Aplicada y Analítica - Universidad Nacional De Colombiabdigital.unal.edu.co/15698/1/10381-19790-1-PB.pdfo picrato de sódio foi acompanhada por espectrofotometria no UV/Vis. Foi ob-servada

ESTUDIO POR ESPECTROFOTOMETRÍA UV-Vis DE LA REACCIÓNENTRE LOS IONES CIANURO Y PICRATO. UN EJEMPLO PRÁCTICO

DE APLICACIONES ANALÍTICAS Y ESTUDIOS CINÉTICOS

UV-VIS SPECTROPHOTOMETRY STUDY OF THE REACTION BETWEENCIANIDE IONS AND PICRATE. A PRACTICAL EXAMPLE OF ANALYTICAL

APPLICATIONS AND KINETIC STUDIES

ESTUDO POR ESPECTROFOTOMETRIA UV-VIS DA REAÇÃO ENTREOS IONS CIANETO E PICRATO. UM EXEMPLO PRÁTICO DE APLICAÇÕES

ANALÍTICAS E ESTUDOS CINÉTICOS

Alberto de J. Oliveros-Bastidas1, Ceferino A. Carrera2 y David Marín2

Recibido: 20/08/08 – Aceptado: 04/03/09

La cinética de la reacción entre los ionescianuro y picrato se estudió por espectro-fotometría UV-Vis. Se observó una reac-ción de orden uno para ambos reactivos,así como un desplazamiento batocrómicode la señal de máxima absorbancia, incre-mentando la concentración de cualquierade los reactivos, asociada a la formaciónde complejos de diferente estequiometríay resultando en los consiguientes cambiosen los parámetros espectrométricos.Estos resultados sustentan una interac-ción de tipo � para el complejo resultante,resultado que se pudo generalizar utili-zando otras moléculas donadoras quemuestran las posibles interferencias de al-gunos compuestos químicos en las deter-

minaciones cualitativas y cuantitativas dela frecuencia cianogénica y la determina-ción cuantitativa de glucósidos cianogé-nicos en plantas.

UV-Vis, picrato desodio, cinética, complejo, implicacionesanalíticas.

The kinetics of the cianide-picrate reac-tion was studied on the basis of UV-Visspectrophotometry. A first order reac-tion was found for each reagent. It wasalso observed a batocromic displace-ment of the maximum absorbance wave-length, by increasing the concentrationof any of the reagents, this result is asso-

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REVISTA COLOMBIANA DE QUÍMICA, VOLUMEN 38, No. 1 DE 2009

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1 Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes. Núcleo Universitario Pedro Rincón Gutié-rrez. Mérida 5101-A. Venezuela. [email protected]

2 Departamento de Química Orgánica, Facultad de Ciencias, Universidad de Cádiz. Departamento de Química Orgánica,Puerto Real, Cádiz, España.

ciated to the formation of different stoi-chiometry complexes and the subsequentspectrometric parameters change. Theseresults support the existence of an inte-raction of the � kind for the resultingcomplex, and a parallel result was obtai-ned by using other � electron donor mo-lecules. This displays the evidence ofplausible interferences of some chemi-cals in qualitative and quantitative analy-tical applications of this reaction, spe-cially of those used in the cianogenicfrequence and quantitaive cianogenicglycosides determination in plants.

: UV-Vis, sodium picrate,kinetics, complex, analytical implications.

A cinética da reação entre o íon cianeto eo picrato de sódio foi acompanhada porespectrofotometria no UV/Vis. Foi ob-servada uma reação de primeira ordempara ambos reagentes, bem como um des-locamento batocrômico no �max, aumen-tando-se a concentração de qualquer umdos reagentes, associa-se a ela, a for-mação de complexos de diferentes este-quiometrias e, consequentemente, mu-danças nos parâmetros espectrométricos.Estes resultados sustentam a possibilida-de de uma interação do tipo � para o com-plexo resultante e que pode ser aplicada,de forma generalizada, para outras molé-culas doadoras, evidenciando possíveisinterferências de alguns compostos quí-micos com as determinações qualitativa equantitativa de derivados cianogênicos,bem como a determinação quantitativa dederivados glicosilados cianogênicos emplantas.

: UV-Vis, picrato desódio, cinética, complexo, implicaçõesanalíticas.

El ácido pícrico y su base conjugada, elanión picrato (Figura 1), ha sido usadocomo un reactivo con características decierto valor en aplicaciones analíticas, locual ha permitido desarrollar métodos delaboratorio de detección y cuantificaciónde muchos sustancias, principalmentecreatinina en suero y orina, fenotiazinas,metales y iones cianuro (1-4). El princi-pal atractivo analítico del picrato comoreactivo radica en los cambios de colora-ción que sufre durante la reacción, locual puede ser registrado fácilmente ycorrelacionado con la concentración delanalito por determinar, principalmentepor la técnica de absorción en el ultravio-leta y visible (UV-Vis), debido a su altogrado de enlaces �, lo cual origina altoscoeficientes de absortividad molar, ycomo consecuencia, es posible desarro-llar métodos con bajos niveles de detec-ción y cuantificación.

