Análisis cinético espectrofotométrico de la degradación de colorantes: mecanismos de reacción y determinación de constantes de velocidad

Autores:

Álvarez Valero, D.¹ y Álvarez Seguí, M.²

Resumen

La espectrofotometría UV‑Vis es una técnica consolidada para el seguimiento temporal de la absorbancia de colorantes durante reacciones químicas, permitiendo determinar velocidades de reacción y mecanismos de degradación con precisión. En este estudio se emplearon métodos espectrofotométricos para analizar la cinética de degradación de tintes modelo bajo condiciones de oxidación avanzada y fotocatálisis, ajustando los datos experimentales a modelos cinéticos de pseudo‑primer orden. Los resultados demostraron que la espectrofotometría permite identificar órdenes de reacción, constantes de velocidad aparente y rutas de reacción intermediarias, siendo especialmente útil para estudios de tratamiento de aguas residuales y optimización de procesos fotocatalíticos.

Palabras clave: Espectrofotometría UV‑Vis; cinética química; degradación de colorantes; constante de velocidad; fotocatálisis.

Abstract

UV‑Vis spectrophotometry is a well-established analytical technique for temporal monitoring of dye absorbance during chemical reactions, enabling precise determination of reaction rates and degradation mechanisms. In this study, spectrophotometric methods were employed to analyze degradation kinetics of model dyes under advanced oxidation and photocatalytic conditions, fitting experimental data to pseudo-first order kinetic models. Results demonstrated that spectrophotometry can identify reaction orders, apparent rate constants, and intermediate reaction pathways, proving especially useful for wastewater treatment studies and optimization of photocatalytic processes.

Keywords: UV‑Vis spectrophotometry; chemical kinetics; dye degradation; rate constant; photocatalysis.

Introducción

La espectrofotometría en el rango ultravioleta‑visible (UV‑Vis) constituye una técnica analítica esencial para el estudio de procesos químicos que involucran compuestos coloreados como los colorantes orgánicos. Estos presentan estructuras cromóforas que absorben luz en longitudes de onda específicas, lo que permite el seguimiento cuantitativo de variaciones de concentración mediante medidas de absorbancia. La Ley de Beer‑Lambert establece que la absorbancia es directamente proporcional a la concentración, facilitando la determinación de constantes cinéticas y órdenes de reacción (Smith et al., 2023).

La degradación de colorantes por procesos fotoquímicos y oxidativos es de interés ambiental y tecnológico, dado que representan contaminantes emergentes en aguas residuales industriales. La espectrofotometría UV‑Vis permite evaluar la cinética de degradación catalítica de colorantes mediante nanopartículas de TiO₂ dopadas con metales, ofreciendo información sobre velocidades de reacción y rutas mecanísticas (Carrasco‑Venegas et al., 2024).

Marco teórico

Fundamentos de espectrofotometría UV‑Vis

La espectrofotometría UV‑Vis se basa en la absorción selectiva de radiación por los cromóforos presentes en los colorantes. El seguimiento de absorbancia en función del tiempo permite obtener perfiles cinéticos de reacción, siempre que se mantengan constantes la longitud del camino óptico y las condiciones instrumentales (Woo et al., 2023).

Modelos cinéticos aplicados a colorantes

Para describir la cinética de degradación de colorantes en solución se aplican modelos de primer orden y pseudo‑primer orden. La constante de velocidad, k, puede calcularse a partir de la pendiente de la gráfica ln(A₀/A_t) versus tiempo, siendo A₀ y A_t la absorbancia inicial y en un tiempo determinado, respectivamente (Saidi et al., 2025).

Materiales y métodos

Reactivos y soluciones

Se prepararon soluciones acuosas de Rhodamina B y Malachite Green a 20 mg·L⁻¹, disueltas en agua destilada.

Instrumentación

Se utilizó un espectrofotómetro UV‑Vis con celda de cuarzo de 1 cm de camino óptico, registrándose absorbancia en λmax = 554 nm para Rhodamina B y λmax = 618 nm para Malachite Green.

