Nota de aplicación | ABSOR.B™
MEDICIÓN DE VELOCIDADES DE REACCIÓN QUÍMICA POR ABSORBANCIA
por Dimitria Camasão y CEP Noemie Deloire,
Aplicación Científicos, Rheolution Inc.
Resumen
- Las reacciones químicas en las que intervienen reactivos o productos de color se pueden analizar observando cómo cambia su capacidad de absorción con el tiempo en longitudes de onda específicas.
- ABSOR.B™ midió con precisión la cinética de absorbancia de una mezcla compuesta por colorante alimentario azul y lejía.
- La ecuación de velocidad de la reacción química entre el colorante azul y la lejía se determinó mediante la cinética de absorbancia.
INTRODUCCIÓN A LA MEDICIÓN DE LA ABSORBANCIA EN EL ANÁLISIS DE REACCIONES QUÍMICAS
Introducción
Las reacciones químicas en las que uno de los reactivos o productos tiene color se pueden seguir midiendo la absorbancia a lo largo del tiempo. Por ejemplo, las moléculas de colorante pueden reaccionar con sustancias específicas, cambiando su estructura química y, por lo tanto, su capacidad para absorber o reflejar la luz de la misma forma. Del mismo modo, se puede seguir la actividad de las enzimas cuando la reacción entre la enzima y el sustrato da lugar a un producto de color. En estos dos ejemplos, la velocidad de la reacción química se puede representar mediante la desaparición de los reactivos o la aparición de los productos, respectivamente.
Estas mediciones (absorbancia en función del tiempo) te dan información sobre la velocidad de reacción y la actividad de los reactivos. La velocidad de reacción (o ley de velocidad) es una descripción matemática de cómo la velocidad de una reacción química depende de la concentración molar de sus reactivos. Determinar las leyes de velocidad es fundamental para avanzar en la comprensión de las reacciones químicas, optimizar las condiciones de reacción y garantizar la producción eficiente y controlada de los productos deseados en diversos campos científicos e industriales.
En este contexto, en este trabajo se ha utilizado el ABSOR.B™ para estudiar la cinética de la reacción entre un colorante alimentario (colorante azul) y el hipoclorito de sodio (lejía). El ion hipoclorito (ClO⁻) es un agente oxidante que quita uno o más electrones a las moléculas del colorante, cambiando su estructura química, lo que hace que ya no puedan absorber la luz del espectro visible. Se midió la disminución de la absorbancia durante la reacción con dos concentraciones diferentes de lejía. A continuación, los datos obtenidos se utilizaron para determinar la ecuación química que describe la velocidad de reacción.
ENFOQUE EXPERIMENTAL PARA MEDIR LA ABSORBANCIA EN QUÍMICA
Materiales y métodos
Se mezcló colorante alimentario (de color azul) con hipoclorito de sodio (lejía, NaClO) en viales de 10 ml a dos concentraciones (0,134 M y 0,269 M de ClO). Los viales se introdujeron inmediatamente en el ABSOR.B™ y los ensayos se realizaron a temperatura ambiente y utilizando el cartucho Emitt.635, el cartucho óptico de emisión que emite luz a una longitud de onda de 635 nm (los componentes azules tienen su pico de absorbancia en torno a esta longitud de onda). Se registraron los valores de absorbancia a lo largo del tiempo para cada muestra (n = 3 por cada condición). La ley de velocidad se calculó a partir de la cinética de absorbancia (1, 2).
ANÁLISIS DE LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN MEDIANTE MEDICIONES DE ABSORBANCIA
Resultados y discusión
Seguimiento experimental de la reacción química
La figura 1 muestra los resultados para cada concentración de hipoclorito de sodio mezclada con el colorante azul en tres repeticiones (n=3). Como era de esperar, la reacción fue más rápida en la muestra con la mayor concentración de hipoclorito de sodio, tal y como demuestra la disminución más rápida de la absorbancia. También se puede observar la gran repetibilidad de los resultados entre las réplicas de cada condición. La variabilidad intrínseca de los tejidos animales y el reducido número de muestras (n = 3) refuerzan la alta repetibilidad y sensibilidad de los resultados.