Los productos de estas reacciones seconsideran complejos, formados a partirde interacciones no covalentes entre unamolécula dadora y otra aceptora, deno-minados generalmente complejos detransferencia de carga o de adición. Engeneral, estos compuestos se forman apartir de cantidades equimolares de loscompuestos aceptores y dadores, gene-rando normalmente complejos con este-quiometría 1:1; sin embargo, otras este-quiometrías son conocidas y en muchoscasos indeterminadas (5-7), como es elcaso de la reacción entre picrato e ionescianuro.

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Existen varios tipos de compuestosde adición donde se pueden encontraraquellos obtenidos con la formación deenlaces covalentes regulares y aquellosen los que interviene la superposiciónde un orbital con pares de electrones de-sapareados con uno vacío, como es elcaso del amoniaco y el trifluoruro deboro. Otro tipo de estos compuestos tie-nen como rasgo característico el hechode que el material de partida o moléculade partida permanece en el producto sinaparente cambio importante, con un en-lace débil uniendo a dos o más molécu-las reactivas. Dentro de una subclase deestos compuestos se encuentran loscomplejos de transferencia de carga(8-10), donde existe una molécula queactúa como donadora de electrones,pertenecientes a pares de electrones de-sapareados, electrones de sistemas � deun doble enlace o sistemas aromáticos(11, 12), y otra molécula que actúacomo aceptor, tales como un ion metal,los compuestos orgánicos insaturados ylos halógenos, principalmente I2, Cl2 yBr2 (13-15).

La importancia de estos tipos de com-puestos, como se indicó inicialmente, ra-dica en las coloraciones particulares quepresentan, característica esta que ha sidoutilizada para la separación, purificacióny determinación cualitativa de hidrocar-buros aromáticos (11, 12, 16). Un ejem-plo típico de estos compuestos se encuen-tra en los complejos formados a partir deácido pícrico como aceptor (3, 17-19).Estos complejos son denominadoscomúnmente picratos hidrocarbonatos;sin embargo, complejos similares se for-man a partir de trinitrobenceno, el cual, adiferencia del picrato, carece de gruposhidróxido sobre el sistema aromático. Unejemplo de estos compuestos con interac-ciones con gran aplicabilidad analítica esel formado entre una solución de ácido pí-crico, su base conjugada, el ion picrato yel ion cianuro (20-21).

Esta reacción toma lugar con un cam-bio de color que va desde el amarillo, co-rrespondiente al ácido pícrico o el picratode sodio, a una coloración roja, corres-pondiente al complejo formado. Este he-cho ha sido aprovechado para el análisis

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Estructura para el ácido pícrico y su base conjugada, el ion picrato.

del contenido de ion cianuro en muestrasde diferentes naturaleza (4). A pesar de laaplicación tradicional de esta reacción, noexisten registros en la literatura sobre susparámetros fisicoquímicos, en especialsobre lo que ocurre entre los iones picratoy el cianuro. Características como ordende la reacción respecto a cada ion delcomplejo, indicadores energéticos de lareacción, estabilidad y la estequiometríadel complejo formado, son, según nues-tro conocimiento, desconocidos.

Con estos antecedentes, en este trabajose tiene como objetivo principal aplicar laespectroscopia de UV-Vis para estudiarlas características espectroscópicas, ciné-ticas y de formación de complejos para lareacción que tiene lugar entre la sal sódi-ca del ácido pícrico y el cianuro.

Se pretende realizar un estudio están-dar para estimar los parámetros cinéticosde la reacción, así como entender quími-camente la naturaleza del complejo for-mado. Todos estos estudios, además deaportar datos novedosos al entendimientodel sistema picrato: CN-, podrían ser deutilidad para el estudio de los conceptosbásicos de la espectrometría de UV- Vis,aplicándolos en la cinética de las reaccio-nes, estudios analíticos y química decoordinación; todo esto utilizando la mis-ma reacción y las mismas herramientasinstrumentales.

Para llevar a cabo la reacción, se usó cia-nuro de sodio (J. T. Baker Chemical Co.),ácido pícrico (BDH, Poole KU), bicarbo-nato de sodio (Aldrich, Poole, KU), y to-lueno (J. T. Baker), con pureza grado

reactivo (99,9%), para la preparación delas soluciones stock, a partir de las cuales,mediante dilución sucesiva, se obtuvierontodas las concentraciones utilizadas.

