Aulas Virtuales del IES Jorge Manrique

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Prácticas en el Laboratorio de Química


La reacción reloj  de Landolt: Oxidación del bisulfito por el iodato.

Conceptos

La reacción aquí presentada es la reacción de reloj por excelencia. Fue descubierta por Landolt en 1886 y desde entonces ha sido aprecida, estudiada y utilizada como prototipo en  Cinética Química. Se parte de dos disoluciones incoloras que se mezclan. Al cabo de cierto tiempo, hay un súbito cambio de color desde la mezcla incolora inicial hasta un color azul oscuro, casi opaco. En la variante que se hace aquí, el color oscuro desaparece lentamente, y se vuelve a la disolución  incolora. Es  sin duda uno de los más hermosos ejemplos de  las reacciones llamadas "de reloj".

Cinética Química en la reacción de Landolt

El experimento   se explica con la serie de reacciones de oxidación-reducción y entre iones que sigue:

IO3-(aq)  +  3 HSO3-(aq)  I-(aq)  +  3 SO42-(aq)  + 3H+(aq)
(1)
IO3-(aq) 8 I-(aq)  +  6H+(aq)  3 I3-(aq)  +  3 H2O(l)
(2)
I3-(aq) +  HSO3-(aq) + H2O(l)     3 I-(aq)  +  SO42-(aq)   + 3H+(aq)(3)
 2 I3-(aq) + almidón [complejo azul de almidón- I5-] + I-(aq) (4)


(5)

En la primera reacción de la serie, (1),  los iones bisulfito reducen a los iones iodato hasta iones ioduro. En la reacción (2), esos iones ioduro son oxidados por los iones iodato hasta iones triioduro. En este punto existen en la disolución iones trioduro y almidón, que son los componentes del complejo azul oscuro que se forma según la reacción (4), pero la reacción (3) es muy rápida e impide la formación del complejo azul. En la reacción (3) los iones trioduro se reducen por la acción de los iones bisulfito, y se convierten en iones ioduro. Esto ocurre mientras hay iones bisulfito para ser consumidos. Cuando los iones bisulfito se agotan, los iones triioduro que produce la reacción (2) ya pueden ser captados por el almidón y se forma el complejo azul según la reacción (4).


El resultado neto de las reacciones (1), (2), (3) y (4) es que se oxidan tres iones bisulfito por cada ión iodato que se reduce. Si la concentración inicial de iones bisulfito es más de tres veces la del iodato, no hay cambio de color, porque todos los iones I3-(aq)  son consumidos por los iones bisulfito. Para ver la reacción global, se combinan linealmente las reacciones de esta manera: [5·(1) + (2) +3·(3)]/6 . La reacción resultante es formalmente igual que la reacción (1),

IO3-(aq)  +  3 HSO3-(aq)  I-(aq)  +  3 SO42-(aq)  + 3H+(aq)

pero debe entenderse que la cinética que explica el experimento es la serie completa y no solamente esta reacción global, ni la reacción (1) por separado.

La presencia del ácido malónico hace que el color azul intenso del complejo de almidón y pentaioduro vaya desapareciendo poco a poco. La reacción (5) es muy lenta, pero los productos, que son incoloros, se producen inexorablemente, porque los iones iodato y el propio ácido malónico están en  exceso estequiométricorespecto a los iones bisulfito. Cuando todos los iones bisulfito en la mezcla se han consumido, la reacción (2) sigue produciendo iones trioduro, que , por la reacción (4), forman el complejo azul. La reacción (5) es más lenta que la reacción (4), y por eso la presencia del ácido malónico no impide la brusca aparación del complejo azul. Pero según la reacción (5) va consumiendo iones trioduro, el equilibrio de (4) se desplaza hacia la izquierda, porque el complejo azul libera iones trioduro. Cuando todos ellos han reaccionado con el ácido malónico, la disolución se vuelve incolora.

Nota: Esta explicación es una manera conveniente de entender cualitativamente el experimento que sigue abajo. Pero la Cinética y la química de los iones bisulfito en agua es más complicada y todavía no está completamente aclarado el mecanismo de esta reacción, que  es objeto de investigación desde 1886.


Preparación de las disoluciones


almidón al 1% compuestos utilizados disoluciones
Foto 1. Como indicador para el iodo se usará una disolución stock al 1% de almidón. Foto 2.  De izquierda a derecha: Bisulfito de sodio, ácido malónico, iodato de potasio. Foto 2.  Disoluciones: 100 ml de bisulfito de sodio 0.25M; 2.5 g de ácido malónico en 150 mL de agua; 100 mL de iodato de potasio 0.1 M.


Almidón
(C6H10O5)n 1 % . Para preparar 1L de disolución, se hierven 500 mL de agua destilada en un vaso de precipitados de 1L. En un vaso de precipitados de 50 mL se hace un engrudo con 10 de almidón soluble (un polímero de la glucosa) en 20 mL de agua destilada. Se vierte el engrudo en el agua hirviendo y se mantiene la ebullición durante 5 minutos. En otro vaso de precipitados se preparan 450 mL de agua muy fria, que se añaden lentamente a la mezcla caliente. Se agita, se disuelve y luego se diluye el total hasta 1 L. Al cabo de unos meses la disolución puede enmohecerse. Para evitarlo, se pueden añadir unas gotas de timol (entre otras propiedades, el timol es un fungicida) al 2% en etanol (1 g de timol en 60 mL de etanol al 95%).

