Estudio de la catálisis foto-fentón en una reacción para reducir nitratos
¿Cómo se ven afectadas las variables de la ecuación de la velocidad de una descomposición
de nitrato con peroxido de hidrogeno al añadir oxido de hierro (III) como catalizador, al
realizar una fotocatálisis?
Química
Número de palabras:
1
Índice
1. Introducción…………………………………………………………………………_
1.1 Motivación………………………………………………………………………._
1.2 Introducción a la investigación………………………………………………….._
1.3 Objetivos…………………………………………………………………………_
2. Marco Teorico……………………………………………………………………….._
2.1 Nitratos………………………………………………………………………….._
2.2 Catalizadores……………………………………………………………………._
2.3 Reacción foto-fenton……………………………………………………………_
3. Metodologia…………………………………………………………………………_
3.1 Diseño DoE……………………………………………………………………….
3.2 Hipotesis…………………………………………………………………………_
3.3 Tablas………………………………………………………………………………..
3.4 Material……………………………………………………………………………
3.5 Procedimiento………………………………………………………………………
3.6 Seguridad y residuos……………………………………………………………….
4. Resultados……………………………………………………………………………
4.1 Obtención de los resultados………………………………………………………
4.2 Resultados en bruto………………………………………………………………
5. Analisis de Resultados……………………………………………………………….
5.1 Calculo de la velocidad de reacción……………………………………………….
5.2 Calculo de los ordenes de reacción………………………………………………..
5.3 Calculo de la constante cinetica…………………………………………………….
5.4 Tabla con resultados tratados……………………………………………………….
5.5 Propagación de errores……………………………………………………………...
6. Conclusión……………………………………………………………………………...
7. Evaluación……………………………………………………………………………..
8. Ampliación de mi trabajo…………………………………………………………….
2
Introducción
Motivación
Desde una joven edad he sido familiarizado y concienciado con los múltiples problemas
medioambientales del planeta. Entonces, cuando vi que se podrían convertir sustancias
nocivas para el agua y que causan estragos en el medio ambiente, como lo son los nitratos en
compuestos inofensivos como lo son el nitrógeno gas, oxígeno gas y agua. Me sentí muy
atraído a la idea de ver cómo se podría maximizar la eficiencia de tal reacción mediante
catalizadores. Antes de realizar el experimento ya sabía cómo funcionaban los catalizadores,
pero no sabía que los rayos ultravioleta también pudiesen catalizar reacciones, lo cual me
causó un interés en el tema. Finalmente me planteé la pregunta de qué pasaría si se usan dos
catalizadores a la vez en una reacción.
Introducción a la investigación
En este trabajo voy a comparar las efectividades de tres catalizadores distintos, el óxido de
hierro (III), la influencia de los rayos UV y ambos catalizadores previamente mencionados
simultáneamente en una reacción de nitrato de potasio con agua oxigenada para formar
nitrógeno gas, oxígeno gas y agua, consideraré el catalizador más efectivo el que cause el
mayor incremento en la constante cinética. Este trabajo estará basado en trabajos
antecedentes, pero yo seré quien lo idee, realice y analice.
Objetivos
Los objetivos de mi trabajo son los siguientes:
-
Realizar un experimento en el laboratorio con múltiples réplicas con una metodología
bien establecida y correcta que haya sido diseñada por mí.
-
Usar la metodología DoE para diseñar el experimento y sus pasos
-
Crear gráficos y tablas con los resultados para hacer un análisis satisfactorio
-
Comparar la ecuación de la reacción al realizar una fotocatálisis, usar un catalizador
tradicional o sin ningún tipo de catalizador.
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Marco Teorico
Nitratos
Catalizadores
El experimento sera realizado tres veces, para comprobar tres maneras de realizar la reacción,
se realizara la reacción sin catizador, como control, se usara el oxido de hierro (III) y se
realizara una fotocatálisis con oxido de hierro (III) y rayos UV simultaneamente.
El oxido de hierro (III) cataliza la reacción de forma convencional, creando una ruta
alternativa para la reacción que requiere de menos energia, lo que significa que muchos más
choques llegaran a una reacción de manera que la reacción ocurrira antes.