Para las medidas de la absorbancia se uti-lizó un espectrómetro de UV-Vis Hew-lett-Packard (HP, Palo Alto, California)modelo 8453 bajo control computarizadomediante una PC Vectra 133 MHz ChemStation (HP). Los espectros fueron toma-dos utilizando una celda de cuarzo de 1 �

0,1 cm de paso óptico. Los espectros fue-ron medidos entre 200 y 900 nm para laselección de la longitud de onda de traba-jo. Para el ajuste de los pH de las solucio-nes se empleó un pHmeter Basic 20CRISON.

Construcción de las curvas

de calibración

Las curvas de calibración fueron obtenidasusando soluciones de cianuro de sodio enagua y soluciones de picrato de sodio a pH8 y 11,8. Se preparó una solución estándarde KCN de 0,2 M, a partir de la cual, me-diante dilución sucesiva, se prepararon lasdiferentes concentraciones (0,002–0,01mg mL-1). Para la formación del complejo,las soluciones de KCN y picrato de sodio(pH 8 o 11,8) se mezclaron hasta alcanzarla concentración final deseada. Para el es-tudio de posibles interferentes espectrales,la solución del interferente (2-metil-propa-nona) se mezcló con la solución de picratode sodio (pH = 11,8), registrando de ma-nera separada el espectro del complejoformado con CN- y con el interferente deestudio, usando como blanco la soluciónde picrato de sodio.

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Estequiometría del complejo

Los estudios de la relación molar delcomplejo entre picrato de sodio y los io-nes cianuro se llevaron a cabo aplicandoel método de las relaciones molares o grá-ficos de Job (22), midiendo la absorban-cia a una longitud de onda de 550 nm decada una de estas soluciones. Se usaronconcentraciones de partida de picrato desodio 1,8 mM y cianuro de potasio 1,8mM. Las diferentes fracciones molaresrespecto a CN- se obtuvieron mezclandodiferentes volúmenes de la solución deCN-. En estas condiciones, la fracción envolumen es igual a la fracción molar. Deesta manera se estudiaron las siguientesrelaciones molares (CN-:Picrato): 1:9,2:8, 3:7, 4:6, 5:5, 6:4, 7:3, 8:2, 9:1.

Estudio de la determinación de HCN

en planstas

Para el estudio de la aplicabilidad de lareacción de formación de complejo para ladeterminación de HCN a partir de fuentenatural, se recolectaron hojas individualesde Passiflora capsularis, una especie deplanta a la cual se le ha demostrado su ca-pacidad de liberar HCN cuando su tejidoes perturbado (4). Para esto, una masaconstante de hojas (0,4069 g de peso fres-co), fue colocada en un envase, el cual fuesellado, previa adición de tolueno hastacubrir toda la superficie de la hoja, logran-do de esta manera la destrucción celular, yliberándose así el HCN. Este HCN libera-do se arrastró con aire a un vial que conte-nía una solución de picrato de sodio (pH =11,8), donde la absorbancia del complejoformado se registró a 550 nm, a intervalosde 5 minutos.

Medidas cinéticas

Las medidas cinéticas se estudiaron regis-trando el espectro y su máximo de absor-ción a diferentes concentraciones (0,2- 4,3x 10-5 Mol L-1) para analizar las longitudesde onda de trabajo y los posibles desplaza-mientos que se puedan presentar al variarlas concentraciones de los reactivos.

Para determinar la ley de velocidad de lareacción, se usaron los métodos de Har-court y Essen (23) y de vant´Hoff (24).Todas las medidas se realizaron a interva-los de un minuto, a una temperatura cons-tante, usando para ello un baño termos-tatado (Caframo VV-micro).

El análisis estadístico de la calibración y lavalidación del método se realizaron conAlamin (25). Los datos para las determina-ciones de medidas cinéticas se obtuvieroncon Microcal Origin Profesional V 7.0(Microcal Software, Northampton, MA).

En la Figura 2 se muestran los espectrosobtenidos para el ácido pícrico y el com-plejo picrato de sodio: ion cianuro. Se ob-serva una superposición de absorbancia alongitudes de onda menores a 440 nm. Elcomportamiento del resto del espectromostró una ventana que pudiera emplear-

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se para el análisis de la cantidad de com-plejo formado entre 480 y 560 nm. Losestudios sobre el comportamiento del es-pectro UV-Vis respecto a la concentra-ción o formación del complejo formado(Figura 3), muestra un desplazamiento alongitudes de ondas más altas al aumentarla concentración. Como se observa, de-pendiendo de la concentración del com-

plejo en solución, existe un desplaza-miento del máximo de absorción, estandoa t = 2 min a 485 nm, y finalizando a unvalor de 525 nm a tiempo de reacción de60 min.

Este desplazamiento del máximo deabsorción según la concentración, se pue-de deber a la formación de complejos de

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Espectro de UV-Vis de una solución saturada en bicarbonato de sodio (10% p/v) de ácido pícrico,generando su base conjugada, picrato de sodio, y el complejo formado con ion CN- (1 mM), en agua a 22 ºC.

