Catalisis micelar

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PRÁCTICA 4: CATÁLISIS MICELAR DE LA HIDRÓLISIS BÁSICA DE COMPLEJOS DE Fe (II). SEGUIMIENTO ESPECTROFOTOMÉTICO Y ANÁLISIS CINÉTICO

OBJETIVOS:

El objetivo de esta práctica es el seguimiento espectrofotométrico de la reacción de iones OH- con el complejo tris(4,7-difenil-1,10-fenantrolindisulfonato sódico) Fe(II). A partir de esta reacción se procederá a realizar:
* Análisis cinético deuna reacción consecutiva (aproximación al equilibrio y
aproximación al estado estacionario).
* Análisis cualitativo y cuantitativo de la influencia de un catalizador como el
CTABr (bromuro de hexadeciltrimetilamonio).

INTRODUCCIÓN:

La reacción que se va a poder estudiar en el laboratorio es la hidrólisis básica del complejo de Fe (II): FeL34-, donde L es el siguiente ligandobidentado:

L = 4,7-difenil-1,10-fenantrolindisulfonato

La reacción completa transcurre a través del siguiente mecanismo:

FeL34- + 2OH - FeL2(OH)24- + L2- 3L2- + Fe(OH)3

Los productos finales de la reacción tras la hidrólisis son el ligando libre y diversos acuo-hidroxo-complejos de Fe (II). La primera parte de la reacción (pérdida del primer ligando) es mucho más rápida (103-104veces) que la pérdida del segundo y tercer ligando.

El seguimiento cinético se realiza sobre la primera parte de la reacción global
(FeL34- + 2OH - FeL2(OH)24- + L2-).
El compuesto FeL34- es de color rojo (absorbe a λ = 530 nm) y cuando comienza la adición de iones OH-, este color va desapareciendo poco a poco. Este hecho es producido porque, al adicionarse el primer ión OH-,se produce la ruptura del un enlace Fe-N del ligando y se formará el enlace Fe-OH, donde posteriormente, una adición de un segundo ion OH-, producirá una ruptura del enlace Fe-N- en el ligando y una nueva formación de un enlace Fe-OH, dando lugar al dihidroxo complejo y un ligando libre.
Ninguno de estos dos compuestos absorbe a λ = 530 nm, con lo que es posible estudiar el proceso de lareacción observando el espectro de absorbancias en función del tiempo de reacción.


La reacción en agua (en exceso de iones OH-) sigue un mecanismo de la forma:
k1 k2
A B C
k-1
donde k1´, k-1´ y k2´ son constantes de segundo orden. Las correspondientes constantes de pseudo-primer orden k1, k-1 y k2 se obtienen multiplicando por la concentración deOH-
( ki = ki´· [OH-]; i = 1,-1,2).

Las velocidades de ciertas reacciones bimoleculares están fuertemente afectadas por sistemas micelares iónicos, como consecuencia a la concentración de ambos reactivos en el pequeño volumen de la doble capa eléctrica de los agregados micelares más que en un autentico efecto catalítico. Sin embargo hay algunas excepciones a esta regla y una de ellas esla reacción que estamos llevando a cabo.

Modelo de pseudofase

El modelo de pseudofase considera el volumen total de las micelas (capa de Stern) con una fase “macroscópica” separada y distribuida uniformemente en la disolución. De esta forma, la reacción química puede tener lugar tanto en la fase acuosa como en la pseudofase micelar.

Se realizaran dos tipos distintos de análisis de losespectros:

* Suponiendo que se cumplan las aproximaciones de estado estacionario o equilibrio: se realizara un ajuste lineal para deducir kps1 en función de k1, k-1 y k2.
A0 = Absorbancia a t = 0
At = Absorbancia a t = t
A∞ = Absorbancia a tiempo
Infinito

ln (At - A∞) ln (A0 - A∞)- kps1 · t

* Considerando una reacción compleja: donde la variación de laconcentración del reactivo puede escribirse como:

(At - A∞) /( Ao - A∞) = a · exp (-λ1 · t) + b · exp (-λ2 · t), donde:

a = k1 · (A0 - A∞) · (λ1 - k2) / [(λ1 - λ2) · λ1]
b = -k1 · (A0 - A∞) · (λ2 - k2) / [(λ1 - λ2) · λ2]

Pero en la práctica solo llevamos a cabo la experiencia como reacción compleja.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS:

* Primeramente se realizó un análisis...
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