Els catalitzadors són substàncies que s’utilitzen per modificar la velocitat d’una reacció, principalment augmentar aquesta. Aquestes substàncies actuen sobre la cinètica de la reacció disminuint l’energia d’activació facilitant l’assoliment dels reactius a l’estat de transició. Cal tenir en compte però que els catalitzadors no es consumeixen (no reaccionen) i es recuperen inalterats al final de la reacció.
En aquest experiment comprovarem aquesta propietat dels catalitzadors, concretament el CoCl2, mitjançant els canvis de color que es produeixen durant la reacció redox entre el tartrat de sodi-potassi i el peròxid d’hidrogen.
En aquesta reacció, el H2O2 al ser un oxidant fort, oxida els ions de tartrat a diòxid de carboni i aigua:
C4H4O62- + 5H2O2 → 4CO2 + 6H2O + 2OH–
Aquesta reacció és molt lenta en absència d’un catalitzador, fins i tot a 70ºC la reacció té lloc amb una velocitat amb prou feines perceptible. Com a catalitzador s’utilitzen els ions cobalt que catalitzen la descomposició del peròxid d’hidrogen.
Què volem demostrar?
Que els catalitzadors només modifiquen la cinètica de la reacció no reaccionen i es recuperen al final de la reacció inalterats.
Què utilitzem?
Material
- Vas de precipitats (150mL)
- Vas de precipitats (500 o 1000mL)
- Proveta (100mL)
- Placa calefactora
- Espàtula
- Vareta o agitador magnètic
- Termòmetre
Reactius
- Solució de clorur de cobalt (CoCl2) 0.1M
- Solució de peròxid d’hidrogen (H2O2) 6%
- Solució de tartrat de sodi-potassi (KNaC4H4O6·4H2O) 0.2M
- Aigua destil·lada
Com ho fem?
Prèviament preparem una solució de tartrat de sodi-potassi 0.2M mitjançant la dissolució de 6g de KNaC4H4O6·4H2O en 100mL d’aigua destil·lada.
1. Amb una pipeta graduada agafem 100mL de la solució de tartrat de sodi-potassi de 0.2M prèviament preparada i l’aboquem en un vas de precipitats de 500mL o 1000mL.
2. Posem el recipient en una placa calefactora, pujant lentament la temperatura fins els 70ºC.
3. Quan la temperatura de la solució de tartrat arribi als 70ºC, afegim lentament 40 mL de peròxid d’hidrogen 6%.
4. Quan observem que la solució comença a tenir un color rosat aboquem la barreja en un vas de precipitats de 500mL o 1000mL i remenem.
Podem apagar les llums del laboratori o de l’habitació per donar-li un efecte més dramàtic.
5. S’inicia la reacció abocant unes gotes d’aigua dins del recipient.
6. Observem la velocitat i el progrés de la reacció química resultant.
Consells:
• El fet d’utilitzar un vas de precipitats llarg és important per evitar que l’espuma resultant de la efervescència (generació de CO2) surti del recipient.
• Si es vol mesurar la constant de velocitat de la reacció, es pot mesurar el temps, començant quan s’addiciona la solució del catalitzador clorur de cobalt (solució rosa) i s’atura quan aquesta solució recupera el seu color rosa.
Què observem i per què passa?
Quan la solució de tartrat de sodi-potassi 0.2M arriba a una temperatura de 70ºC i s’hi afegeixen els 40 mL de peròxid d’hidrogen 6mL, no s’observa cap reacció. Després d’uns minuts la solució de clorur de cobalt comença a quedar d’un color rosat, degut a la formació del complex [Co(H2O)6]2+.
Un cop s’afegeixen les gotes d’aigua al recipient que conté la solució, la reacció s’inicia i s’observa a un canvi en el color de la solució, passa de rosat a un color verd brillant degut a la formació del complex Co-tartrat i es produeix una bombolla. La barreja comença a produir escuma indicant que la reacció esta tenint lloc i es va formant CO2 i es redueix de sobte.
Quan el nombre de bombolles comença a disminuir, indicant que ja no es produeix més CO2 i per tant la reacció ha acabat, el color verd desapareix i torna el color rosa de la solució de clorur de cobalt que torna a estar coordinar amb el H2O que dona el color rosat.
Precaucions
- La solució de clorur de cobalt és tòxica a la ingestió.
- El clorur de cobalt sòlid és un possible cancerigen quan es troba en forma de pols o fum.
- El peròxid d’hidrogen és molt oxidant i a l’hora molt irritant, per la pell i els ulls.
Cal evitar el contacte de totes les substàncies químiques amb la pell i els ulls. S’han d’utilitzar: ulleres de protecció, guants i bata.