Espectros de UV-Vis obtenidos cada 2 minutos para la formación del complejo picrato: ion cianuro.Espectros registrados en agua a 22 ºC. [Picrato de sodio] = 0,2 M; [CN-] = 0,2 mM.

diferentes relaciones estequiométricasformados entre el ion picrato y el cianuro.Aunque, como se discutirá más adelante,los datos indican una relación 1:1 entrelos dos reactivos, al aumentar la concen-tración del complejo, y al estar este en ex-ceso de iones picrato, son posibles las in-teracciones electrónicas de tipo � entreestas dos especies, y como consecuencia,se genera un desplazamiento del máximode absorción.

Este resultado adquiere una relevanciaespecial al momento de emplear estareacción en las estimaciones cuantitativasde HCN, puesto que las concentracionesusadas en la calibración, así como lasexistentes en la muestra de análisis, hande ser ajustadas de manera de que estosdesplazamiento no generen variación sig-nificativa en el resultado del método y delas estimaciones cuantitativas.

No sólo la dependencia del máximo deabsorción con la concentración es un fac-tor importante por tener en cuenta al mo-mento de aplicaciones cuantitativas deesta reacción. El tiempo de formación delcomplejo para realizar la validación delmétodo también surge como un factorpara considerar. Como se muestra en laFigura 4, según la selección del tiempo dereacción de formación del complejo, an-tes de realizar las medidas de calibracióny de las muestras generadoras de HCN,es posible encontrar diferentes propieda-des de calibración, donde factores talescomo la sensibilidad del método puedenser afectados (Tabla 1).

Para estudiar el efecto del tiempo dereacción de la formación del complejopicrato de sodio: ion cianuro, se deter-minaron los coeficientes de absortividadmolar entre 6 y 24 h luego de adicionar

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Curvas de calibración a 14 y 24 horas obtenidas para la determinación de iones cianuros mediante sureacción con picrato de sodio. Concentración de HCN expresado a partir de su equivalente de NaCN. Medidasa 22 ºC, n = 3. �detección: 500 nm (14 h); 550 nm (24 h).

los reactivos (Figura 5). Como se puedeobservar en esta figura, un mayor tiempode reacción permite trabajar con un coe-ficiente de absortividad mayor, propor-cionando una mayor sensibilidad en elanálisis, y permitiendo de esta maneramejor LOD y LOQ.

De esta manera, para esta reacción –yen general, las que muestren un compor-tamiento similar en el tiempo–, el � esuna función no solo de la longitud deonda, sino del tiempo de formación decomplejo fijado antes de realizar el estu-dio de validación. Así, dos característicasde la reacción han de ser consideradas almomento de utilizarla en aplicacionesanalíticas. Primero, la dependencia del

máximo de absorción con la concentra-ción usada en la calibración y lapresentada por las muestras bajo análisis,pues existe un desplazamiento batocromi-co al aumentar la concentración de losreactivos y segundo, el tiempo de forma-ción del complejo para la optimizacióndel sistema analítico. Dependiendo deltiempo estimado, se puede obtener unmejor desempeño del sistema de análisis,al aumentar el tiempo previo a los análi-sis; claro está, todo esto trabajando den-tro del límite de linealidad.

Estos resultados alertan de la restric-ción de la aplicación de la reacción de for-mación del complejo picrato:cianuro confines analíticos, restringiendo básicamen-

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� (nm) 500 550

R L (�g mL-1)* 2-10 2-10

� (L/cm M) 1909,4 2233,5

LOD (�M)** 0,97 0,80

LOQ (�M)*** 3,1 2,7

r 0,996 0,997

p <0,0001 <0,0001

Pendiente (A, mg-1mL) 63,645 75,45

Intercepto -0,0235 0,0501

Sxy 5,91x10-4 6,15x10-4

Sa 1,77x10-3 1,55x10-3

Sb 1,66x10-4 1,45x10-4

Parámetros de validación de la curva de calibración en la determinación de HCN me-diante su reacción con picrato de sodio, según el tiempo para el análisis

* RL: Rango lineal. ** LOD: Límite de detección [LOD = 3 (Sxy/b)]. *** LOQ: Límite de cuantificación[LOQ = 10 (Sxy/b)]. Sxy = Desviación estándar relativa. r: Coeficiente de regresión. p: Probabilidad de laregresión. � = Coeficiente de absortividad molar a 550 nm. Sa: Desviación estándar del intercepto de la regre-sión. Sb: Desviación estándar de la pendiente de la regresión.

te el uso de concentraciones donde noexistan desplazamientos batocrómicos delos máximos de absorción.

La reacción de picrato de sodio ha sidousada con éxito en la determinación deglicósidos cianogénicos (GC) en las plan-tas (26). En las condiciones de optimiza-ción del método, es conveniente estudiarposibles interferentes en el sistema deanálisis, dirigiendo la atención a todosaquellos compuestos que pudieran formarcomplejo con el picrato de sodio.