Cuando se combina el Oxido de hierro (III) con los rayos UV, se realiza un proceso de
fotocatálisis, especificamente foto-fenton, en el, la luz UV oxida el Fe2O a Fe2O3 rompiendo
el peroxido de hidrogeno en radicales hidroxilos, y al reducir el Fe2O de vuelta a Fe2O3 , se
vuelven a crear más radicales hidroxilo que ayudan al mecanismo de la reacción, facilitando
que el nitrato reaccione con el peroxido de hidrogeno descompuesto.
Ecuación de la reacción
la ecuación de reacción es definida de la siguiente forma:
𝑎
𝑏
𝑉𝑟 = 𝐾 [𝐴] ·[𝐵]
Vr es la velocidad de la reacción, [A] y [B] son las concentraciones de los dos reactivos, a y b
son sus órdenes de reacción correspondientes y K es la constante cinética en la reacción y
temperatura esperadas. El objetivo del experimento es encontrar la constante cinética, la cual
puede variar por dos motivos, la temperatura y el catalizador usado. Podemos saber esto a
través de la siguiente reacción:
𝐾 = 𝐴𝑒
−𝐸𝑎
𝑅𝑇
Como que la temperatura será constante, A será también constante, la constante cinética solo
se verá aumentada cuando la energía de activación sea reducida, la cual disminuye cuando se
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usa un catalizador con una ruta alternativa energéticamente viable. Podemos ver esto al
desarrollar la fórmula de arrhemius:
𝐾
𝐸𝑎 =− 𝑅𝑇 · 𝑙𝑛( 𝐴 )
Los ordenes parciales de una reacción nos muestran en que proporción un canvio en la
concentración de un reactivo afecta a la velocidad de la reacción, de nuevo es una variable
que sera constante si la temperatura y el catalizador usado se mantienen constante. El
aumentar el catalizador se disminuya la dependencia de la velocidad de reacción a las
molaridades iniciales, sino a las
Para encontrar los órdenes de reacción es necesario hacer tres veces el experimento de forma
que cada concentración sea constante en dos experimentos, así se puede estudiar cómo
evoluciona la velocidad de reacción el variar un solo orden de reacción y a través de la lógica
encontrar cada orden de reacción.
Reactivos
Los dos reactivos de la reacción son el nitrato de sodio y el peróxido de hidrógeno, como el
nitrato de sodio es una sal iónica, el ser disuelto en agua se disocia en nitrato y potasio de la
siguiente manera:
NaNO3 => Na+ + NO3Cuando el nitrato disociado y el peróxido de hidrógeno reaccionan crean nitrógeno gas,
oxígeno gas y agua en la siguiente reacción estequiométrica:
NO3- + H2O2 => 1/2N2 + 2O2 + H2O
El nitrato de sodio fue seleccionado por encima de cualquier otro nitrato el estar disponible
en el laboratorio de mi colegio y no ser demasiado peligroso. Como el sodio será disociado
no debería de importar realmente qué metal acompañe el nitrato, ya que no aparece en la
reacción. El peróxido de hidrógeno reacciona soltando uno de sus átomos de oxígeno para
formar agua.
5
Metodología
Diseño DoE
Para usar el método de diseño de experimentos DoE se deben establecer todos los factores
que posiblemente pueden alterar el experimento, en este caso serían el catalizador usado (tres
posibilidades), las molaridades del nitrato de potasio y agua oxigenada (tres combinaciones
realizadas), y la réplica del experimento, de forma que hay tres factores distintos cada uno
repitiéndose 3 veces (3 catalizadores * 3 combinaciones de concentraciones * 3 réplicas) de
forma que se deberá de realizar 18 replicas.
En la siguinte tabla se muestran todas las combinaciones de concentraciones con catalizador
y la cantidad de replicas que se tendra que realizar para cada una:
Tabla 1:
Experimento
[NaNO3] / [H2O2] (M)
Catalizador
Replicas
1
0.1/0.1
---
2
2
0.1/0.05
---
2
3
0.05/0.1
---
2
4
0.1/0.1
Fe2O3
2
5
0.1/0.05
Fe2O3
2
6
0.05/0.1
Fe2O3
2
7
0.1/0.1
Foto-Fenton
2
8
0.1/0.05
Foto-Fenton
2
9
0.05/0.1
Foto-Fenton
2
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Pregunta de investigación
La pregunta de mi trabajo es la siguiente:
¿Cómo se ven afectadas las variables de la ecuación de la velocidad de una descomposición
de nitrato con peroxido de hidrogeno al añadir oxido de hierro (III) como catalizador, al
realizar una fotocatálisis?
