Laboratorio de Fisicoquímica I- Grupo 2.Universidad Tecnológica de Pereira Determinación de la constante de equilibrio de una reacción por el método espectrofotométrico. Luis Miguel Cardona García - 1093226740 Luis Fernando Patiño Correa - 1093225590 Escuela de Química. Universidad Tecnológica de Pereira Imagen 1: Estructura del rojo de metilo. I. INTRODUCCIÓN Es bien sabido que muchas de las reacciones químicas que suceden a diario no se generan en un solo sentido, y es allí en donde participan enteramente el concepto de reacciones químicas en equilibrio. Un equilibrio químico permite entonces que una reacción sea reversible o no, lo cual se produce por diferentes factores externos que pueden ser modificados (Temperatura, PH, presión, etc). El equilibrio es un estado en el que no se observan cambios conforme el tiempo transcurre. Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo. [1] Por otro lado dentro de la química analítica se hace uso de las interacciones de la materia con las ondas electromagnéticas en diferentes longitudes de onda, dichas interacciones son aprovechadas para suministrar información en los métodos de análisis espectrofotométricos. Por tanto se tiene la suficiente información para establecer procedimientos que afecten un equilibrio químico y este pueda ser estudiado por sus propiedades espectrofotométricas. Es el caso entonces del rojo de metilo (Indicador acido-base), el cual presenta comportamientos diferentes en sus estados ácido y básico respectivamente. Aprovechando la aditividad de absorbancias de los dos estados se puede conocer las concentraciones de dichas especies dentro de un equilibrio químico. Así pues, se tiene la información necesaria para conocer la constante de equilibrio del rojo de metilo a partir de la ley de acción de masas. II. RESULTADOS Partiendo de la solución de rojo de metilo de concentración 0,1 g/100mL, se prepararon dos soluciones: una a pH ácido y otra a pH básico, se hizo un barrido espectral para determinar la longitud de onda (λ) de máxima absorción obteniéndose los siguientes resultados: λ slnácida =537 nm Imagen 2: Espectro de la solución de rojo de metilo a pH ácido. λ slnbásica=416 nm Se siguió el mismo procedimiento con una muestra de pH=5.0587 0.7564×103 3.0978=3. se realizó el respectivo análisis dimensional para llevar todo a unidades de molaridad (moles/Litro) así: 2 Solució n Ácida Básica Solución Estándar Ácida Básica ε λ2 8.0978 λ =416 nm Tabla 1: Absorbancias medidas a las diferentes longitudes de onda.7163× 103 [ HMR ] +1. Posteriormente se midieron las absorbancias de las soluciones ácida y básica a estas longitudes de onda determinadas.0027 × 103 [ HMR ] +4.2 Imagen 3: Espectro de la solución de rojo de metilo a pH básico.1 a las dos longitudes de onda se plantea el siguiente sistema de ecuaciones: g 1000 mL 1 mol Rojo de Metilo mol × × = =M 100 mL 1L 269. Para determinar la constante de equilibrio primero se deben determinar las absortividades específicas de cada especie (ácida y básica) a las dos longitudes de onda.2280×10-5 absortividades: 3. III.1 Absorbancia a 537 nm 0.7163×103 1. c=Concentración.1942 0.5153×103 Tabla 3: Absortividades medidas a diferentes longitudes de onda. para así hallar la concentración de cada especie en el equilibrio. Conociendo los valores de las absortividades de las dos soluciones y las absorbancias de la solución de pH=5. b=Trayectoria óptica (1cm).3 g L Los datos se presentan en la siguiente tabla: ε λ1 −¿ ¿ MR A λ1=ε λ 1 [ HMR ] +ε λ1 ¿ −¿ MR ¿ A λ2=ε λ2 [ HMR ] +ε λ2 ¿ Concentración (M) 2. Las absortividades se calcularon a partir de la Ley de Lambert-Beer: ANÁLISIS DE DATOS Las concentraciones de la solución estándar y las soluciones preparadas a partir de este. básica se expresa como [MR-].2280×10-4 Reemplazando los valores de absorbancias y 2. ε=Absortividad.0927=8.0927 A=εbc Dónde: A= Absorbancia.7564 ×10 3 ¿ −¿ MR ¿ 0. mientras que la concentración de la especie −¿ MR ¿ 0. La concentración de la especie ácida se expresa como [HMR].0027×103 4.1 garantizando la presencia de las dos especies (ácida y básica): Solución Ácida Básica pH=5.5153 ×10 3 ¿ . Absorbancia a 416 nm λ =537 nm 1 0.3420×10-5 Tabla 2: Concentraciones molares de las soluciones a analizar.1509 0.0669 0. se calculan a partir de la expresión: V 1 C 1=V 2 C2 Debido a que la concentración se presenta en unidades de g/100mL. La absorbancia varía entre la especie acida y la especie básica. el cual es demasiado susceptible a especies acidas o básicas. %Error= 5.2-6. Se verifico experimentalmente el rango de viraje del indicador rojo de metilo (4.2410× 10−6 M ] K a=1. una mala lectura de PH (Considerando previa calibración del equipo) puede hacer variar la concentración de las especies acida y básica o aun peor puede desplazar el equilibrio hacia alguno de los dos lados. esto debido fundamentalmente a los diferentes colores presentes en cada solución. particularmente +¿¿ H ¿ ¿ +¿¿ H ¿ ¿ Finalmente se calcula la constante de equilibrio: +¿ −¿+ H ¿ HMR ⇋ MR ¿ [ 7.6844 ×10−5 M ] K a= [ 7.9433 ×10−6 M ][ 1.8478 ×10−5 Teóricamente el Rojo de Metilo presenta un Pka = 5.0.2410× 10−6 M Pka=4. Diversos factores afectan la constante de equilibrio de una reacción y no solo son aquellos los que se consideran en el principio de Le-Chatelier. Teniendo en cuenta el valor experimental hallado CONCLUSIONES . con lo cual también se comprueba experimentalmente el principio de Le-Châtelier para equilibrios químicos.0 %Error=5. El punto de viraje del rojo de metilo es bastante sensible.3 Resolviendo el sistema se tiene que las concentraciones de las especies en el equilibrio son: y la relación matemática.1) se calcula la concentración de H+ así: +¿ ¿ H pH =−log ¿ Para comparar la efectividad de la práctica experimental se procede a calcular el porcentaje de error presente. Se debe tener en cuenta el error instrumental.3 Entonces: +¿¿ H ¿ ¿ IV.7333 −¿ MR¿ ¿ ¿ Partiendo del pH de la solución (pH=5.2).7333 x 100 5.0−4. los cuales son consecuencia de las transiciones electrónicas (Transiciones entre orbitales d para la región del visible) y de las concentraciones de productos y reactivos del equilibrio. por tanto es importante cuidar el PH en esta zona de equilibrio. se calcula el PKa experimental Pka=−log ( Ka) [ HMR ] =7. México. V. McGraw Hill. 2010. BIBLIOGRAFIA [1] RAYMOND CHANG.4 el producido por el espectrofotómetro y las celdas correspondientes. 10° Edición. 615 P. los cuales para este caso al encontrarse en un espacio académico. Química. no cumplen con los estrictos estándares de control analítico. .