Así, teniendo en cuenta que la princi-pal aplicación de esta reacción es el análi-sis de GC en material de origen vegetal, laatención estaba dirigida a la presencia decompuestos que en su estructura presen-ten grupos con un sistema � capaces deformar complejo con el picrato y que al

mismo tiempo sean volátiles, tal como loes el HCN.

Los productos de origen natural quepresentan esta característica estructural,son los que poseen bajo peso molecular ygrupos carbonilos. Así, los aldehídos ylas cetonas surgen como posibles interfe-rentes para la utilización de esta reaccióncon fines analíticos.

En consecuencia, se estudió la posibleformación del complejo picrato:carboni-lo, usando para esto la 2-propanona. Enla Figura 6 se muestra el espectro deUV-Vis comparativo entre el espectroobtenido del complejo picrato: cianuro, yel formado entre picrato: 2-propanona.

Como se observa, la presencia de gru-pos carbonilo puede generar complejosque pueden interferir en el análisis, pre-sentando un máximo de absorbancia quecoincide con el generado por el ion cianu-ro. Así, para la aplicación efectiva de este

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Variación del coeficiente de absortividad molar, �, con el tiempo de reacción de la formación delcomplejo. Medidas a 25 ºC. Barras de error representan desviación estándar para n = 3.

método, es necesario eliminar previa-mente de la muestra de análisis la presen-cia de todos aquellos compuestos que po-sean dentro de su estructura compuestoscarbonilo.

En general, las sales de derivados nitro decompuestos fenólicos son consideradasexcelentes modelos para el estudio de laestructura molecular de complejos detransferencias de carga, en especial consales alcalinas del ácido pícrico (3). Enmuchas estructuras de los complejos, elpicrato puede actuar como ligando monoy bidentado, estando en el sitio de interac-ción principal el oxígeno fenólico, dondela interacción más importante es la gene-rada por ion-ion.

El segundo sitio de interacción tieneorigen en los grupos oxígenos de los gru-pos nitro, y se genera por la participacióndel grupo hidróxido del fenol y del gruponitro, actuando como ligando bidentados;así es posible la actuación del picrato

como tridentado, pues él mismo poseetres grupo nitro en su estructura.

Como se observa, son múltiples loscomplejos encontrados con participacióndel ion picrato, siendo numerosos losejemplos de la capacidad del ácido pícricoen formar complejos de coordinación(17-19). Así, muchos son los estudiosrealizados dirigidos a caracterizar estoscomplejos, orientados hacia la determi-nación de la relación molar y constantesde formación del complejo. Sin embargo,para el sistema ion picrato:cianuro no seha reportado información sobre la rela-ción molar del complejo formado. Poresta razón se estudió la determinación dela relación molar en que se encuentran enel complejo para el caso de cianuro y pi-crato, aplicando el método de las varia-ciones continuas.

Como se indicó anteriormente, la lon-gitud de onda de máxima absorción delcomplejo formado cambia según el tiem-po de reacción o de equilibrio, registrán-dose igualmente un cambio en el coefi-ciente de absortividad molar (Figura 5).

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Espectro de UV-vis del complejo picrato de sodio con 2-propanona y HCN. Espectros obtenidos enagua a una concentración de 0,7 mM.

Estos resultados podrían indicar que laestructura o estequiometría del complejoformado pudiese estar variando en la me-dida en que la reacción ocurre, y por ellose estudió la estequiometría del complejoa diferentes tiempos de equilibrio o reac-ción. La Figura 7 muestra los resultados

obtenidos para el estudio de la estequio-metría del complejo mediante el métodode las variaciones molares, para tiempode reacción de 0,5, 14 y 24 h. Tal y comose observa en la figura, la estequiometríadel complejo cambia según el tiempo dereacción, encontrándose una estequiome-

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Identificación de la relación molar de los complejos picrato:CN- estudiados a diferentes tiempos deequilibrio mediante el método de las variaciones continuas. Condiciones: [CN] = 1,8 mM; [Picrato] = 1,8mM; pH = 11,8. 25 ºC. Barras de error representan desviación estándar para n = 3.

tría picrato:CN- de 3:2, 1:1 y 2:3 para0,5, 14 y 24 h, respectivamente. Así sedemuestra que, para este sistema, la este-quiometría del complejo es una funciónde la concentración y del tiempo de equi-librio o de reacción fijado.

Es posible realizar un estimado de losvalores de las constantes de formación delos diferentes complejos, usando para ellola ecuación (27):

� ��

KfA Am

A A C nn n n�

��

/

/ )1 1[1]

donde

A = máxima absorbancia medida

Am = absorbancia obtenida mediante ex-trapolación de las dos líneas del gráficode las variaciones continuas.

n = estequiometría del complejo, porejemplo relación 1:1, n = 0,5.

