Espectofotometria de la interaccion de yodo

Espectofotometria de la interaccion de yodo

Investigación Espectrofométrica de la interacción de Yodo
con H idrocarburos A romáticos
Alicia Castro (200718024), Carlos García (200911158), Byron Pérez (201013499)
Departamento de F isicoquímica, F acultad de Ciencias Químicas y F armacia, Universidad de
San Carlos de Guatemala, Carrera de Química
1. Introducción
Estudios previos demostraron que la coloración violeta y roja del yodo se debe a el peso molecular, en este
proyecto se trata de explicar cómo la solvatación es la responsable de los cambios de este tipo y la forma
en que influye el solvente en el color. Una de las varias características que apoyan que el efecto del color
violeta-rojo sea causando por la solvatación es que el yodo tiene una polarización dieléctrica
anormalmente alta en el disolvente benceno. La alta polarización de yodo es debido a la presencia de un
disolvente -I + I - complejo. Para observar estas características se realizaron varias soluciones de yodo
usando diferentes solventes, y de estos mismos se midió la absorbancia de diferentes concentraciones de
una misma solución de yodo para obtener la curva completa de estos solventes, la máxima absorbancia
mostró.
2. M ateriales y Metodología
2.1. Reactivos
Los reactivos que se utilizaron para lograr los
objetivos fueron Yodo molecular en grado
reactivo y se eligieron cuatro solventes puros
diferentes,
benceno,
clorobenceno,
tetracloruro de carbono y heptano, para hacer
las soluciones correspondientes.
2.2. Soluciones de Yodo
En un balón de aforó de 25mL se añadió 0.1g
aproximadamente de yodo, pesados con una
balanza analítica y se aforó con uno de los
solvente respectivamente. Se repitió este
procedimiento tres veces más hasta tener una
solución de 0.0158M de Benceno, de
clorobenceno, de tetracloruro de carbono y
heptano. Se cubrió los balones de aforo con
papel aluminio ya que el I2 se puede
descomponer en contacto con luz directa.
aforado con CCl4, 0.30 a 2.30mL de solución
de yodo-benceno aforado con heptano, 0.30 a
2.30mL de solución yodo-clorobenceno
aforado con CCl4 y 0.30 a 2.30mL de
solución de yodo-clorobenceno aforado con
heptano.
2.3. Aparato
Las curvas de absorción fueron medidas y
graficadas por medio de un espectofotómetro
Cary, las mediciones de absorción de las
soluciones de yodo se realizaron usando una
cubeta de cuarzo de 2x2x5cm. Se realizó
llenando la cubeta de cuarzo con el disolvente
obteniendo un trazado sobre la región
espectral deseada. Luego se reemplaza por
solución de yodo para ser medido otro trazo
sobre la misma región, y de esta forma hasta
obtener el trazado de todas las disoluciones
de cada solución de yodo.
Con cada patrón de solución se realizaron
cinco diluciones diferentes, las diluciones
fueron de respectivamente.
Luego se realizaron mezclas de solventes en
balón de aforo de 10mL. Las mezclas fueron
de 0.30 a 2.30mL de solución yodo -benceno
Página 1 3. Resultados
T abla No.1. Valores de Abs, e, y longitud de
onda de la solución de Yodo con Benceno y
cloro benceno a 24°C
Solvente
Benceno
C loro
benceno
[I 2]x 104
M
8
16
24
32
40
8.3
17
25
33
41
A bs
(Log
I o/I)
0.84
1.78
2.49
3.21
3.58
0.72
1.41
2.14
2.81
3.31
e max
1050
1112
1037
1003
895
867
829
856
851
807
Benceno
500
C loro
benceno
505
T abla No 2. Valores de K y Eo en una
mezcla de una solución de yodo en
Tetracloruro de carbono y heptano a una T de
24°C
Benceno T etracloruro
de C arbono
Benceno H eptano
C loro
benceno ±
T etracloruro
de C arbono
C loro
benceno ±
H eptano
[I 2]x
10-4 M
8
16
24
32
40
8
16
24
32
40
8.3
17
25
33
41
8.3
17
25
33
41
[A]
mol
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
K
1.65
1.75
1.80
1.74
1.70
1.19
1.17
1.19
1.19
1.21
1.61
1.67
1.62
1.64
1.61
1.16
1.15
1.17
1.17
1.19
ǻ*
kJ/mol
-1.23
-1.38
-1.45
-1.37
-1.31
-0.43
-0.39
-0.43
-0.43
-0.47
-1.18
-1.26
-1.19
-1.22
-1.18
-0.37
-0.35
-0.39
-0.39
-0.43
Solvente
Ȝmax
Fuente:
datos
experimentales
obtenidos
laboratorio fisicoquímica T-12 USAC.
