Análisis cinético de reacciones complejas mediante espectrofotometría

Abstract

The study of nonlinear systems, specifically the phenomenon of chaos has become a subject of great interest in several scientific disciplines in the recent years. Chemical kinetics, in particular, is one of the areas with the most spectacular cases in this field. An experimental technique that frequently is used in kinetic studies is spectrometric UV-Vis analysis. Reagents, products and intermediate states with a short life can be tracked by means of a high rate of scanning, which also allows a total synchronization in time. The autocatalytic reactions (feedback) and oscillating reactions exhibit kinetic behaviors that do not evolve according to the conventional kinetics laws with a monotone decay; such behavior offers a wide field of experimental analysis. In the present work, the following cases were analyzed: 1. The Landolt clock reaction, which show an induction period and autocatalysis 2. The Belousov-Zhabotinsky reaction, which exhibits oscillations decaying to equilibrium. The kinetic analysis was carried out by means of a spectrometer UV-Vis, scanning in each case, to determine the maximum of absorbance (Amax); this way the wavelength, ?, was evaluated to make corresponding measurements. The induction period, tind, and the extent of reaction, were evaluated for the first case; and the frequency of the oscillations for the second one. In both reactions the decaying to equilibrium was detected. The relevance of this study resides in the determination of an experimental technique which allows showing objectively the concept of induction period and autocatalysis (feedback) as an experimental magnitude (Absorbance) related with the kinetic changes of the reactive system. Thanks to the high precision of the spectrometer, it was possible to carry out a photometric evaluation of an oscillatory system where conventionally potentiometer techniques are used.

El estudio de sistemas no-lineales y el fenómeno del caos en particular se han convertido en un tema de gran interés en varias disciplinas científicas en los años recientes. En particular, la cinética química es una de las áreas que presenta varios de los casos más importantes en este campo. Las reacciones auto-catalizadas (feedback) y las reacciones oscilatorias presentan comportamientos cinéticos que no evolucionan de acuerdo a las leyes de decaimiento convencional y ofrecen un amplio campo de análisis experimental. El monitoreo de reactivos y/o productos a altas velocidades y su sincronización en el tiempo permite la detección de estados transientes de corta duración. Para este estudio se analizaron los siguientes casos: 1. En la reacción de Landolt (Landolt clock) se evidencia la presencia de un tiempo de inducción, un mecanismo auto-catalizador y su decaimiento al estado de equilibrio. 2. La reacción de Belousov-Zhabotinsky, ofrece la posibilidad de apreciar las oscilaciones y su decaimiento al estado de equilibrio. Para el análisis cinético se empleó una técnica espectrofotométrica, realizando en cada caso un barrido o scan y determinando el pico de absorbancia máxima (Amax); de ésta manera se seleccionó la longitud de onda, ?, a la cual se realizaron las mediciones correspondientes. Evaluándose, en el primer caso los tiempos de inducción y extensión de la reacción; la frecuencia de las oscilaciones en el segundo. Así mismo, la precisión del equipo utilizado permite ubicar una longitud de onda lo suficientemente exacta para evaluar las oscilaciones del sistema. La relevancia de este estudio reside: Para el primer caso en la determinación de una técnica experimental que permite visualizar en forma objetiva el concepto de tiempo de inducción y auto-catálisis (feedback) al relacionar una magnitud experimental (Absorbancia) con los cambios asociados al sistema reactivo; para el segundo, en la aplicación de una herramienta fotométrica en la evaluación de las oscilaciones donde convencionalmente se utilizan mediciones potenciométricas.