Hipótesis
Entonces, teniendo en cuenta las observaciones realizadas en el marco teorico, la hipótesis de
mi investigación será la siguiente:
La constante cinética de la reacción será menor al usar un catalizador más efectivo, en este
caso la fotocatálisis respecto al óxido de hierro (III) y la reacción sin catalizador, siempre y
cuando la temperatura sea constante. La velocidad de reacción aumentara el usar un
catalizador más efectivo
Variables
La variable independiente del experimento es el catalizador usado, ya que sera la variable
modificada directamente para obtener los resultados
La variable dependiente del experimento es la velocidad de reacción, la cual es el pendiente
inicial del grafico de concentración-tiempo, sera calculada a traves de el tiempo que tarde la
reacción en dejar de producir oxigeno. Las otras variables de la ecuación de la reacción
también cambiaran sus valores, el depender directamente del catalizador usado.
La siguiente tabla muestra las variables controladas durante el experimento:
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Tabla 2:
Variables controladas
Motivos para controlarlas
Metodo para controlarlas
Temperatura
La constante cinetica
depende directamente de la
temperatura, y el sensor de
oxigeno disuelto tiene que
ser usado siempre a la
temperatura correspondiente
a su calibración.
Recalibrar el sensor antes de
cada sesión experimental y
procurar que la temperatura
ambiente sea relativamente
parecida durante todas las
replicas(en este caso la
temperatura ha sido
alrededor de los 299K para
que el efecto de la diferencia
de temperatura sea menor
Concentraciones escogidas
Para poder encontrar los
ordenes parciales de
reacción es necesario repetir
el experimento variando una
de las concentraciones. Se
tiene que procurar que las
concentraciones usadas
siempre sean las mismas,
para poder comparar
facilmente los resultados.
Usar siempre las mismas
soluciones preparadas
previamente. 0.1M y 0.05M
Reactivos usados
Para poder comparar los
resultados y que las distintas
ecuaciones de reacción
puedan también ser
comparadas, los reactivos
usados deben ser los
mismos.
Preparar las soluciones
previamente y comprobar
que haya suficiente reactivo
para realizar todas las
replicas
Sensor usado
Para garantizar que todas las
replicas tengan el mismo
nivel de exactitud y para
evitar el uso accidental de
un sensor defectuoso se debe
de usar siempre el mismo
sensor de oxigeno disuelto
Comprobar que el sensor
usado funcione previamente
y recordar de usar el mismo
sensor cada sesion.
Perdida de O2
Como el O2 medido para
determinar el final de la
reacción es un gas, poco a
poco saldra de la solución,
lo que hara que la lectura de
el sensor de O2 disuelto sea
menos precisa.
Usar cinta parafilm para
cubrir el matraz erlenmayer
donde ocurrira la reacción
para que el O2 no pueda
escapar.
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Material
Para el experimento use el siguiente material con sus errores correspondientes, en caso que
hayan sido usados para medir:
-
3 vasos de precipitados
-
3 pipetas (±0.2ml)
-
1 matraz Erlenmayer
-
1 báscula (±0.001g)
-
1 espatula
-
1 foco de luz ultravioleta
-
Agua destilada
-
Agua oxigenada (T3Q química, 50%)
-
Nitrato de sodio (Químics Dalmaus, 99%)
-
Óxido de hierro (III) (labkem/labbox 98%)
-
Vernier dissolved oxygen probe (±0.2mg/L)
-
Vernier LabQuest 1
-
Cinta parafilm
Procedimientos
Para realizar todas las reacciones necesarias para el cálculo de los órdenes de reacción, se
tienen que preparar cinco disoluciones, una de 0.1 M de H2O2, una de 0.05M de H2O2, una de
0.1 M de NaNO3, una de 0.05 M de NaNO3 y una de 0.1M de Fe2O3. Con las soluciones
listas, se tiene que calibrar el sensor de oxígeno disuelto siguiendo el procedimiento indicado
en el manual de de la disolved oxygen probe de vernier. Entonces, dependiendo de la réplica
que se tenga que hacer hay que seguir una de las siguientes instrucciones:
9
Control
1. Se deben de usar las distintas pipetas para extraer 20 ml de cada uno de los reactivos
en el matraz Erlenmeyer donde ocurrirá la reacción junto con 150 ml de agua
destilada para facilitar la detección del oxígeno disuelto en la solución, ya que si el
volumen es demasiado poco puede pasar que el sensor choque con las paredes o se
vea expuesto al aire exterior.