Iodato de potasio,
 KIO3  0.1M .  Para preparar 1 L de disolución 0.1 M , se disuelven 21.4 g del iodato en 800 mL de agua destilada,  se agita  y se diluye luego hasta 1 L.

Bisulfito de sodio, 
NaHSO3  0.25M . Para preparar 1 L de la disolución 0.25 M, se disuelven 26 g de  NaHSO3 (o bien 24 g de NaS2O5 , metabisulfito de sodio) en 600 mL de agua destilada y luego se diluye hasta 1 L. Esta disolución caduca a los 3 dáis, porque se oxida con el aire atmosférico y se degrada la concentración. Si no se va a usan una gran cantidad, es razonable preparar solamente 100 mL,   diluyendo 2.6 g del bisulfito en 60 mL de agua destilada y diluyendo luego hasta 100 mL.

Ácido malónico, COOHCH2COOH ,2.5 g .


Siga el proceso real efectuado en el Laboratorio mediante las fotografías y las explicaciones del texto. Haga clic sobre las imágenes para ver una ampliación de la foto.


El experimento

Hecho el 8 de febrero de 2008. 

1) En un erlenmeyer de 250 mL se diluyen 2.5 de ácido malónico en 150 mL de agua destilada
Demóstenes
2.5 g de ac. malónico en 150 mL de agua
2) En un vaso de precipitados pequeño, se preparan 25 mL del  KIO3  0.1M .   



25 mL de iodato 0.1 M
3 ) Los 25 mL de la disolución de iodato 0.1 M se añaden al erlenmeyer con la disolución de ácido malónico en agua. Con agua destilada se diluye la mezcla hasta 250 mL . iodato y ácido malónico, 250 mL
4) En otro erlenmeyer de 250 mL se añaden, en este orden:a)  25 ml de la disolución de almidón al 1%, b) 4 mL de la disolución de  NaHSO3  0.25M . Se diluye esta mezcla hasta 250 mL con agua destilada. las disoluciones preparadas
5)  En el vaso de precipitados que aparece en 4) se vierte el contenido de un matraz y luego el del otro. Durante un tiempo que depende de la concentración de los reactivos-y de la temperatura-la mezcla en el vaso de precipitados permanece incolora. Al cabo de unos 15 segundos (en las pruebas hechas en el Laboratorio el tiempo osciló entre 12 y 18 segundos), la disolución pasa bruscamente a un color azul muy oscuro, que puede confundirse con el negro. azul oscuro
6) La mezcla, a partir del color azul oscuro, comienza inmediatamente a decolorarse, aclarándose el color. Vea, al final, la película avi que muestra el proceso, para ver los tiempos aproximados de cada coloración. Aquí es azul.



azul
7) La mezcla aquí, unos segundos después, es  azul claro o morado claro. azul claro
8) La mezcla, en este momento, es de color morado muy claro.
morado muy claro
9) El último tono registrado en foto es casi transparente. La mezcla terminó por ser totalmente clara al cabo de un par de minutos de producirse la coloración azul en el paso 5.



casi transparente
9) Pulse la imagen para ver una película avi de2m50s que muestra la preparación de las disoluciones.

i)  En el erlenmeyer hay 2.5 g de ácido malónico, que se disuelven en 150 mL de agua
ii) En el vaso de precipitadosque se vierte en el erlenmeyer hay 25 mL de iodato 0.1 M
iii) La mezcla de i) y de ii) se diluye hasta 250 mL con agua destilada.
iv) En otro erlenmeyer se añaden 25 mL de disolución al 1% de almidón que estaban en una probeta.
v) A la disolución de almidón se añaden 4mL del bisulfito 0.25M, que estaban en un tubo de ensayos graduado.
vi) Toda esta mezcla se diluye hasta 250 mL con agua destilada.
preparación
10)  Pulse la imagen para ver una película avi de que muestra el experimento a partir del paso 5), hasta la decoloración final. Puede Ud. usar el cronómetro de la película, o el contador de tiempo de su reproductor de avi para ver en qué instante se produce cada coloración.

Se recomienda el reproductor  VLC media playerCon él podrá Ud. ver a cámara lenta las películas y observer mejor los detalles.
experimento

Actividades

1)Examine con cuidado los pasos del experimento. Descríbalos brevemente. Asocie cada paso del experimento [1)...9)] con las reacciones explicadas en la parte de Conceptos.

2) Examine el vídeo de la demostración en 10). Asocie cada color en 5) ...9) con su tiempo. Tome como origen de tiempos el momento en que se ponen en contacto las primeras gotas de la segunda disolución con la primera que ya está en el erlenmeyer de 600 mL.

2.1) ¿Cuánto tiempo es incolora la mezcla, al principio?
2.2) ¿En que instante aparece el color azul muy oscuro?
2.3) ¿Cuánto tiempo tarda en decolorarse la mezcla.

3)  Estudie el modelo para la cinética de la reacción y el tiempo de aparición del color oscuro. Diseñe y proponga un experimento para que el tiempo de aparición del color azul oscuro sea distinto a los aquí manejados (12-20 segundos).

4) Indique un procedimiento para analizar el comportamiento del sistema a temperaturas más altas y más bajas que las de realización de esta experiencia, que fue de 23 ºC.


Haga un ensayo de no más de 6 páginas y envíelo a su profesor por los métodos de las Aulas Virtuales.

Hecho por Juan María Fernández 
para las Aulas Virtuales del IES Jorge Manrique (Palencia/España)
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