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Laboratorio de Fisicoquímica Informe de Trabajo

Fecha: 08/10/2019

REACCIÓN DE OXIDACIÓN DE UN COLORANTE DE ALIMENTOS CON HIPOCLORITO DE SODIO

Profesor: Ruperto Leonardo Salgado Juárez

Resumen: Se determinó la velocidad y orden de reacción durante la oxidación de F&D Azul #1 con NaClO, marca Cloralex, obteniendo como resultado una reacción de primer orden con una velocidad de 3.105x10-11 M/s y una constante de velocidad de 2.818 x10 -3 s-1 .

consumen en un paso posterior del mecanismo de reacción.

Introducción Una de las aplicaciones más útiles de la cinética es la capacidad para utilizar la velocidad de reacción para descifrar el mecanismo de reacción. El mecanismo de reacción describe la secuencia de pasos elementales que suceden para pasar de reactivos a productos.



El paso más lento en el mecanismo se llama paso determinante de la velocidad o paso limitante de la velocidad.



La velocidad de reacción general está determinada por la velocidad de los pasos hasta (e incluso) el paso que determina la velocidad.1

Azul F ∧ D ( 1 ) + NaOCl → Productos Azul a b v =k [ F ∧ D ( 1 ) ] [ NaOCl ]

Objetivos



Aplicar un método físico para determinar el orden de reacción con respecto al reactivo a utilizar.



Determinar la constante de velocidad a una temperatura dada.

Experimental Ilustración 1. Estructura del F&D (Azul #1).

Los puntos más importantes de los mecanismos de reacción son: 



El mecanismo de reacción describe la secuencia de reacciones elementales que deben ocurrir para pasar de los reactivos a los productos. Los productos intermedios de la reacción se forman en un paso y luego se

Material y equipo Charola

2

Cronómetro

1

Espectrofotómetro Spectronic 20

1

Jeringa

1

Matraz aforado de 25 mL

1

Matraz aforado de 50 mL

3

Microespátula

1

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Laboratorio de Fisicoquímica Informe de Trabajo 2),dese1 mL hizo Pipeta Volumétrica

pesando 1.9587 g de éste y aforando a 50 mL de agua destilada. Después para hacer la mezcla 2 se tomaron 25 mL de hipoclorito concentrado de la botella de Cloralex® y se aforaron a 50 mL con la solución de cloruro de sodio hecha anteriormente.

un barrido Pipeta Volumétrica de 2 mL de 400 a Pipeta Volumétrica de 25 mL 800 nm Termómetro colorante Tubos de Ensaye para obtener a Vasos de precipitados de 100 mL que Vasos de precipitados de 50 mL longitud de Reactivos onda Blanqueador co (máx.630 Cloralex® nm) se Cloruro de Sodio (NaCl) obtenía la máxima Colorante comercial de alimentos F&D (Azul #1) absorbanci a (0.797 A), como se

Luego se procedió a realizar el experimento 1, tomando 25 mL de la mezcla 1, depositarlos en un vaso de precipitados para luego agregarle un mililitro de la solución de colorante. Inmediatamente después de hacer esto, se colocó una fracción de la solución en una celda para obtener el cambio de la absorbancia del colorante a la longitud donde se obtuvo anteriormente la máxima absorbancia (630 nm).

n

Para la muestra 2, se aplicó el mismo procedimiento que la parte anterior.

Ilustración 2. Espectrofotómetro Spectronic 20

Primero, el profesor preparó una solución de referencia utilizando 2 gotas del colorante F&D (Azul #1) aforadas a 250 mL con agua destilada, teniendo una concentraci ón aproximada de 4.44x107 M. Con ayuda del espectrofot ómetro Spectronic 20 (Ilustración

muestra en la gráfica 1.

Resultados y discusión Para obtener las concentraciones finales se hicieron los siguientes cálculos: Experimento 1:

Absorbancia / A

Soluciones

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400

Experimento 2:

450

500

550

600

650

700

/nm Gráfica 1. Absorbancia vs Longitud de onda del colorante, obteniendo la máxima absorbancia a 630 nm.