2. Añadir los dos reactivos, las concentraciones dependen de el experimento que sea
necesario para completar la tabla.
3. Se introduce el sensor de oxígeno disuelto, usando cinta parafilm para cubrir la
abertura del matraz Erlenmayer y que no escape el oxígeno gas creado y que tiene que
ser leído por el sensor.
4. A través del Labquest se puede observar un gráfico que representa la concentración de
oxígeno en la solución a través del tiempo, cuando se observe que la cantidad de
oxígeno disuelto empieza a disminuir de forma considerable.
5. Se apaga y se extrae el sensor y se guarda el gráfico para poder analizarlo.
Óxido de hierro (III)
1. Se deben de usar las distintas pipetas para extraer 20 ml de cada uno de los reactivos y
5 ml del óxido de hierro (III) catalizador en el matraz Erlenmeyer donde ocurrirá la
reacción, se añaden 150 ml de agua destilada para facilitar la detección del oxígeno
disuelto en la solución, ya que si el volumen es demasiado poco puede pasar que el
sensor choque con las paredes o se vea expuesto al aire exterior.
2. Se añade primero el catalizador, y seguidamente los dos reactivos, las concentraciones
dependen del experimento que sea necesario para completar la tabla.
3. Se introduce el sensor de oxígeno disuelto, usando cinta parafilm para cubrir la
abertura del matraz Erlenmeyer y que no escape el oxígeno gas creado y que tiene que
ser leído por el sensor.
4. A través del Labquest se puede observar un gráfico que representa la concentración de
oxígeno en la solución a través del tiempo, cuando se observe que la cantidad de
oxígeno disuelto empieza a disminuir de forma considerable.
5. Se apaga y se extrae el sensor y se guarda el gráfico para poder analizarlo.
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Foto-fentón
1. Se deben de usar las distintas pipetas para extraer 20 ml de cada uno de los reactivos
en el matraz Erlenmeyer donde ocurrirá la reacción se tienen que añadir 150 ml de
agua destilada para facilitar la detección del oxígeno disuelto en la solución, ya que si
el volumen es demasiado poco puede pasar que el sensor choque con las paredes o se
vea expuesto al aire exterior.
2. Se enciende la lámpara de luz UV.
3. Se añade el catalizador, y, seguidamente, se añaden los dos reactivos, las
concentraciones dependen del experimento que sea necesario para completar la tabla,
se introduce el sensor de oxígeno disuelto, usando cinta parafilm para cubrir la
abertura del matraz Erlenmayer y que no escape el oxígeno gas creado y que tiene que
ser leído por el sensor.
4. A través del Labquest se puede observar un gráfico que representa la concentración de
oxígeno en la solución a través del tiempo, cuando se observe que la cantidad de
oxígeno disuelto empieza a disminuir de forma considerable.
5. Se apaga y se extrae el sensor y se guarda el gráfico para poder analizarlo.
Seguridad y residuos
Para realizar este experimento, se deben de seguir las siguientes medidas de seguridad:
-
Llevar bata de laboratorio, guantes, gafas de laboratorio y pantalones largos para
evitar el posible contacto del peróxido de hidrógeno con el cuerpo y los ojos.
-
La reacción crea gas, que aunque no sea especialmente peligroso, al ser nitrógeno gas
y oxigeno gas, es recomendable no respirar directamente los gases echados por la
reacción
-
La luz ultravioleta es dañina para los ojos, por lo tanto es importante llevar gafas de
sol, evitar el contacto visual directo, bajar todas las persianas, para que la gente de
fuera del laboratorio no la pueda ver y notificar a cualquier persona que esté en los
laboratorios.