C: concentración molar de CN- usado enel método de las variaciones.

Usando esta ecuación, los valores deKf obtenidos son 42,6, 6,53 y 8,7 x 104

para las estequiometrías de ion picra-to:CN- de 3:2 (0,5 h), 1:1 (14 h) y 2:3 (24h), respectivamente.

De los valores obtenidos para Kf, laestequiometría 2:3 del complejo a 24 h dereacción es la que muestra mayor valor deKf, y por tanto, se espera sea la estequio-metría de mayor estabilidad. Esta este-quiometría se considera el producto finalde otras estequiometrías precedentes, quetienen lugar mediante etapas de adiciónde iones CN- a los complejos inicialmenteformados.

Se puede caracterizar aun más la reac-ción, calculando el cambio de energía li-bre o función de Gibbs (�Gº), según laecuación:

�G RT Log Kfo� � 2 303, [2]

Donde

R = 8,3143 Joul K-1 mol-1;

T = temperatura absoluta (ºC + 273).

Para los valores de Kf calculados, seencuentran valores de �Gº de –9,16KJoul mol-1; –4,43 KJoul mol-1 y –27,78KJoul mol-1 para estequiometría del com-plejo de 3:2, 1:1 y 2:3 (Picrato:CN_), res-pectivamente. Así, se obtienen en los trescasos valores de �Gº < 0, lo cual indicaque las reacciones de formación de loscomplejos son espontáneas, siendo la másfavorecida la estequiometría 2:3 (24 h).

Los estudios aquí realizados sólo abar-caron hasta un tiempo de equilibrio de 24h; sin embargo, las medidas sobre la ab-sorción del complejo a diferentes tiempos(Figura 8), muestran que sólo más allá delos 50 min, permanece una estequiome-tría constante.

Para estudios futuros se considera eva-luar desde un punto de vista dinámico lasdiferentes estequiometrías del complejo,a tiempos aquí no considerados, inclu-yendo además el efecto de usar diferentesconcentraciones de iones picrato y cianu-ro de partida.

Para estimar la practicidad de esta reac-ción en los estudios de determinación deHCN a partir de fuente natural, en espe-cial, de material de plantas, se estudió la

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reproducibilidad del método en la cuanti-ficación de HCN a partir de láminas folia-res provenientes de Passiflora capsu-

laris, una especie de planta que posee lacapacidad de liberar HCN cuando su teji-do es perturbado (26). En este caso, lamuestra de material de planta se coloca enun sistema cerrado, al cual se le añadenunas gotas de tolueno para provocar eldaño celular, y de esta manera, la libera-ción de HCN.

El gas liberado (HCN) fue entoncesarrastrado con aire a una solución de pi-crato de sodio saturado (pH = 11,8),donde la absorbancia se registró conti-nuamente. Este experimento se realizópor triplicado, y sus resultados se resu-men en la Figura 9, donde es posible ob-servar un aumento gradual en la cantidadde CN detectado hasta las dos horas luegode agregar el tolueno al material vegetal.Los resultados demuestran la utilidad delmétodo basado en esta reacción para losestudios de la cinética enzimática de la li-

beración de HCN en muestras vegetales,aunque cabe señalar que los potencialesinterferentes que puedan también estarpresentes en la muestra (aceites esencia-les, compuestos carbonílicos en general)pueden limitar significativamente suaplicación.

En general, la formación del complejo pi-crato:cianuro se lleva a cabo mediante laneutralización del ácido pícrico con bi-carbonato de sodio, y esa es la condiciónnormalmente usada para aplicar estareacción con fines analíticos. Sin embar-go, no existe estudio alguno sobre el efec-to del pH sobre la formación del comple-jo, ni estudios cinéticos de esta reacción.Así, el primer paso de esta investigaciónfue estudiar la formación del complejo se-gún el pH del medio.

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Cambio de absorbancia en el tiempo, medida al máximo de longitud de onda para el complejo picra-to:cianuro formado a partir de 1,4 mM de CN-.

Se estudió la presencia del complejo endos pH. A un pH = 8, ligeramente supe-rior a la neutralidad del ácido pícrico, y aun pH = 11,8, suficientemente básicopara asegurar una total neutralización delácido pícrico, estando en forma de picratode sodio, condición en la que es utilizadala reacción con fines analíticos. El resul-tado obtenido de este estudio se resume enla Figura 10, donde la formación del com-plejo se ve más favorecido a un pH =11,8, aunque a pH = 8 se observa unarespuesta más lineal con el tiempo dereacción.

Teniendo en cuenta que el desarrollode un color rojo es la base de la utilizaciónde esta reacción en aplicaciones cualitati-vas y cuantitativas, es lógico llevar a cabola reacción en condiciones fuertementebásicas, y en general, se utiliza el ácidopícrico saturado en bicarbonato de sodio,De esta manera, los estudios de los pará-metros cinéticos de la reacción son lleva-dos a un pH de 11,8.

