ESTUDIOS DE LOS ESPECTROS DE ABSORCION IDENTIFICACION Y DETERMINACION CUANTITATIVA DE SUSTANCIAS, EN PPM

Transcripción

1 1. INTRODUCCION Por medio del estudio de los espectros de absorción de una sustancia así como la realización de una curva de Absorbancia en función de la concentración, se puede determinar cuantitativamente la cantidad de una sustancia determinada presente en una muestra. Transmitancia En la Figura se presenta un haz de radiación paralela antes y después de pasar a través de un capa de solución de b cm de espesor, y que contiene una especie molecular que absorbe radiación cuya concentración es c. Como consecuencia de las interacciones entre los fotones y las partículas absorbentes, la potencia del haz disminuye de I 0 a I. La transmitancia T de la solución, es la fracción de radiación incidente transmitida por la solución. O sea que: T = I / I 0 Por lo general la Transmitancia se expresa como porcentaje. La absorbancia de una solución está definida por la ecuación: A = - log 10 T = log I 0 / I 2 de 11

2 Absortividad y absortividad molar La absorbancia es directamente proporcional a la trayectoria de la radiación a través de una solución y a la concentración de la especie que produce la absorción: A = abc donde: a = constante de proporcionalidad ( Absortividad) b = espesor de la celda c = concentración. Cuando se expresa la concentración en moles por litro y la trayectoria a través de la celda en centímetros, la absortividad se denomina absortividad molar y se representa con el símbolo e. En consecuencia cuando b se expresa en centímetros y c en moles por litro, A = e b c Ley de Beer Las expresiones anteriores (A = a b c y A = e b c ) constituyen expresiones de la Ley de Beer. La ley de Beer se aplica a sustancias que absorben energía radiante y relaciona la concentración de la especie absorbente con la razón de las intensidades de radiación transmitidas por el medio absorbente y las incidentes sobre ese medio, y se puede enunciar como: Cuando la radiación monocromática atraviesa un medio que contiene una sustancia absorbente, la velocidad de disminución de intensidad con la concentración de la especie absorbente, es directamente proporcional a la intensidad de la radiación log I 0 / I= k * c 3 de 11

3 donde: I 0 = Intensidad incidente c = Concentración de la muestra I = Intensidad transmitida k = Constante de la muestra. La Ley de Beer es satisfactoria únicamente para la descripción del comportamiento de soluciones diluidas. Desviaciones aparentes a esta ley se encuentran frecuentemente como consecuencia de asociación, disociación o reacción de la especie absorbente con el disolvente. La Ley de Lambert- Beer toma en cuenta tanto el grosor de la muestra como la concentración y viene dado por la expresión: log I 0 / I = e b c = A Para medir la radiación visible uno de los instrumentos utilizados es el Spectronic 20. Su intervalo normal de longitud de onda es de 320 nm a 620 nm., aunque puede ser extendido a 900 nm por el uso de un fototubo sensible al rojo. 2. OBJETIVOS: Una vez realizada la práctica, el estudiante deberá ser capaz de: Determinar la concentración de una sustancia dada utilizando los espectros de Absorción. ESTUDIO PREVIO: Para poder realizar esta práctica el estudiante debe repasar los siguientes conocimientos: Ley de Lambert Ley de Beer 4 de 11

4 Ley de Lambert-Beer combinada Absorbancia y Transmitancia Espectros de Absorción. Curva de calibración. Ecuación de la recta. Método de los mínimos cuadrados. Equipo: Spectronic MATERIALES Y REACTIVOS: Propipetas Vasos de precipitados 150 ml. Bureta de 50 ml. Solución de dicromato de potasio Solución de acido sulfúrico. Pipetas graduadas. Equipo: Spectronic 20 Solución permanganato de potasio 4. PARTE EXPERIMENTAL: 4.1 PREPARACION DE LAS SOLUCIONES PATRONES. a) Solución de KMnO 4. A partir de la solución de permanganato de potasio (4.5 x10-3 M ) con una bureta, tome la alícuota que el profesor le indique y diluya en un balón aforado de 100 ml. empleando agua destilada. 5 de 11

5 V (± 0,05 ml.) 10,00 8,00 (*) 6,50 5,00 4,00 2,50 b) Solución de K 2 Cr 2 O 7 A partir de la solución de dicromato de potasio ( 4.2 x10-3 M ) con una bureta, tome la alícuota que el profesor le indique y diluya en un balón aforado de 100 ml. usando agua destilada. ANTES DE AFORAR DEBE AGREGARLE A CADA BALON 3.8 ml. DE H2SO4 ( 1:3 ). V (± 0,05 ml.) 20,00 17,00 14,000 12,00(*) 10,00 8, CURVA DE ABSORBANCIA vs. λ (380 a 600 nm.) Para la construcción de esta curvas se van a utilizar las soluciones marcadas (*) preparadas anteriormente. Siga el procedimiento dado para cada soluto: a) Solución de KMnO 4. Coloque con el botón ubicado en la parte inferior derecha del Spectronic-20, una longitud de onda inicial de 380 nm. Con el botón ubicado a la derecha del Spectronic-20 lleve hasta 0% de transmitancia. ( Total Absorbancia ). Llene una celda con agua destilada ( blanco ) introdúzcala en el portamuestras y con el botón de la derecha lleve hasta 100 % de transmitancia (Cero de absorbancia ). Saque la celda y colóquela en la rejilla para calibraciones posteriores. Coloque en otra celda aproximadamente 5 ml. de la solución (*) y lea en las escalas de transmitancia y de absorbancia. Anote los valores. 6 de 11