-
11
Asegurar que la habitación esta bien ventilada para evitar la acumulación de gases.
-
En caso de que el óxido de hierro (III) no haya sido usado como catalizador, la
solución resultante puede ser abocada por el desague, ya que debería de ser agua en su
gran mayoria.
-
En caso de que el óxido de hierro (III) haya sido usado como catalizador, no se
debería de desechar la solución por el desagüe, sino se debería de desechar en su
contenedor correspondiente, el de metales pesados.
-
En caso de entrar en contacto con el óxido de hierro (III), agua oxigenada o nitrato de
sodio, se debe de lavar el área afectada y contactar con los servicios médicos en caso
de notar nada.
-
Resultados en bruto
Durante cada experimento usé el labquest de vernier para graficar el cambio de oxígeno
disuelto con el tiempo, con ellos puedo encontrar la velocidad media de la reacción viendo el
tiempo que tarda en llegar a un máximo, las gráficas tienen una gran cantidad de ruido y
partes con poco sentido, pero, según el manual del sensor de oxígeno disuelto, se empiezan a
dar buenos resultados después de los primeros cinco segundos. El tiempo resultante de cada
experimento es la media de los dos o tres tiempos medidos.
Por ejemplo, en esta grafica, que corresponde a una de las replicas sin catalizador y con una
concentracion de 0.1M de NaNO3 y 0.05M de H2O2 se puede ver como el la concentrsción de
oxigeno disuelto finalmente decae cuando el tiempo marca 46 segundos, se puede encontrat
ese punto con la aplicación logger pro de ordenador,
12
Gráfico 1
el eje y muestra la concentración de oxigeno en mg/L, el eje x muestra el tiempo en
segundos, gráfico creado con la aplicación de logger pro.
Entonces, se repite este metodo con cada grádico obtenido para crear la siguiente tabla en la
que se muestran la media de el tiempo en el que ocurre el pico del gráfico, el punto en el que
acaba la reacción y con el que se puede obtener la velocidad de reacción, entre las dos
replicas realizadas.
Tabla 3
Catalizador
0.1M NaNO2
0.1M H2O2
0.05M NaNO2
0.1M H2O2
0.1M NaNO2
0.05M H2O2
Ninguno
17s
36s
43s
Fe2O3
13s
26s
31s
Rayos UV
8s
12s
15s
13
Tratamiento de datos
Con los resultados en bruto obtenidos se pueden calcular todos los valores de la ecuación de
reacción con sus respectivos errores con los siguientes calculos.
Calculos
Para calcular la constante cinetica (K) se tiene que usar la siguiente ecuación de la reacción
mencionada previamente
En la cual Vm es la velocidad media de la reacción, y son los órdenes de reacción y [A] y [B]
son las concentraciones. Para encontrar la constante cinética se tiene que completar la
fórmula. Para encontrar la velocidad media podemos usar:
∆[𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜]
𝑉𝑚 = ∆𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑠
Con la velocidad media de la reacción, se puede encontrar el orden de reacción, usando las
tablas creadas durante el experimento comparando las dos ecuaciones de reacción de dos
experimentos distintos:
α
β
𝑉𝑚1 𝐾[𝐴]1·[𝐵]1
𝑉𝑚2 𝐾[𝐴]α·[𝐵]β
2
2
Ahora ya podemos substituir todo excepto K en la ecuación de reacción para así encontrar la
constante cinética. Todos los valores obtenidos se pueden ver en la siguiente tabla, la
constante cinetica esta definida en (299±5K):
14
Tabla 4
Catalizador
Vm1
Vm2
Vm3
α
β
K
Control
0.020
0.009
0.007
1.15
1.51
9.5
Fe2O3
0.027
0.013
0.011
1.05
1.29
6
Rayos UV
0.040
0.029
0.023
0.46
0.79
0.71
Errores
Todas las medidas tomadas tienen sus respectivos errores mencionados en el apartado de
material, cada variable de la ecuación de reacción tiene su error respectivo que tiene que ser
calculado,
Error del tiempo
Para calcular el error del timepo se tiene que sumar que encontrar el error total con la