En el estudio de cualquier sistema cinéti-co, el conocimiento sobre el balance desustancias que aparecen o desaparecen enel sistema es de vital importancia para elmecanismo por el cual ocurre este cam-bio. Una representación gráfica de la con-centración en función del tiempo, es lametodología más frecuente en el estudiode las velocidades de las reacciones quí-micas (28).

En este trabajo se mide la absorción enel espectro del ultravioleta y el visiblepara determinar los cambios de masas delos productos formados.

El complejo obtenido es de una colora-ción roja, cuya intensidad es dependientede la concentración de los reactivos. Semidió la absorbancia del complejo forma-do en referencia a los equivalentes de io-nes cianuros iniciales, y así todos los da-tos se representan en equivalente deNaCN.

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Determinación de HCN a partir de fuente vegetal mediante la reacción de CN- con iones picrato.Medidas realizadas 25 ºC y 550 nm.

En la Figura 11 se muestran los espec-tros obtenidos a intervalos de 1 min parala reacción del ion cianuro en presenciade un exceso de picrato de sodio. Del mis-mo modo, se registraron los espectros alvariar la concentración del picrato de so-dio en presencia de un exceso de cianurode sodio. Un total de cuatro concentracio-nes se utilizaron en cada caso. Todos es-tos ensayos permiten determinar los ex-ponentes u orden de reacción para cadauno de los reactantes, donde se considerauna ecuación cinética del tipo:

� � � � � �r K A B L�

�........ [3]

Con la presencia de uno de los reacti-vos en exceso, su concentración no cam-bia significativamente durante el proceso;así esta ecuación puede expresarse como:

� �r j A� [4]

� � � �j K B L��

........ [5]

donde j permanece prácticamente cons-tante durante la reacción. En estas condi-ciones, la reacción se considera como depseudo orden �. De este modo, midiendola velocidad inicial (ro) en cada caso, esposible determinar el orden de la reac-ción, �, respecto a A. La variación de laconcentración del complejo en funcióndel tiempo en presencia de un exceso depicrato en un caso y en cianuro en otro semuestra en la Figura 12. Los resultadosdel cálculo de velocidades iniciales (ro) seresumen en la Tabla 2.

Considerando la ecuación [4], se puedereordenar en función logarítmica para to-mar la forma:

� �log log logr j Ao � [6]

De esta ecuación, una representacióndel logaritmo de ro frente al log [A], seobtiene el orden inicial respecto a A, �.

75


Ap

licad

ay

Anal

ític

a

Efecto del pH del medio sobre la velocidad de formación del complejo picrato:cianuro. T = 25 ºC.[CN] = 5 mM. Barras de error representan desviación estándar para n = 3.

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Espectros de UV-vis según tiempo de reacción, a diferentes concentraciones de iones cianuro,para la formación del complejo picrato:cianuro 25 ºC. [Picrato] = 0,2 M.

Es decir, representando la velocidad ob-tenida manteniendo constante la concen-tración de picrato o la concentración decianuro, en función de la concentracióninicial de cianuro de sodio o picrato, se-gún sea el caso, se pueden encontrar loscoeficientes � y , y el orden total de la

reacción. En la Figura 13 se muestra lacorrelación entre ro y concentración parala determinación de los órdenes respectoa los iones cianuro y picrato. Los datosobtenidos indican un orden de reacción de1 respecto a cada reactivo, siendo 2 el or-den total de la reacción.

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Ap

licad

ay

Anal

ític

a

. Concentración de complejo formado en función del tiempo para la reacción de picrato de sodio eiones cianuro.

1 0,2 2,4x10-4 0,88 ± 0,08 0,9805 <0,0001

2 0,2 3,8x10-4 1,60 ± 0,70 0,9928 <0,0001

3 0,2 5,7x10-4 2,10 ± 0,05 0,9996 <0,0001

4 0,2 9,2x10-4 2,89 ± 0,07 0,9989 <0,0001

5 4,3x10-5 0,2 1,10 ± 0,20 0,8926 0,01

6 8,3x10-5 0,2 1,90 ± 0,30 0,7623 0,04

7 1,22x10-4 0,2 2,50 ± 0,30 0,8486 0,01

8 1,96x10-4 0,2 3,60 ± 0,50 0,8921 <0,0001

Velocidades iniciales para la reacción del cianuro de sodio y picrato de sodio a 22 �C

* X ± DS. DS: desviación estándar para n = 3.

Con los resultados obtenidos es posiblepostular la expresión de velocidad generalpara la reacción bajo estudio,d[COMPLEJO]/dt = k [PICRATO]1

[CN-]1, donde k es la constante de veloci-dad de la reacción. Sin embargo, la ecua-ción podría contener otro factor relaciona-do con la concentración de iones OH-,puesto que se ha demostrado que el pHafecta de manera significativa la velocidadde la reacción (Figura 8), aumentando lavelocidad con un incremento en el pH.

