2 - OCW-UV

ESTUDIO CINÉTICO
É
DE LA
DECOLORACIÓN DE LA
FENOLFTALEÍNA EN
MEDIO BÁSICO
Laboratorio de Química Física I
2009-2010
Remedios González Luque
1
OBJETIVO
Determinar la ley de velocidad de la reacción de
decoloración de la fenolftaleina en medio
básico mediante espectroscopia de absorción.
P2- + OH-  POH3v = k [OH-]m [P2-]n
¿Qué
Q é estructuras
t t
m = orden respecto a los OH-
de la fenolftaleína
n = orden respecto a la fenolftaleina
corresponde a
k = constante de velocidad
P22- y POH33-?
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2
Fenolftaleina
OH
OH
C
-
O
O
C
O
C
C
O
velocidad
C
-
O
-
O
C
-
O
OH
C
O
P22-
PH2
-
O
C
-
O
O
1
pH
H
O
-
O
O
3 3POH
[8
[8-10]
10]
[> 11]
muy rápida
“lenta”
¿Porqué se utiliza la espectroscopia de
absorción para seguir la evolución de la
concentración de reactivos?
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ENERGÍA
E (molecula) = E (fotón)
Fotón
  h  hc/ 
Rayos gamma
Rayos X
Ultravioleta
Visible
Infrarrojo
microondas
Radio
600-640 nm
640-700 nm
560-600 nm
400 450 nm
400-450
480-560 nm
450-480 nm
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4
P2- + OH-  POH3-
La reacción que vamos a estudiar es reversible.
Para que la reacción inversa adquiera
importancia
p
debe haber transcurrido suficiente
tiempo.
Por tanto al comienzo de la reacción, lejos del
equilibrio, aplicaremos el tratamiento
irreversible
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Tratamiento irreversible
P2- + OH-  POH3v = k [OH-]m [P2-]n
Tenemos que determinar el orden de reacción respecto a
dos reactivos ¿Cómo podemos determinar primero el orden
respecto a uno de ellos y qué reactivo será?
[[OH  ]o  [ P 2 ]o
 
k  k OH 
v  k1 P 2 
n
 m

[[OH  ]  cte
k1 = constante
t t aparente
t
k = kabs = constante absoluta
1
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¿Cómo se confirma que el orden respecto a la
fenolftaleína es uno?
d P 2  


 k1 P 2  
v 


dt
2
[P ]
ln 2 o  k1 t
[ P ]t
ln[ P 2 ]t  ln [ P 2 ]o  k1 t
¿Cómo se determina la concentración de fenolftaleína?
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Ley de Beer-Lambert
A   c l
P   A /  l
P  A /  l
2
2
o
Ao
ln
 k1 t
At
o
ln At  ln A o  k1 t
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Ao
ln
 k1 t
At
ln At  ln A o  k1 t
[OH-] - 0.3 M
ln (A o/A t )
.
*
*
*
*
.
x

.
x
.
0.2 M
0.10M
x
0.05 M
x



¿Cómo se determina el orden respecto
¿
p
a los OH-?
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ORDEN RESPECTO A LOS OH-

k 1  k abs
b OH

 m


ln k1  ln k abs

m
ln
OH
b

Ln k1
Pendiente=m = orden
L [OH-]
Ln
¿Cómo
Có
se d
determina
t
i lla constante
t t d
de velocidad
l id d absoluta?
b l t ?
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CONSTANTE DE VELOCIDAD ABSOLUTA
kabs = k1 / [OH-]
____
[k abs ]
[k abs ]  
i
4
s(k abs )
k abs  t (3,0.975) s(k abs ) k abs  t (3,0.975)
4
¿Porqué no determinar la constante de velocidad absoluta
g de la representación
p
anterior?
de la ordenada en el origen
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Hemos obtenido la ley de velocidad
aplicando el tratamiento irreversible. ¿Qué
parámetros obtendremos aplicando el
tratamiento reversible?
P2- + OH-  POH3
[OH ]o  [ P
2
2
]o