10-4M = Concentración de Yodo (Molar)
Abs= Asorbancia
emax= coeficiente de extinción molar máxima
Ȝmax= Longitud de onda máxima del solvente
Solvente
T abla No.3. Valores de Abs, e, y longitud de
onda de la solución de Yodo con Benceno y
cloro benceno a 3°C
Eo
15450
Solvente
Benceno ±
T etracloruro
de C arbono
C loro
benceno ±
T etracloruro
de C arbono
Fuente:
datos
experimentales
obtenidos
laboratorio fisicoquímica T-12 USAC.
[I2]x 10-4M = Concentracion de Yodo (Molar)
[A]= Concentracion del solvente
k= constante de equilibrio
ǻ* HQHUJtDOLEUHGH*LEEVN-PRO
Eo= coeficiente de extinción molar máxima
A 3°C
C loro
benceno ±
H eptano
1112
1188
855
835
1036
-
Ȝmax
500
505
[I 2]x
104
M
8
16
24
32
40
8
16
24
32
40
8.3
17
25
33
41
8.3
17
25
33
41
[A]
mol
K
ǻ*
kJ/mol
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
1.70
1.77
1.82
1.76
1.77
1.20
1.18
1.20
1.20
1.22
1.65
1.68
1.66
1.65
1.66
1.17
1.16
1.18
1.18
1.20
-1.22
-1.31
-1.37
-1.29
-1.30
-0.42
-0.38
-0.42
-0.42
-0.46
-1.14
-1.19
-1.16
-1.14
-1.16
-0.36
-0.34
-0.38
-0.38
-0.42
Eo
15750
18800
1200
1400
Fuente datos experimentales obtenidos laboratorio
fisicoquímica T-12 USAC.
10-4M = Concentración de Yodo (Molar)
[A]mol=fracción molar
K=equilibrio
G=energia libre de gibbs
Eo=coeficiente de absorción
e max
T abla No. 4. Valores de K y Eo en una
mezcla de una solución de yodo en
Tetracloruro de carbono y heptano a una T de
3°C
18500
1000
8
16
24
32
40
8.3
17
25
33
41
A bs
(Log
I o/I)
0.89
1.90
0.71
1.42
2.59
-
Fuente:
datos
experimentales
obtenidos
laboratorio fisicoquímica T-12 USAC.
10-4M = Concentración de Yodo (Molar)
Abs= Asorbancia
emax= coeficiente de extinción molar máxima
Ȝmax= Longitud de onda máxima del solvente
Benceno H eptano
930
[I 2]x 104
M
Página 2 T abla No. 5. Parámetros termodinámicos de
la solución de yodo con compuestos
hidrocarburos aromáticos.
Solvente
Benceno ±
T etracloruro
de C arbono
Benceno H eptano
C loro
benceno ±
T etracloruro
de C arbono
C loro
benceno ±
H eptano
[I 2]x
104
M
8
16
24
32
40
8
16
24
32
40
8.3
17
25
33
41
8.3
17
25
33
41
[A]
mol
K
ǻ*
kJ/mol
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
0.9025
0.81
0.7225
0.64
0.5625
1.70
1.77
1.82
1.76
1.77
1.20
1.18
1.20
1.20
1.22
1.65
1.68
1.66
1.65
1.66
1.17
1.16
1.18
1.18
1.20
-1.22
-1.31
-1.37
-1.29
-1.30
-0.42
-0.38
-0.42
-0.42
-0.46
-1.14
-1.19
-1.16
-1.14
-1.16
-0.36
-0.34
-0.38
-0.38
-0.42
Eo
15750
18800
1200
1400
Fuente:
datos
experimentales
obtenidos
laboratorio fisicoquímica T-12 USAC.
10-40 &RQFHQWUDFLyQ GH <RGR 0RODU ǻ* energía libre de Gibbs (kJ/mol)
ǻ6 HQWURStD
ǻ+ HQWDOSLD
G rafica No.1. Máxima absorbancia en
solventes.
Fuente datos experimentales obtenidos laboratorio
fisicoquímica T-12 USAC.