Posteriormente para formar la mezcla 1 para el experimento 1 se tomó porción de 25 mL del blanqueador comercial Cloralex® (NaClO), tomando como referencia la concentración que el manual de prácticas indica: 0.671 M; después se preparó una disolución de cloruro de sodio (NaCl) 0.67 M

Para identificar de qué orden es la reacción respecto al colorante, se hicieron tres gráficos, graficando tiempo contra absorbancias de distinta manera: 

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Absorbancia vs tiempo para saber si la reacción es de orden cero.

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

Después con la ayuda del equipo informático se obtuvo la línea de tendencia, la ecuación y el valor correspondi ente de R para cada gráfico; el grafico que cuente con una R con mayor aproximaci ón al número 1, indica el orden de la reacción.

Experimento 1

120 100 80

0.6

1/[Abs]

n d o or d e n.

0.5

Absorbancia

L n[ A b s] vs ti e m p o p ar a sa b er si e s d e pr i m er or d e n. 1/ A b s vs ti e m p o p ar a el s e g u

0.4

f(x) = 0.17 x − 16.33 R² = 0.77

40 20

f(x) = − 0 x + 0.35 R² = 0.82

0.3

60

0

0.2

0

0.1 0

100

200

300

400

tiempo / s 0

50 100 150 200 250 300 350 400

Tiempo/ s

Gráfica 2. Gráfico de Absorbancia vs tiempo para el Experimento 1.

La Gráfica 2. Muestra la reacción en orden cero, teniendo una R2 de 0.8172, el valor de R2 está alejado de 1, por lo tanto deducimos que no es orden cero. 12

Gráfica 4. Este grafico se hizo 1/[Abs] vs tiempo para el Experimento 1.

En la Gráfica 4. Evidencia la reacción en segundo orden, nos una R2 de 0.7733 y con una pendiente de 0.168, el resultado de R2 está muy alejado de 1, por lo tanto, la reacción no es de segundo orden. Con los datos graficados se obtuvo que el colorante tiene una reacción de primer orden. Para obtener el orden de reacción del hipoclorito de sodio se ocupará una reacción de pseudo-orden 1, ya que la concentración del hipoclorito es bastante grande comparada con la del colorante; entonces tenemos que:

10 8

ln(Abs)



6 4 2 0

0 f(x) 50= 0100 150 200 250 300 350 400

R² = 0

tiempo / s

Y como

Gráfica 3. Se grafica ln[Abs] vs tiempo para el Experimento 1.

En la Gráfica 3, la reacción de primer orden nos da un valor de R2 de 0.9995 con una pendiente de -0.008. El valor de R2 es muy cercano a 1.

Donde es la pendiente de la gráfica 3, o sea

s-1 Este mismo tratamiento se hizo para el experimento 2.

Experimento 2

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500

600

Laboratorio de Fisicoquímica Informe de Trabajo 0.7 0.5 0.4

ln[A]

Absorbancia

0.6

0.3 0.2 0.1

Gráfica 5. Absorbancia vs tiempo para el experimento 2.

En la Gráfica 5, da evidencia de la reacción de orden cero, nos una R2 de 0.6599, el resultado de R2 está muy alejado de 1, por lo tanto, la reacción no es de orden cero.

0

En el segundo experimento y con los datos graficados se determinó que esta reacción también es de primer orden. 0

Gráfica 6. In [Abs] vs tiempo del experimento 2.

En la Gráfica 6. Reacción de primer orden nos da R2 de 0.9977 con una pendiente de -0.003. El valor de R2 es muy cercano a 1.

Haciendo las mismas ecuaciones que para el experimento 1, obtenemos que:

Donde

el

valor

de

es -1

pendiente de la gráfica 6, s Comparando las constantes encontramos que

s-1

. Con esta relación podemos obtener el valor de b. Entonces:

1000 800 600 Con esto sabemos que el orden de reacción del 400 hipoclorito de sodio es de primer orden; el orden de la reacción en general es la suma de a+b, por lo que 200 la reacción es de segundo orden. Posteriormente 0 obtenemos el valor de la velocidad para el colorante.