[OH ]  cte
K1 = K [OH-]
3 ]
v = k1 [P2-] – k-1 [POH3-
OBJETIVO: Determinar K1 y K-1 y K
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P2- + OH-  POH3-
   

d P 2

 k1 P 2   k 1  POH 3
dt
   

   
d P 2

 k1 P 2   k 1  P 2  0  P 2 
dt
 
EN EL EQUILIBRIO
 
    
d P 2

 0  k1 P 2  e  k 1  P 2  0  P 2  e
dt
P 2  

 e
k 1  k1
P 2    P 2  

 0 
 e
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P 2  

 e
k 1  k1
P 2    P 2  
 0 

 e
d P 2  



 k1 P 2    k 1   P 2   
 


 0
dt
 
P 2   

 
INTEGRANDO




k1 P 2  


0
Ln P 2    P 2     Ln P 2    P 2    
e 
t 
e 
 0  P 2    P 2  





0 
e
Ley de Lambert-Beer:
Lambert Beer: [P2-] = A / l
LnA t  A e  LnA 0  A e  
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k1 A 0
t
A0  Ae
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Ln (At-Ae)
LnA t  A e  LnA 0  A e  
k1 A 0
t
A0  Ae
k1 A 0
pendiente  
A0  Ae
t
P 2  
 e

k 1  k1
P 2    P 2  

 0 
 e
Ae
k 1  k1
A0  Ae
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Ley de Lambert-Beer
Ae = Absorbancia
en ell equilibrio
ilib i
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
P2- + OH-  POH3m=?
v = k [[OH-]m [[P2-]n
n=?
k=?
¿Qué parámetros necesitamos determinar para
alcanzar el objetivo de la experiencia?
¿Cómo vamos a determinarlos?
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v = k [OH-]m [P2-]n
Valorando
la disolución
de sosa
Siguiendo la evolución de la
absorbancia
b b
i d
de lla muestra
t d
de
reacción a lo largo del tiempo
VALORACIÓN DE NaOH CON
FTALATO ÁCIDO DE POTÁSIO
CO2K
CO2H
N OH
+ NaOH

CO2K
+ H2O
CO2Na
(Mr= 204,23 g/mol)
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VALORARACIÓN DE LA DISOLUCIÓN DE NaOH
¿Qué masa de HFt utilizamos en la valoración?
Supongamos que queremos gastar 20 mL de NaOH?
NaOH VNaOH
m HFt

Mr
NaOH
Fenolftaleína
¿Qué volumen de agua utilizaremos para
di l
disolver
ell ftalato
ft l t ?
¿Qué indicador utilizamos?
¿Cómo será el pH en el punto de equivalencia?
¿Qué volumen de sosa se gastará en la valoración?
HFt
¿Cuántas valoraciones hacemos?
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MEDIDAS DE ABSORBANCIAS
¿Q necesitamos hacer para
¿Qué
p
registrar
g
la
absorbancia en función del tiempo?
Conectar el espectrofotómetro. Seleccionar  = 550 nm.
¿Porqué se registra la absorbancia a 550 nm?
A
530
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(nm)
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¿De qué disoluciones vamos a medir la absorbancia?
M
Muestra
t de
d reacción:
ió
- NaOH: 0
0.3,
3 0
0.20,
20 0
0.10
10 y 0
0.005
005 M
- 1 gota fenolftaleina
¿Cómo se preparan las disoluciones de NaOH?
A partir de de disoluciones 0.3 M de NaOH y NaCl.
¿Porqué se diluye la sosa con NaCl y no con agua?
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Fuerza iónica:
I
1
 mi zi
2
2i
z = carga de los iones = 1 (para NaOH y NaCl)
m = concentración molal (mol/kg)
Para disoluciones diluidas
c i =  1 mi ~ mi
c = concentración molar (mol/L)
 = densidad
1
I   ci
2 i
Una vez preparada la mezcla de reacción
¿cómo se registra
¿
g
la absorbancia?
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REGISTRO DE LA ABSORBANCIA EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO
Para cada serie:
- Con el blanco se ajusta el cero de Absorbancia
- Se añade 1 ó 2 gotas de fenolftaleína (agitar)
- Medir la absorbancia en función del tiempo. A0 ≈[1-0.7]
[1 0.7]
serie
1
2
3
4
[NaOH] M
0.30
0.20
0.10
0 05
0.05
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Tiempo(min)
5
5
10
60 +60 (eq
(eq.))
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REGISTRO DE LA ABSORBANCIA EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO
- Con el blanco se ajusta el cero de Absorbancia
¿Porqué?
A = Afenolftaleina + Amedio
Afenolftaleina = A - Amedio
- Se añade 1 ó 2 gotas de fenolftaleína (agitar)
- Medir la absorbancia en función del tiempo. A0 ≈[1-0.7]
¿Porqué?
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REGISTRO DE LA ABSORBANCIA EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO
serie
1
2
3
4
[NaOH] M
0.30
0.20
0.10
0.05
Tiempo(min)
5
5
10
60 +60 (eq.)
¿Porqué la sere 1 y 2 se registra la
absorbancia durante 5 minutos
minutos, la tres 10
minutos y la 4 60 minutos?
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