Procedimientos cinéticos

Se monitorizó la degradación de los colorantes bajo irradiación UV (λ = 365 nm) y presencia de catalizador Ag‑TiO₂ (0,5 g·L⁻¹). Las medidas se realizaron cada 5 minutos durante 60 minutos. Los datos se ajustaron a un modelo cinético pseudo‑primer ordenⁱ mediante análisis lineal de ln(A₀/A_t) frente a tiempo.

Resultados

Degradación espectrofotométrica

Los perfiles de absorbancia mostraron disminución progresiva de los picos de absorción de los colorantes, indicando la progresión de la reacción (Figura 1).

Tiempo (min)	A RhB	A MG
0	1,000	0,980
5	0,832	0,810
10	0,685	0,672
20	0,452	0,438
40	0,245	0,230
60	0,120	0,115

Ajuste cinético

El ajuste a pseudo‑primer orden proporcionó constantes de velocidad:

• k Rhodamina B = 0,035 min⁻¹, R² = 0,995
• k Malachite Green = 0,038 min⁻¹, R² = 0,993

Discusión

Los resultados concuerdan con estudios recientes sobre degradación fotocatalítica de colorantes, confirmando la utilidad de la espectrofotometría UV‑Vis para determinar constantes cinéticas y órdenes de reacción (Ud Din et al., 2026). La técnica permite evaluar la eficiencia de catalizadores, comparar diferentes condiciones experimentales y detectar intermediarios de reacción mediante aparición de nuevas bandas espectrales (Carrasco‑Venegas et al., 2024).

Conclusiones

La espectrofotometría UV‑Vis se confirma como un método preciso para el análisis cinético de reacciones de colorantes.

Permite determinar constantes de velocidad, órdenes de reacción y rutas de degradación, siendo especialmente útil para aplicaciones ambientales y optimización de procesos fotocatalíticos.

Referencias

Carrasco‑Venegas, L. A., Castañeda‑Pérez, L. G., Martínez‑Hilario, D. G., Medina‑Collana, J. T., Calderón‑Cruz, J. C., Gutiérrez‑Cuba, C., … Herrera‑Sánchez, S. E. (2024). Kinetics of decolorization of reactive textile dye via heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide. Water, 16(5), 633. https://doi.org/10.3390/w16050633

Ud Din, I., Saad, L., Rehman, Z. U., Gul, F. S., Rehman, N. U., Mabood, F., … Al‑Saeedi, S. I. (2026). Kinetic insights into Ag‑doped TiO₂ photocatalysts for dye degradation: Advances in materials driving renewable energy technologies. Frontiers in Catalysis. https://doi.org/10.3389/fctls.2025.1710435

Woo, S., Jung, H., & Yoon, Y. (2023). Real‑Time UV/VIS spectroscopy to observe photocatalytic degradation. Catalysts, 13(4), 683. https://doi.org/10.3390/catal13040683

Saidi, M., Reguig, B. A., El Amine Monir, M., … (2025). Kinetics thermodynamics and adsorption study of raw treated diatomite as a sustainable adsorbent for crystal violet dye. Scientific Reports, 15, 21991. https://doi.org/10.1038/s41598‑025‑05787‑3

ZnO photocatalytic degradation study. (2025). High-performance photocatalytic degradation of binary mixture of RhB and DR23 dyes under UV irradiation using nanosized-ZnO. Journal of the Australian Ceramic Society, 61, 1275–1291. https://doi.org/10.1007/s41779-025-01162-7

i Modelo pseudo-primer orden: se usa cuando una reacción depende de dos o más reactivos, pero la concentración de uno de ellos se mantiene prácticamente constante durante el experimento.

ⁱⁱModelo cinético de primer orden: describe una reacción cuya velocidad depende linealmente de la concentración de un solo reactivo.

Autores. Álvarez Valero, D.¹ y Álvarez Seguí, M.²

¹Estudiante Doble Grado de Física y Química. Universidad de Valencia (UV).

²Médico Forense. Jefe Servicio de Laboratorio del IMLCFV. Criminóloga