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viernes, 20 de abril de 2018

Informe Reloj de Yodo

Introducción

La reacción comúnmente conocida como “Reloj de Yodo” puede obtenerse a partir de varias combinaciones de compuestos. En este caso estudiaremos la obtenida a partir de los iones Yodato (IO3-) y Bisulfito (HSO3-).
Cabe destacar que se trata de una reacción Redox, es decir, una reacción en la cual se produce una transferencia de electrones de un reactivo a otro. En nuestro caso esta transferencia dará lugar al Ión Yoduro (I-) que reaccionará con el Yodato restante formando Yodo (I2). Para que se produzca la formación de Yodo, primero se consume todo el Bisulfito y una vez ocurrido esto, reaccionan el Yodato y el Yoduro, resultando Yodo. Este al combinarse con el Yoduro restante formará el preciado Triyoduro (I3). Además se le ha añadido almidón que se volverá de color oscuro  al reaccionar con el Triyoduro.

Objetivos 

En base a esta práctica en el laboratorio se han fijado unos objetivos principales:
  1. Observar los factores de los que depende la velocidad de la reacción (tiempo que tarda en aparecer el color oscuro en nuestro caso).
  2. Aprender a preparar una práctica desde cero, con sus correspondientes disoluciones y materiales necesarios.
  3. Analizar la relación entre la concentración, en este caso de Bisulfito (HSO3-), y la velocidad de reacción.

Datos

En primer lugar, es interesante conocer la reacción y su ajuste, para así entender la formación del Triyoduro (I3) y el orden de los reactivos a determinar. Tras explicarla en la introducción, el ajuste de la reacción sería el siguiente (atendiendo solo a los compuestos principales):

(1) IO3- + 3HSO3-  >> I- + 3HSO4-
(2) IO3- + 5I- + 6H+ >> 3I2 + 3H2O  desde aquí ya tiene lugar  ( 3) I2 + I- >> I3-


Es importante destacar que el paso (1) es la etapa lenta de la reacción y que nos permite medir la velocidad ya que las etapas (2) y (3) son ambas muy rápidas. De igual manera, si observamos la etapa (2), apreciamos que se consume ácido (H+) y que aunque no es necesario en este caso, en otras reacciones hay que tenerlo en cuenta para contrarrestarlo con otro compuesto o añadir más para que continúe la reacción.


En el laboratorio hemos realizado la práctica descrita en el presente informe a partir de Sodio Metabisulfito (Na2S2O5) y Yodato de Potasio (KIO3) como reactivos para obtener el  Ión Bisulfito (HSO3-) y el Ión Yodato (IO3-) necesarios. También añadimos Almidón de patata para la coloración y Ácido Sulfúrico (H2SO4).

 



El primer paso es preparar las disoluciones y, para ello, necesitaremos calcular las cantidades de cada reactivo necesarias:

En el caso del Bisulfito:  

Mm (Na2S2O5) = 2 x A(Na) + 2 x A(S) + 5 x A(O)= 2 x 22,9 + 2 x 32 + 5 x 16 = 190,1g/mol.

Si queremos preparar la disolución a 0,03M = 0,03 mol/L x 190,1 g/mol = 5,7 g/L.
Como la reacción para obtener el Ión Bisulfito ajustada sería:

Na2S2O5  +  2 H2O →  Na2 +  2 HSO3-

Dividimos la cantidad entre dos para trabajar con un mol de Bisulfito, siendo por tanto necesario 2,85 g/L. Medimos pues la cantidad mencionada en un vaso de precipitado cuya masa es 50,33g y diluimos en 1 L de Agua
Sodio Metabisulfito en el vaso de precipitado


Con la primera disolución ya preparada, procedemos con la que contendrá el Ión Yodato a partir de Yodato de Potasio. 