Gráfica 7. 1/ [Abs] vs tiempo para el experimento 2

Entonces la constante de velocidad es:

la

1200

1/[Absorbancia]

0

La Gráfica 7, muestra la reacción en segundo orden, teniendo una R2 de 0.623 y con una pendiente de 0.274, el valor de R 2 está alejado de 1, por lo tanto deducimos que no es de segundo orden.

0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8

Conclusiones Los hechos experimentales nos arrojaron una absorbancia máxima para el colorante al recibir ondas con una longitud de 630 nm, esto se confirma con reportes de literatura donde la longitud de onda de este color se encuentra entre los 581-650 nm. Se confirma posteriormente al realizar las gráficas de absorbancia vs tiempo para la solución 1, se obtuvo que R2 = 0.8172 para la reacción de orden 0; R2=0.9995 para la reacción de orden 1 y, R 2 = 0.7733 para la reacción de orden 2, por otra parte, en la solución 2 se obtuvo un R 2 = 0.6599 para la reacción de orden 0, R2 = 0.9977 para la reacción de primer orden y, R2 = 0.6231 para la reacción de segundo orden por lo que se concluye que la reacción fue de primer orden. El orden de reacción obtenido experimentalmente coincide con los valores teóricos.

Anexos De forma teórica, se determinó la concentración teórica de la solución de NaOCl al 5% con una densidad de 1 g/mL:

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Laboratorio de Fisicoquímica Informe de Trabajo temperatura debido al calor transmitido al agarrar las celdas. La fuerza iónica del medio estudiado si el agua no está desionizada. La falta de buffers que mantengan el pH estable.

4. Castillo Blum, Silvia E. Cinética Química.

5. Para la solución de cloruro de sodio, se a 0.6711 mol*L-1 en 50 mL se obtuvo los gramos a pesar:

Se sabe que la solución de referencia del colorante tiene una concentraci ón aproximada de 1*10-6 M usando 18 gotas de éste aforadas a 1 L; la solución que preparó el profesor consistió en usar 2 gotas del colorante y aforarlas a 250 mL.

2.

Cuestiona rio 1.

¿Cu áles son las prin cipal es fuen tes de erro r de la met odol ogía usa da?

La pureza de las muestras puede alterar la absorbanci a máxima durante el experiment o. La falta de control en la

¿Los órdenes obtenidos experimentalmente coincidieron con los reportados en la literatura? En caso de que no, ¿a qué lo atribuyen?

Las reacciones reportadas en la literatura son de primer orden, por lo que coinciden con los resultados obtenidos experimentalmente.

3.

¿Qué otras metodologías podrían aplicarse para seguir la cinética de la reacción estudiada?

Métodos de flujo, en particular Stopped Flow. Se mezclan los reactivos abruptamente y después, como su nombre lo indica, se detiene el flujo abruptamente. La reacción se lleva a cabo bajo un baño térmico para evitar el cambio de temperatura mientras que se le impone una longitud de onda y se realiza el registro. Método de observación, conductividad. Al ser uno de los métodos más sensibles para estudiar una reacción donde haya un cambio de carga en los reactivos sería eficiente durante una oxidación como la del experimento actual.

Referencias 1. Khan Academy. (s.f.). Khan Academy. Obtenido de Mecanismos de reacción: https://es.khanacademy.org/science/chemistr y/chem-kinetics/arrheniusequation/a/reaction-mechanisms

2. World Healt Organization. Residue

3.

Monograph prepared by the meeting of the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA), 84th meeting 2017 Brilliant Blue FCF. Obtenido de: http://www.fao.org/3/BU283/bu283.pdf Peter Bamfield, 2001, Chromic Phenomena The Technological Applications of Colour Chemistry, Cornwall, UK, The Royal Society of Chemistry.

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Obtenido de: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ CQ1_348.pdf Moreno Esparza Rafael, Cinética química. Técnicas. Obtenido de: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ 03-tecnicas_12800.pdf...