Figura 1: Absorbancia (Abs) de un colorante azul de uso alimentario en función del tiempo tras mezclarlo con hipoclorito de sodio a 0,269 M (naranja) y 0,134 M (turquesa).
Modelización teórica de la reacción química
Esta reacción química con sus coeficientes estequiométricos (m y n) se puede representar así:
La ecuación de velocidad de esta reacción, en función de la concentración molar de sus reactivos, se puede escribir así:
![rate = k [blue dye]m[hypochlorite]n](data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB2aWV3Qm94PSIwIDAgNzAzIDM1IiB3aWR0aD0iNzAzIiBoZWlnaHQ9IjM1IiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==){kind=small}
Donde k es la constante de velocidad (específica para una reacción y una temperatura concretas), y m y n son los exponentes que definen el orden de la reacción.
En este experimento, había un gran exceso de hipoclorito de sodio respecto al colorante azul. Por eso, su concentración no varió de forma significativa durante la reacción química, así que se puede considerar más o menos constante.
Para calcular primero el exponente m, y dado que en este experimento la concentración de hipoclorito se puede considerar más o menos constante, la pseudoconstante de velocidad (k’) se puede calcular así:
![k [hypochlorite]n](data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB2aWV3Qm94PSIwIDAgNzAzIDMyIiB3aWR0aD0iNzAzIiBoZWlnaHQ9IjMyIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==){kind=small}
Por lo tanto, la ley de velocidad se puede reescribir así:
Si representas gráficamente Abs frente al tiempo, ln(Abs) frente al tiempo y 1/Abs frente al tiempo, puedes determinar el orden de reacción del colorante azul. Si:
– La relación entre el Abs y el tiempo es lineal: reacción de orden cero (m = 0)
– ln(Abs) frente al tiempo es lineal: reacción de primer orden (m = 1)
– 1/Abs frente al tiempo es lineal: reacción de segundo orden (m = 2)
Figura 2 muestra que el R² más alto que se obtuvo fue para las curvas de ln(Abs) frente al tiempo (R² > 0,99), así que se trata de una reacción de primer orden en lo que respecta al colorante azul (m = 1). Además, la pseudoconstante (k’) es igual a menos la pendiente de la recta de regresión lineal. Con esta información, puedes calcular la constante de la ley de velocidad ( k), de la siguiente manera:
La constante de velocidad (k) de esta reacción es, pues, 0,29 (M·s)⁻¹ y, según la ecuación 2, n también es igual a 1. Por lo tanto, la ley de velocidad de esta reacción química se puede escribir así:
Figura 2: Valores medios de absorbancia (Abs), ln Abs y 1/Abs en función del tiempo para un colorante azul de uso alimentario con ambas concentraciones de hipoclorito de sodio (n = 3), junto con sus respectivas regresiones lineales.
Conclusiones y perspectivas
ABSOR.B™ Se utilizó con éxito para medir los cambios de absorbancia a lo largo del tiempo a 635 nm durante la reacción entre un colorante azul apto para uso alimentario y lejía en solución. La ley de velocidad de esta reacción química se calculó a partir de la cinética de absorbancia.
En general, el ABSOR.B™ te permite:
- Recopilación de mediciones continuas de absorbancia en su aplicación para tabletas, para analizar fácilmente la cinética de las reacciones químicas.
- Personalización de la plataforma de ensayo en cuanto a la longitud de onda necesaria para la aplicación (con los distintos cartuchos ópticos de emisión de luz), los soportes para muestras que mejor se adapten al experimento (entre viales, cubetas y microtubos) y la capacidad de ensayo mediante el control de múltiples unidades ABSOR.B™ desde una sola tableta inalámbrica.
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REFERENCIAS
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