4. Interpretación de resultados
Los resultados de nuestras mediciones de
absorción de yodo en los disolventes de
hidrocarburos aromáticos se resumen en la
Tabla I. En la fig. 1 se comparan con las
curvas de absorción de yodo en tetracloruro
de carbono, benceno, cloro benceno, y
heptano que elegimos para representar
soluciones color violeta y rojas, El coeficiente
de extinción molar, e, se calculó a partir de la
relación e=Abs/b [ ] (1) donde este valor
varió dentro del rango de 750 a 1000 en una
longitud de onda visible de 500 a 520 nm,
esto se debió a la relación exponencial que
existe entre la concentración y la transmisión
de luz que pasa a través de ella. Los valores
del coeficiente de extinción y la longitud de
onda en los picos de absorción se enumeran
en las columnas 4 y 5 de la Tabla I.
Se puede observar a través de la grafica 1
como los picos de absorbancia en la región de
400-700nm se desplazan paso a paso a partir
de la curva 1 y la curva 2, como el Cloro es
sustituido por los átomos de hidrógeno de
benceno, por lo que el benceno es un mejor
donador de electrones, el clorobenceno
presenta una menor afinidad al yodo esto
debido a que el sustiyente (Cl) reduce la
densidad de electrones en el anillo, esto es
predecido a través de las interacciones ácidobase.
Cabe señalar que los valores de emax.
enumerado en la sección inferior de la tabla
no son verdaderos coeficientes de extinción
molar, ya que se basan en la concentración de
yodo, no en la concentración del complejo
responsable de la existencia de emax. Por lo
tanto, no sabemos nada hasta ahora acerca de
la absoluta o incluso las concentraciones
relativas de los complejos que dan estas
bandas de absorción.. Tomando nota de que
la extinción del complejo de yodo en el caso
de benceno puro (véase la Tabla I) era
directamente proporcional a la concentración
de yodo, llegamos a la conclusión de que
existía el siguiente equilibrio, I2 + A ֐ I2A.
Donde A específicamente el hidrogeno del
carbono aromático, con este dato se pude
obtener cuantitativamente la información para
las concentraciones del rango neutro del
solvente, el cálculo fue realizado y se muestra
en la tabla 2, Columna 4, con los datos de las
columnas 2, y 3 demuestra notablemente con
el clorobenceno al volverse un compuesto
aromático apolar, por el cloro en su
estructura, disuelve más fácilmente el yodo, y
los demás solventes, son levemente solubles,
aunque es mayor el aromático por ser apolar,
Página 3 concordando con la teoría. A través de este
valor, se puede encontrar el verdadero
coeficiente de extinción molar, que el cálculo
de este valor se muestra en la tabla 2,
columna 6, esto sirve para hacer un arreglo
matemático y convertir todo el experimento a
un proceso lineal, que se puede mostrar como
[I2]l/log Io/I = (1/KEo) 1/[A]+1/Eo
Conociendo el parámetro del equilibrio este
está estrechamente relacionado con la
termodinámica de la solución, por lo tanto la
tabla 3 a 5 se utilizan específicamente para
determinar la entropía y entalpia mostradas
en la tabla 5 columnas 3, 4, 5,6 se puede
interpretar que los compuestos solubles
poseen mayor entropía debido a que son más
ordenados así como con mayor grado de
entalpia debido a que todos son espontáneos
pero algunos son más que otros.
5. Conclusiones
- En la solución de benceno la mayor parte
del yodo esta en forma de complejo.
- El complejo del yodo tiene una absorción
casi idéntica al yodo libre.
- La capacidad de solvatación del solvente
depende de la naturaleza del soluto.
- La constante dieléctrica es la relación entre
longitud de onda y concentración, y para el
desplazamiento de la reacción hacia
productos el solvente debe poseer una
constante mayor.
- se disminuyó la temperatura debido a que
la solvatación es exotérmica, por lo tanto
generó una mayor solvatación además de
más producto.
6. Referencias bibliográficas
- J. Am. Chem. Soc. 71, 2703-2707 Aug 1949
- P. W. Atkins. "Química Física", Edit.
Omega. Barcelona, 1998, pp. 910
- Rajadell, F.(2005) Termodinámica Química.
3ra edición. editorial publications de la
universitat Jaume. Francia.
-Palmer,
W.
G.
"Química
Física
Experimental". EUDEBA, Buenos Aires,
1966
7. A nexos
C álculos:
Concentración de yodo-benceno
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Dilución de yodo-benceno
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Coeficiente de extinción molar e max
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Concentración del Solvente C C l4
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Coeficiente de extinción molecular Eo
Complejo- C C l4
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Página 4 E cuación del equilibrio Complejo- C C l4
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Fotografías:
Fotografías de las soluciones utilizadas para
analizar las absorbancias.
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