siguiente formula, el error sistematico del tiempo es ±0.1s
𝐸𝑇 =
2
𝐸𝑆 + σ
2
Como el tiempo ha sido el unico dato obtenido de forma experimental es el unico que posee
un error aleatorio (σ) que, en casos con pocas replicas puede ser calculado con esta formula
más simple
σ=
𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜−𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜
2
Entonces, por ejemplo para calcular el error total del tiempo de la primera replica segun la
tabla de la metodologia se deberian de realizar los siguientes calculos
15
σ=
21−14
2
= ±3,5s
2
2
0. 1 + 3. 5 = ±3.5s
δ𝑇 =
Error de la concentración
Para calcular el error de la concentración, es necesario saber el error sistematico de el
volumen y la massa. la concentración es la división de la massa entre el volumen, por lo tanto
la siguiente formula sera usada para propagar el error:
𝑆𝑖 𝑦 =
𝑎𝑏
𝑐
δ𝑦
; 𝑦 =
δ𝑎
𝑎
+
δ𝑏
𝑏
+
δ𝑐
𝑐
Entonces, por ejemplo, para propagar el error de la concentración para la disolución de 0.1M
de NaNO3 se tienen que hacer el siguientes calculo:
0.001
0.2
δ𝐶 = 0.1( 8.5 + 0.5 ) = ±0. 04
Error de la velocidad
La velocidad de la reacción es la concentración dividida por el tiempo, por lo tanto se usara
de nuevo la formula para si 𝑦 =
𝑎𝑏
𝑐
Entonces, por ejemplo, para calcular el error de la velocidad para el primer experimento
donde se usa Fe2O3 se deben realizar estos calculos:
0.04
3.5
δ𝑉 = 0. 027( 0.1 + 17 ) = ±0. 004
Error de el orden parcial
Para definir el error de la concentración elevada al orden parcial la siguiente formula sera
usada:
16
𝑛
𝑆𝑖 𝑦 = 𝑎 ;
δ𝑦
𝑦
δ𝑎
=| 𝑎 |
Entonces, al substituir los valores de la formula se obtiene:
α
α
δ[𝐴]
δ([𝐴] ) = [𝐴] · α [𝐴]
Entonces, por ejemplo, la concentración elevada al orden de reacción del H2O2 de el
experimento de control donde se usa 0.1M de H2O2 y 0.05M de NaNO3 es la siguiente:
1.51
δ(0. 1
1.51
) = 0. 1
0.04
· 1. 51 0.1 = ±0. 02
Error de la constante cinetica
Con los errores de la velocidad y los de el orden parcial ya calculados se puede, de nuevo
𝑎𝑏
𝑐
mediante la formula para si 𝑦 =
calcular el error de la constante cinetica, que en el caso
de la reacción de control seria:
0.004
0.04
δ𝐾 = 9. 5( 0.020 + 1. 15 0.1 + 1. 51
0.0011
) = ±2. 1
0.1
En la siguiente tabla se pueden ver todos los errores de los resultados, el error de la
temperatura es 299±5K :
Vm1
Vm2
Vm3
α
β
δ([𝑁𝑎𝑁𝑂3] ) δ([𝐻2𝑂2] )
K
Control
±0.004
±3·10-4
±8·10-4
±0. 03
±0. 02
±2
Fe2O3
±0.007
±0.001
±0.001
±0. 04
±0. 03
±1.7
Rayos UV
±0.01
±0.009
±0.004
±0. 06
±0. 05
±0.2
17
Análisis de datos
Ahora que hemos calculado las constantes cinéticas con sus respectivos errores, podemos ver
como la tabla indica que como más rápida sea la reacción, más disminuye la constante
cinética, debido a los motivos mencionados en la introducción teórica, la ecuación de
Arrhemius solo tiene como variables la energía de activación y la constante cinética. Por
desgracia, no es posible crear un gráfico exacto de la evolución de la evolución de la
constante cinética respecto a la energía de activación, ya que para ello se debería de haber
realizado el experimento de nuevo con temperaturas distintas, así se podría usar la siguiente
fórmula para cancelar la constante de colisión, substituir el resto de variables y así encontrar
la energía de activación:
𝐾1
𝐾2
=
𝐴𝑒
𝐴𝑒
−𝐸𝑎
𝑅𝑇
1
−𝐸𝑎
𝑅𝑇
2
Respecto al orden de reacción, podemos ver como también tiende a decrecer con
catalizadores más efectivos, esto se debe a la fórmula usada para encontrar el orden de
reacción, en ella se tienen que dividir dos velocidades de reacción, por lo tanto, como más
dispares sean las velocidades el cambiar las concentraciones, más pequeño será el orden de
reacción respectivo.
