PRÁCTICA 17 ESTUDIO ESPECTROFOTOMÉTRICO DEL EQUILIBRIO. = E l c. A = log I I

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1 PRÁCTICA 17 ESTUDIO ESPECTROFOTOMÉTRICO DEL EQUILIBRIO 1.- FUNDAMENTO TEÓRICO. Si un haz de luz blanca pasa a través de una celda de vidrio que ha sido llenada con un líquido, la radiación emergente es de menor intensidad que la radiación que entra. Esta pérdida se debe fundamentalmente a las reflexiones en la superficie y a la difusión provocada por las partículas en suspensión que se encuentran en el fluido; en cambio en los líquidos claros, el fenómeno ocurre debido a la absorción de la energía radiante por el líquido. El color aparente de la solución es siempre el complementario del color absorbido. De modo que una solución que absorba en la región del azul, aparecerá como morada, etc. En los métodos analíticos no solo se usan la absorción en la región del espectro visible sino que también son aplicables a las regiones del UV e IR. La absorción de radiación visible o UV se asocia a transiciones en los estados electrónicos, mientras que la absorción en el IR produce transiciones entre estados vibracionales. Para el químico, la importancia de las soluciones coloreadas descansa en el hecho de que la radiación absorbida es característica del material que absorbe. El término generalmente empleado en los análisis químicos basados en la medida de la absorción de la radiación es el de absorciometría. El término colorimetría debe aplicarse solamente en relación con la región del espectro visible. La específicamente al uso del espectrofotómetro. El tratamiento cuantitativo de la absorción de la energía radiante por la materia depende del principio general conocido como ley de Beer-Lambert, cuyo enunciado es el siguiente: "La intensidad del haz incidente disminuye exponencialmente con un aumento en el recorrido a través del medio absorbente y con el aumento en la concentración de las especies absorbentes". Su expresión matemática es como sigue: A = log I I 0 = E l c donde: A = absorbancia, I o = intensidad radiante que entra en la celda, I = intensidad que sale de la celda, E = absortividad, c = concentración de la disolución, l = longitud de la celda, T = transmitancia (I o /I). 17-1

2 2.- OBJETIVO DE LA PRÁCTICA. En esta práctica se realizará el estudio del equilibrio de formación del ion complejo FeSCN 2+ mediante un método espectrofotométrico. 3.- MATERIAL Y REACTIVOS MATERIAL. 10 Tubos de ensayos 1 Gradilla 1 Pie 2 Nueces 2 Pinzas 2 Buretas 1 frasco lavador 1 pipeta de 10 ml 2 matraces aforados de 100 ml 2 matraces aforados de 250 ml REACTIVOS. Disolución de HNO M Disolución de sulfocianuro potásico M Disolución de nitrato de hierro (III) 0.1 M Disolución de nitrato de hierro (III) M 4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PROCESO EXPERIMENTAL. El empleo de un método espectrofotométrico para el estudio del equilibrio puede resultar adecuado, ya que permite determinar las concentraciones de las especies presentes en una disolución sin modificarlas. En esta práctica se realizará el estudio del equilibrio de formación del ion complejo FeSCN 2+ mediante la observación del color rojo intenso del complejo FeSCN 2+. Fe 3+ + SCN - FeSCN 2+ Para ello, se procederá de la forma que a continuación se describe: 17-2

3 A.- Determinación del máximo de absorción. Medir la absorción del ion complejo en el rango de trabajo del aparato para poder así seleccionar la longitud de onda más adecuada para el análisis. B.- Calibración del espectrofotómetro. Para que pueda llevarse a cabo la determinación cuantitativa de la absorbancia debida al ion FeSCN 2+, es necesario conocer como varia la absorbancia, a la longitud de onda en que aparece el máximo, al variar la concentración de la especie activa. C.- Evaluar la constante de equilibrio K f (constante de formación) mediante la determinación de [FeSCN 2+ ], [SCN - ] y [Fe 3+ ] en una mezcla en equilibrio, combinando medidas experimentales con cálculos teóricos METODOLOGÍA DEL PROCESO USO DEL ESPECTROFOTÓMETRO. Para realizar las medidas de absorbancia se emplearán los tubos propios del espectrofotómetro. Comenzar con agua pura para calibrar el cero de absorbancia a la longitud de onda del máximo de absorbancia. A continuación sustituirlo por un tubo con una de las soluciones de la serie y medir la absorbancia, y continuar así para toda la serie. Mantener los tubos del espectrofotómetro secos y limpios. Si se vertiera alguna disolución sobre el aparato llamar al profesor inmediatamente para que lo limpie antes de que el ácido nítrico haya podido corroerlo REALIZACIÓN PRACTICA. Todas las disoluciones serán preparadas en tubos de ensayo. Deberán contener los volúmenes especificados de las disoluciones de Fe 3+ y SCN -, 5.0 ml de HNO M y suficiente agua para que el volumen final de la disolución sea 20.0 ml. Apartado A: Determinación del máximo de absorción del complejo FeSCN 2+ Para estudiar el espectro, preparar una disolución que contenga 10.0 ml de Fe M, 1.0 ml de SCN M, 5.0 ml de HNO M, y 4.0 ml de H 2 O. Medir la absorbancia de esta disolución a intervalos de 10 nm desde 540 a 390 nm. Representar gráficamente los valores de absorbancia frente a los de longitud de onda. A partir de la figura así obtenida determinar la longitud de onda donde aparece el máximo de absorbancia. En los apartados B y C de esta práctica, colocar el espectrofotómetro en la longitud de onda del máximo de absorbancia determinado en el apartado A. Apartado B: Construcción de una curva de calibrado de la absorbancia frente a la concentración de FeSCN

4 Para hacer esto, preparar una serie de seis disoluciones que contengan los volúmenes de las disoluciones de Fe 3+, SCN - y H 2 O que se indican en la siguiente tabla. Debe tenerse en cuenta que las disoluciones se deben añadir en el orden siguiente: 1) la disolución de HNO 3, 2) la disolución de Fe +3, 3) la disolución de SCN -, desde una bureta, y 4) el H 2 O, también desde una bureta. Fe M (ml) SCN M (ml) HNO M (ml) H 2 O (ml) Medir la absorbancia de cada disolución. Podemos asumir que todo el SCN - se ha convertido en FeSCN 2+ ya que todas estas disoluciones contienen un gran exceso de Fe 3+. Así, podemos calcular [FeSCN 2+ ] simplemente considerando la dilución del SCN -. Esta gráfica será usada en la siguiente etapa para tomar los valores de [FeSCN 2+ ] en el equilibrio. Apartado C: Medir la absorbancia en la longitud de onda correspondiente al máximo de absorbancia para cada una de las disoluciones que se indican en la tabla que sigue. En estas disoluciones hay cantidades apreciables de las tres especies en equilibrio. Determinar [FeSCN 2+ ] a partir de la gráfica obtenida en el apartado anterior. Calcular [Fe 3+ ] y [SCN - ] restando [FeSCN 2+ ] a las concentraciones iniciales de Fe 3+ y SCN -. Calcular K f = [FeSCN 2+ ]/([Fe 3+ ][SCN - ]) para cada caso. Preparar siete disoluciones utilizando los volúmenes de las disoluciones de Fe +3, SCN - y H 2 O que se indican en la siguiente tabla. Fe M (ml) SCN M (ml) H 2 O (ml) Representación Gráfica. Absorbancia (ordenadas) vs conc. de FeSCN 2+ en mol/l (abscisas) 17-4

5 2+ Ajuste de regresión para: A = A + E l [ ] 0 FeSCN 17-5