6 Repita todos los pasos anteriores para λ = 400, 420, 440, 460, 480, 500, 520, 540, 560, 580 y 600 nm. No olvide calibrar el 0% y el 100% de transmitancia antes de cada medida. b) Solución de K 2 Cr 2 O 7 Repita los pasos anteriores. Emplee como blanco 5,0 ml. de H 2 SO 4 ( 1:3) Observe los espectros y anote el máximo obtenido ( aproximadamente 540 nm para Mn y 380 nm para Cr.) A partir de las concentraciones conocidas, calcule el coeficiente de absortividad molar para el cromo y el manganeso a 380 y 540 nm. respectivamente. 4.3 CURVA DE CALIBRACION (A vs. M). DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE Mn y Cr PARA UNA MUESTRA DESCONOCIDA. a) Solución de KMnO 4. Coloque el Spectronic-20 en l máximo (λ 540 nm). Mida el % de transmitancia para todas las soluciones de permanganato preparadas inicialmente. Lea el % de transmitancia de la solución desconocida. No olvide calibrar el 0% y el 100% de transmitancia antes de cada medida. Grafique la absorbancia versus los ppm de Mn en las soluciones patrones. b) Solución de K 2 Cr 2 O 7 Repita los pasos anteriores (λ 380 nm ). Emplee como blanco 5,0 ml. de H2SO4 (1:3) No olvide calibrar el 0% y el 100% de transmitancia antes de cada medida. Grafique la absorbancia versus los ppm de Cr en las soluciones patrones. 7 de 11

7 4.4 APLICACION DE LA ADITIVIDAD DE LA LEY DE BEER. A partir de las muestras desconocidas de permanganato y dicromato efectúe un mezcla 1:1 y determine adecuadamente su absorbancia a 380 y 540 nm. 5. CÁLCULOS Y RESULTADOS: CURVA DE ABSORBANCIA vs. λ (380 a 600 nm.): Calcule la absorbancia a partir de las medidas de transmitancia, y compare con el valor leído. ( A = 2 log T ). Grafique los valores de absorbancia versus las longitudes de ondas. CURVA DE CALIBRACION (A vs. M): Determine la concentración de manganeso de la solución desconocida (ppm). Determine la concentración de cromo de la solución desconocida (ppm). APLICACION DE LA ADITIVIDAD DE LA LEY DE BEER: Calcule la concentración de cromo y manganeso ( ppm) en la mezcla. 6. ASIGNACIONES: Por qué las sustancias absorben energía? Por qué hay sustancias coloreadas y otras que son incoloras?. Qué es un espectro? Qué información se puede obtener a partir de él? Analice el espectro electromagnético. Explique. Qué es un espectro de absorción? Qué información puede aportar? Por qué es cualitativo y cuantitativo?. Por qué l máximo es específico para cada sustancia? Qué es una curva de calibración? Qué utilidad tiene?. 8 de 11

8 Enuncie las leyes de Lambert, Beer y la Ley combinada. Qué limitaciones tiene cada una de ellas?. Explique el funcionamiento del Spectronic Haga el diagrama de este instrumento. Por qué se calibra para cada medida?. Por qué se emplea un blanco diferente en cada caso?. 7. BIBLIOGRAFÍA: B, Mahan- Química Universitaria Skoog & West. Fundamentos de Química Analítica. I Vogel. Química Analítica Cuantitativa. Skoog & West. Análisis Instrumental. Realizado por: Universidad Católica Andrés Bello- Caracas. Universidad Católica Andrés Bello- Guayana. 9 de 11

9 8. ANEXO: Espectrofotómetro UV: se utilizada para determinar la absorbancia, transmitancia de un elemento determinado a longitudes de ondas especificas. Los modelos utilizados en el laboratorio son: Componentes del equipo: 1. Compartimiento para colocar las celdas que contienen la muestra. 2. Perilla para seleccionar la longitud de onda de trabajo. 3. Perilla o botón para seleccionar transmitancia, absorbancia, concentración. 4. Perilla o botón para ajustar 100% de transmitacia o 0 absorbancia: 100% T / 0A. 5. Perilla o botón para ajustar 0 % de transmitacia: 0% T 6. Pantalla indicadora de valores. 7. Perilla para ajustar absorbancia: A Botón para imprimir. 10 de 11

10 Pasos a seguir para operar los equipos: Espectrofotometros. 1. Prenda el equipo aproximadamente 20 minutos antes de usarlo, para que este se ambientalice. 2. Coloque la longitud de onda con la cual va a trabajar (perilla 2). 3. Introduzca la celda con la muestra (patrón o analito) en el compartimiento Seleccione la variable transmitancia con la perilla o botón Ajuste el 100% de transmitancia con la perilla o botón 4 (100% T). Aparece el la pantalla el valor Ajuste el 0% de transmitancia con la perilla o botón 5 (0% T). Aparece en la pantalla el valor de 11