Finalmente, cabe destacar que el error encontrado, especialmente el errores de las velocidades
es muy desigual y no parece seguir ninguna tendencia, eso se debe a las pocar replicas
realizadas que, causaron que el error aleatorio sea mucho más significativo que el
sistematico, el cual gracias a la precision de la bascula analítica y las pipetas usadas
Conclusiones
En conclusión, Con los resultados de este experimento se puede ver como efectivamente, la
reacción catalizada por Fe2O3 tarda menos tiempo en completarse y la reacción catalizada a
traves de un proceso foto-fentón tarda aún menos en completarse. Por lo tanto, como más
efectivo sea el catalizador mayor es la velocidad de reacción y menor es la constante cinetica.
Como más efectivo sea el catalizador, menos correlación hay entre la velocidad de reacción
18
con las concentraciones de reactivos, ya que la ruta alternativa creada por el catalizador tiene
un efecto mayor en la velocidad que no el aumento de colisiones causado por el aumento de
la concentración. El error obtenido es extremadamente inconsistente, hay una gran disparidad
entre los resultados, eso se debe a las pocas replicas realizadas, aun que se pueda ver aún la
relación entre las variables con el catalizador usado, los valores en si son extremadamente
inconsistentes.
Evaluación
Las conclusiones obtenidas de este experimento pueden ser comparadas con las conclusiones
obtenidas de otras investigaciones realizadas en entornos más profesionales y experimentados
para validar los resultados obtenidos. Segun Lucas, M. S., & Peres, J. A. ((2006)
Decolorization of the azo dye Reactive Black 5 by Fenton and photo-Fenton oxidation. Dyes
and Pigments) la reacción de la descomposición de el colorante azo dye reactive black 5 se
acelerada más al realizarse una fotocatálisis que no con una catalisis fentón regular. También,
en el estudio de Nogueira, R. F. P., Oliveira, M. C., & Paterlini, W. C. ((2005). Simple and
fast spectrophotometric determination of H₂O₂ in photo-Fenton reactions using metavanadate.
Talanta,) se demuestra que en reacciones foto fentón hay una relación más fuerte entre la
velocidad y la concentración de H2O2 que no entre la velocidad y la concentración de el otro
reactivo, ya que el H2O2 es el reactivo que permite que la catalisis foto fenton tenga efecto.
En mis resultados tratados también se puede ver como el orden de reacción parcial del H2O2
es mayor a la del NO3-.
Ampliación del trabajo
En retrospectiva a esta investigación, veo muchas optimizaciones posibles para haber hecho
este el experimento mejor. He pensado en unas cuantas optimizaciones más que podría
realizar en un futuro. Para empezar, podría haber añadido una pequeña cantidad de ácido
clorhídrico en la disolución de óxido de hierro (III) para así aumentar la solubilidad del metal.
También, podría haber usado concentraciones mucho más pequeñas, lo suficiente como para
que el sensor de oxígeno pudiese crear un gráfico completo de la concentración de oxígeno
disuelto con el tiempo, así tendría una medida mucho más exacta del tiempo lo que me
19
permitiría aumentar la credibilidad de mi trabajo, ya intente realizar este cambio durante el
segundo experimento, pero durante mis pruebas parecía que la reacción era demasiado lenta y
que tenía un rendimiento extremadamente bajo, y al tener poco tiempo para realizar pruebas,
no pude seguir intentándolo. Considero que hubiese sido necesario realizar más replicas de
las que he hecho, pero el tiempo me limito mucho en este aspecto. Finalmente, también me
hubiera gustado repetir el experimento entero, pero a una temperatura diferente, calentando el
matraz erlenmayer en un calefactor antes de empezar cada experimento, así podría obtener la
constante de colisiones y realizar un gráfico de constante cinética vs. energía de activación.
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