CINETICAS DE LA REACCIÓN DE DEGRADACIÓN DEL AZUL DE METILENO

Vista previa del material en texto

DETERMINACIÓN DEL ORDEN TOTAL Y CONSTANTES CINETICAS DE LA REACCIÓN DE DEGRADACIÓN DEL AZUL DE METILENO EN ÁCIDO ASCORBICO Y ÁCIDO CLORHÍDRICO POR ESPECTOFOTOMETRÍA UV VISIBLE
Departamento de Fisicoquímica, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia, Universidad de San Carlos de Guatemala, Carrera de Química
RESUMEN
Se realizó un experimento en el cual se estudió la cinética de reacción de degradación del azul de metileno (A.M) en ácido ascórbico (A.A) y ácido clorhídrico (HCl) en tres diferentes sets A, B y C; en dicho experimento se hizo una relación tiempo contra absorbancia por medio del método integral el cual permitió relacionar al A.M, A.A y HCl en una misma ecuación cinética; todo esto se hizo en un espectrofotómetro de UV-visible con el cual se obtuvieron los datos de absorbancia y tiempo usando una longitud de onda de 658nm. Se realizó una regresión lineal entre el tiempo y absorbancia y con ello se encontraron los pseudoordenes del A.M, A.A y HCl con sus respectivas constantes cinéticas lo cual fue de gran importancia para encontrar la ecuación cinética. Se encontró que los pseudoordenes para el A.M, A.A y H+ fueron 1, 1 y 1 respectivamente.
INTRODUCCIÓN
El A.M es un compuesto químico heterocíclico aromático. En soluciones acuosas presenta una coloración azul profundo, es soluble en agua y otros compuestos orgánicos como etanol y cloroformo. La reacción de degradación del A.M con A.A es de óxido-reducción en donde el A.M se reduce y el A.A se oxida (Aldana 2014). La característica principal de esta reacción es que el A.M tiene una coloración intensa mientras que el A.A no tiene ningún efecto colorante; por lo que esta reacción se puede cuantificarse mediante métodos ópticos o espectrofotométricos. Al reducirse el A.M se convierte en azul de leucometileno y A.A al oxidarse se convierte en ácido dehidroascórbico el cual es incoloro (Aldana 2014).
La reacción óxido- reducción entre el A.M y A.A se estudia fácilmente en condiciones fuertemente ácidas y un reactivo ampliamente utilizado es el HCl. Hay factores que pueden provocar cambios en la reacción óxido- reducción tales como las concentraciones de A.M y A.A, el pH, la temperatura y la fuerza del ácido sin embargo en este caso no fueron considerados estos factores.
RESULTADOS Y DISCUSION 
La ley de velocidad o ecuación cinética depende de las concentraciones de los reactivos y las constantes cinéticas presentes en una reacción química (Levine 1996 pp 573); por lo tanto fue necesario encontrar las constantes cinéticas que se veían involucradas en la reacción redox del A.M en A.A con su respectivo pseudoorden. El método integral fue el que se usó para relacionar tiempo vs abs, tiempo vs ln(abs) y tiempo vs -1/abs. En el Set A se encontró el pseudoorden para el A.M, en el Set B para el A.A y para el Set C se encontró el pseudoorden del HCl. Para el Set A se encontraron los siguientes resultados cinéticos.
	Orden
	Kexp (ml/mmol)2 s-1
	R2
	0
	-0.0003
	0.4509
	1
	-0.0041
	0.9136
	2
	-0.4677
	0.6478
Tabla 1. Orden, constante cinética y coeficiente de correlación para el A.M 
Nota: Kexp es la constante cinética experimental
Fuente: Datos Experimentales obtenidos en USAC edificio T-12
En la tabla 1 se puede observar que el pseudoorden para el A.M es 1, debido a que este presenta un coeficiente de correlación más cercano a 1 y por lo tanto es más lineal que el orden 0 y 2. 
Gráfica 1. Curva de calibración para el orden 1 del A.M
El orden 1 presentó una menor variabilidad de la absorbancia conforme transcurría el tiempo tal como se puede observar el la gráfica 1. La constante cinética experimental es representada por la pendiente. 
En el Set A según el método de aislamiento la ley de velocidad o ecuación cinética queda establecida como.
Y según el método de aislamiento 
Por lo que la absorbancia del A.A y HCl puede considerarse constante y por lo tanto en el Set A solo se encontró el pseudoorden del A.M. En el Set A Kexp depende de la concentración molar del A.M. (Mowry, 1999)
Para el Set B se encontraron los siguientes resultados cinéticos 
	Orden
	Kexp (ml/mmol)2 s-1
	R2
	0
	-8E-5
	0.9854
	1
	-0.0002
	0.9987
	2
	-0.0004
	0.9733
Tabla 2. Orden, constante cinética y coeficiente de correlación para el A.A
Fuente: Datos Experimentales obtenidos en USAC edificio T-12
Al igual que en el Set A el pseudoorden para el A.A es 1 ya que hay menos variación de la absorbancia respecto al tiempo y el coeficiente de correlación R2 es muy cercano a 1.
Gráfica 2. Curva de calibración para el orden 1 del A.A.
La gráfica 2 representa una curva casi lineal donde la constante cinética es la pendiente. 