Mm (KIO3) = 214 g/mol. 
Trabajaremos con una disolución 0,05 M → 0,05 mol/L x 214 g/mol = 10,7 g. (esta disolución fue preparada por otro grupo en el laboratorio)

 Preparadas las disoluciones se procedió a realizar la práctica con diferentes cantidades, utilizando para ello Erlenmeyers y tubos de ensayos, así como pipetas graduadas y goteros para el Ácido Sulfúrico. Primero se prepara en el tubo de ensayo la mezcla de Bisulfito y agua, mientras que el almidón y el Ácido Sulfúrico se preparan en un Erlenmeyer. Ya listas las mezclas se vierte el contenido del tubo de ensayo en el Erlenmeyer y se mezcla para una correcta disolución de los reactivos. Comienza a contar el tiempo desde que ambas mezclas entraban en contacto y el cronómetro se detiene cuando tiene lugar la reacción y aparece el color azul oscuro debido al Triyoduro y e almidón.
Tubos de ensayo con las diferentes mezclas de Bisulfito y Agua

Resultado de la reacción
Las tablas adjuntas muestran los datos y cantidades de  las disoluciones:
IO3- 0,025M
HSO3- 0,03M
H2O
Almidón 1%
H2SO4 3M
Volumen Total
Tiempo Reacc.
mL
mL
mL
mL
Gotas
mL
s
10
1
39
1
3
50
38,4
10
1
19
1
3
30
16,2
10
2
18
1
3
30
12,2
10
3
17
1
3
30
10,2
10
4
16
1
3
30
6,4
10
4
16
0,5
3
30
7,1
10
6
14
1
3
30
4,9
10
8
12
1
3
30
4,2


Se puede observar la reacción en el siguiente vídeo:



Análisis de los datos

Con los datos obtenidos y suponiendo una cinética química de la reacción como la siguiente, procederemos a obtener la velocidad de la reacción mediante la fórmula:

𝑣 = 𝑘[𝐼𝑂3 −]1[𝐻𝑆𝑂3 −] 3

Para ello calculamos el logaritmo de las columnas de  la concentración de Yodato y la inversa del tiempo, la velocidad:
IO3- Disoluc. Final
HSO3- Disoluc. Final.
1/t
Log. Concentr. HSO3-
Log. 1/t
M
M
s-1
0,005
0,006
0,03
-2,22
-1,58
0,01
0,01
0,06
-2,00
-1,21
0,01
0,02
0,08
-1,70
-1,09
0,01
0,03
0,10
-1,52
-1,01
0,01
0,04
0,16
-1,40
-0,81
0,01
0,04
0,14
-1,40
-0,85
0,01
0,06
0,20
-1,22
-0,69
0,01
0,08
0,24
-1,10
-0,62

Se muestra aquí la gráfica que representa los resultados obtenidos en las tablas:


Conclusiones 

Una vez finalizado el experimento y el trabajo analítico hemos podido observar como varía la velocidad de la reacción en función de las concentraciones de los reactivos, en este caso del Bisulfito. Esta velocidad también depende de la temperatura, pero en nuestra práctica se ha despreciado y hemos trabajado a temperatura ambientes (20º-23º Celsius). Por lo tanto y a la vista de los datos recogidos en las tablas y presentados en este informe se puede llegar a la conclusión de que a mayor concentración, más rápido tendrá lugar la reacción. Por último se puede añadir que un factor clave para que tenga lugar la reacción que buscamos es la cantidad de Bisulfito; esta debe ser pequeña para asegurar que se consumirá todo y se sucederán las etapas siguientes de la reacción. En caso contrario, el Yodato y el Bisulfito seguirían reaccionando de forma indeterminada. Para prevenir esto y asegurar el resultado se recomienda añadir mayor cantidad de Yodato.
Una posible manera de mejorar la práctica sería adaptarla a un taller científico para mostrar a niños y alumnos la "magia" de la química e introducirles en la antigua Alquimia ya que esta práctica te permite transformar "agua" en "vino".


Webgrafía


La información sobre la reacción se ha obtenido de las siguientes páginas:




Las imágenes de la portada provienen de:

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