Así, la expresión de velocidad podría in-cluir otro componente, [OH-]x; de esta ma-nera, la expresión general toma la forma:

d[COMPLEJO]/dt = k[PICRATO]1[CN-]1 + [OH-]x [7]

donde x representa el orden de reacciónrespecto a la concentración de OH-.

Es posible la determinación de la energíade activación del proceso midiendo laconstante de velocidad a diferentes tem-peraturas, y graficando el Ln k en funciónde 1/T, es factible estimar, a partir de lapendiente de la curva, la energía de acti-vación, según la ecuación de Arrhenius:

� �

� �

k AT

Ea RT�

�exp. / [8]

la cual puede ser arreglada en su formalogarítmica a la expresión

� �Ln k Ln A Ea R T� � �/ 1 [9]

donde K representa la constante de velo-cidad, A, es el denominado factor pre ex-ponencial, Ea, es la energía de activa-ción, R es la constante universal de losgases y T la temperatura en grados K.Una gráfica de este tipo se muestra en laFigura 14, de cuya pendiente se obtiene

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Correlación entre concentración y velocidades iniciales para la determinación del orden de reac-ción en la formación del complejo entre iones picrato y cianuro. Barras de error representan desviación están-dar para n = 3.

un valor de energía de activación para elproceso global de 88,7 ± 6,7 KJoulMol-1. No existen en la literatura datos so-bre energía de activación para este proce-so ni para ningún complejo formado entreel picrato y otra molécula donadora deelectrones, siendo este resultado de ciertanovedad para una caracterización com-pleta de esta reacción.

Algunos resultados de cálculos de Eapara algunos complejos de ácido pícrico seencuentran dentro de los valores aquí obte-nidos. Por ejemplo, para la reacción delácido pícrico y la fenontiacina (1), se obtie-ne un complejo de estequiometría 1:1, don-de se reporta un valor de Ea de 83,1 KJoulMol-1. Para la reacción de cloruro de picrily el anión dietilmalonato (28), una reacciónde sustitución aromática, que en principiodebe poseer una energía de activación ma-yor a la formación de un complejo de trans-ferencia de carga, se reporta un valor de Eade 90,8 KJoul Mol-1.

El estudio mediante espectroscopia deUV-Vis de la reacción entre el ion picratoy cianuro representa un excelente ejem-plo de aplicaciones analíticas, cinéticas yde química de coordinación, todo estoaplicando las mismas herramientas ins-trumentales y reactivos. Los estudios delas aplicaciones analíticas de esta reac-ción, aunque muy clásica en la determina-ción de HCN, revelan que la reacción tie-ne que ser cuidadosamente estudiada encuanto a sus características espectroscó-picas, puesto que cambios en los máxi-mos de absorción son observados. Así, lavalidación de algún método de análisisdebe tener presente este hecho.

Por otra parte, aunque la reacción fuevalidada en cuanto a la determinación deHCN a partir de material vegetal, la mis-ma puede ofrecer limitaciones por la pre-sencia de compuestos que puedan tam-bién formar complejos con las mismas

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Ap

licad

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Anal

ític

a

Variación de la k de velocidad con la temperatura para la reacción Picrato + CN- en la formacióndel complejo Picrato:CN-. Barras de error representan desviación estándar para n = 3.

características espectrales que el formadocon el ion cianuro. Así, es posible la pre-sencia de interferencias espectrales, difí-ciles de eliminar instrumentalmente,siendo necesario un pre tratamiento de lamuestra, como la posible precipitación delos interferentes volátiles mediante reac-ciones selectivas, donde no reaccione elHCN.

Los estudios cinéticos, como la deter-minación del orden de la reacción, cálcu-los de la energía de activación y de laenergía libre, demuestran que la reacciónentre los iones picrato y cianuro es de pri-mer orden respecto a cada reactivo, sien-do además dependiente del pH, favoreci-da por el aumento del mismo, razón por lacual la mayoría de las aplicaciones de lareacción del complejo con ácido pícricoson llevadas a cabo a pH alcalinos.

Los estudios sobre la caracterizaciónestequiométrica del complejo formadomuestran que los cambios observados enlos máximos de absorción pueden ser de-bidos a la formación de complejos con di-ferente orden estequiométrico, donde unarelación Picrato:CN- 2:3 parece la este-quiometría más estable, estando las for-mas estequiométricas 3:2 y 1:1 como es-pecies intermedias.

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Aplicada y Analítica - Universidad Nacional De Colombiabdigital.unal.edu.co/15698/1/10381-19790-1-PB.pdfo picrato de sódio foi acompanhada por espectrofotometria no UV/Vis. Foi ob-servada