

https://books.google.cl/books?id=u-FvX2yEUOEC&pg=PA59&dq=reloj+de+yodo+cinetica+quimica&hl=es-419&sa=X&ei=0aJOVb-oDYL4gwS644GoBg&sqi=2&ved=0CCoQ6AEwAg#v=onepage&q=reloj%20de%20yodo%20cinetica%20quimica&f=false