Ya conociendo el orden del A.A y del A.M la ecuación cinética casi queda completada.
y según el método de aislamiento para el Set B
En donde las concentraciones del A.M y HCl son mucho más grandes que la del A.A por lo que se consideraron constantes; con cual se garantizó que el pseudoorden medido fuera únicamente el del A.A. La Kexp dependió de la concentración molar del A.A; ya que si esta se modificaba la constante cinética también lo iba a hacer.
En el Set C se había encontrado que el orden era 2 para el tiempo de 2.3875minutos; pero reduciendo el tiempo a 1.5minutos la curva que más se adecuó a una línea recta fue la de orden (Ver gráfica 3) . Este cambio se hizo ya que se consultó una bibliografía que estipulaba que el pseudoorden era 1. Tal bibliografía fue la de Mowry, S. Cinética de la reducción del Metileno por Ácido Ascórbico.
Gráfica 3. Curva de calibración para el orden 1 del H+
La constante cinética para el ácido clorhídrico también se puede encontrar de otra forma usando tdis que es el tiempo que se tarda en desaparecer la coloración de una sustancia (Mowry 1999) ; en este caso el A.M.
Con el tdis es posible encontrar una “tasa promedio” por medio de las siguientes ecuaciones.
Donde X0 es la concentración del A.M al inicio y Xdis es la concentración antes de que desaparezca el color.
La “tasa promedio” se relaciona directamente con el logaritmo de la concentración del HCl. Tal como se puede observar en la siguiente gráfica
Gráfica 4. Relación entre la tasa promedio y concentración.
Hay que tomar en cuenta que para poder usar el método del tdis es necesario que la concentración inicial del A.M sea constante (Mowry 1999), por lo tanto también es aplicable para la determinación de la constante cinética del A.A en el Set B.
Ya conociendo todos los órdenes parciales y las concentraciones de los reactivos se puede encontrar el orden total y la ley de velocidad
	Orden Total
	Ley de velocidad
	3
	4.68E-5mmol/ml.s
Tabla 3. Ley de velocidad para la reacción redox del A.M con A.A en medio ácido
EXPERIMENTACIÓN
Para la determinación de los órdenes parciales y totales se tuvieron que preparar disoluciones acuosas de A.M, A.A y HCl; las cuales se distribuyeron en tres Sets A, B y C.
	Set A 22ml
	HCl = 0.27M
A.A = 0.023M
A.M = 3.5E-05
H2O = 10ml
	Set B 30ml
	HCl = 0.020M
A.A = 0.0333M
A.M = 1.3E-05
H2O = 27.5ml
	Set C 22ml
	HCl = 0.11M
A.A = 0.045M
A.M = 3.5E-05
H2O = 8ml
Tabla 3. Concentraciones de los reactivos usados para la reacción redox 
Posteriormente a preparar las disoluciones con sus respectivas concentraciones se procedió a preparar blancos los cuales eran exactamente a los Sets en concentración y volumen solo que no tenían A.M. Luego se hizo un barrido en un espectrofotómetro UV- visible (Cary- 50) para así medir la máxima absorbancia del A.M. Luego se midió la absorbancia del blanco del Set A y posteriormente se midió la absorbancia respecto al tiempo del Set A. Se hizo el mismo procedimiento con el Set B y C. A cada lectura de la absorbancia en el espectrofotómetro se le dio una longitud de onda máxima de 658nm y 10 minutos de tiempo máximo. Las lecturas de absorbancia en el espectrofotómetro se hicieron cada 0.1 segundos.
Posteriormente se hizo una regresión de mínimos cuadrados para cada Set en donde se relacionó tiempo vs abs. Para cada Set se hizo una gráfica de tiempo vs abs, tiempo vs ln(abs)y tiempo vs -1/abs.
CONCLUSIONES 
El orden total de la reacción redox entre el Azul de Metileno y el Ácido Ascórbico fue de 3 y el valor de la ley de velocidad fue de (1.143E-10mmol/ml.s)3 el orden parcial para el HCl fue de 1 al igual que para el Ácido Ascórbico y Azul de Metileno; al sumar los órdenes parciales se obtuvo el orden total 3. La cinética de esta reacción fue rápida; es por ello que fue sencillo hacer las determinaciones de las constantes cinéticas y órdenes; si la reacción hubiera sido lenta sería más tardado y complejo hacer la regresión de mínimos cuadrados. Cuando se trabaja con un menor tiempo en la elaboración de la regresión de los mínimos cuadrados el coeficiente de correlación tiende a aproximarse más a 1; este es un método sencillo, por lo cual se usó para corregir el orden del Set C.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Mowry, S.(1999). Cinética de la reducción del Metileno por Ácido Ascórbico. Departamento de Química Earlham College
Aldana, P. (2014) Evaluación Cinética de la reacción de Azul de Metileno- Ácido Ascórbico mediante una técnica espectrofotométrica. Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Química USAC.
ANEXOS
Anexo 1 Reacción redox entre el A.M y A.A
Anexo 2 Gráficas para el Set A de orden 2 y 0
Anexo 3 Graficas para el Set B de orden 2 y 0
Anexo 4. Gráficas para el Set C de orden 2 y 0