Determinación de las concentraciones de una mezcla de permanganato y dicromato en una solución.

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1 Trabajo Práctico Nº 2: Espectrofotometría ultravioleta visible Objetivo Ilustrar sobre los principios de la fotometría, las formas de operación práctica de los equipos, las características de absorción de la luz por soluciones y sus aplicaciones cuantitativas. Parte I Determinación de las concentraciones de una mezcla de permanganato y dicromato en una solución. Reactivos Solución de dicromato de potasio 0.01 M Solución de permanganato de potasio M Solución de ácido sulfúrico al 15% v/v. Parte experimental 1. Determinación de espectros de absorción Encienda el espectrofotómetro y aguarde a que se estabilice la fuente de radiación, al menos por 10 minutos. Seleccione el modo ABSORBANCIA y luego una longitud de onda inicial de 340 nm. Coloque la cubeta con en ácido sulfúrico al 15 % (solución blanco) en el porta celda, cierre la tapa del compartimento de muestras y presione la tecla correspondiente para obtener el 0 de Absorbancia (usar siempre la misma cubeta y en la misma posición). Coloque una solución de K 2 Cr 2 O M (en ácido sulfúrico al 15 %) en la cubeta hasta aproximadamente 4/5 partes de su volumen. Seque y limpie la superficie externa de la celda con papel absorbente libre de pelusas. Cuando la absorbancia indicada en la pantalla resulte estable, registre el valor. Seleccione las siguientes longitudes de onda y determine los valores de Absorbancia. Para cada nuevo valor de longitud de onda se debe ajustar el 0 de Absorbancia según lo indicado anteriormente nm. Repita el mismo procedimiento para una solución de KMnO M (en ácido sulfúrico al 15 %) Represente en un mismo gráfico, absorbancia vs. longitud de onda para las soluciones de KMnO 4 y K 2 Cr 2 O 7. Los equipos actuales pueden determinar los espectros de absorción en forma automática. Se debe indicar tipo de lectura (A o %T), rango de longitudes de onda donde se desea el equipo realice el barrido y solicitar una corrección de base con la solución blanco en el compartimiento de la muestra. En caso de utilizar un equipo de doble haz, la corrección de la línea de base se realiza conjuntamente con las lecturas de absorbancia de las muestras. Selección de las longitudes de onda de trabajo Observe ambos espectros de absorción y seleccione dos longitudes de onda con valores de absorbancia elevados para el permanganato o para el dicromato y con mínimas interferencias del otro compuesto. Espectrofotometría UV Visible 1

2 2. Determinación de las concentraciones de Cromato y Permanganato en una mezcla. Es posible determinar las concentraciones de dos componentes en una mezcla en forma simultánea realizando mediciones espectrofotométricas a dos longitudes de onda. A partir de las soluciones estándar de MnO 4 y Cr 2 O 7 realice las siguientes diluciones: a) Cr 2 O 7. Tome respectivamente 3, 4 y 6 ml de solución de dicromato de potasio 0.01 M y lleve a 50.0 ml con ácido sulfúrico al 15 % en un matraz aforado. b) MnO 4. Tome respectivamente 2, 3 y 4 ml de solución de permanganato de potasio M y lleva a 50,0 ml con ácido sulfúrico al 15 % en un matraz aforado. Calcule en ambos casos las concentraciones finales de permanganato y dicromato para todas las diluciones, pues le resultarán imprescindibles para la construcción de las representaciones de la ley de Beer. Para cada una de las longitudes de onda anteriormente seleccionadas, obtenga las representaciones de la ley de Beer de la siguiente manera: a) Seleccione la primer longitud de onda. b) Ajuste el 0 de absorbancia utilizando la solución de H 2 SO 4 15% como blanco. c) Mida la Absorbancia de las soluciones correspondientes, comenzando por la de menor concentración (incluya el blanco en la serie de soluciones a medir). d) Mida a continuación la absorbancia correspondiente a la solución incógnita. e) Repita el procedimiento para la segunda longitud de onda. Finalmente usted obtendrá cuatro series de datos para la realización de los 4 gráficos de Absorbancias vs. Concentración, más las correspondientes a la solución incógnita a ambas longitudes de onda. 3. Tratamiento de los resultados Represente gráficamente absorbancia (en ordenadas) vs. concentración. Estime la mejor recta de acuerdo a los valores medidos. Observe el intervalo dinámico lineal de trabajo. Si es necesario, descarte aquellos puntos que se alejen de la linealidad ocasionando desviaciones a la ley de Lambert Beer. Del gráfico de A vs concentración, calcule los valores de absortividad molar (a) de cada una de las especies a ambas longitudes de onda. Determine la concentración de cada componente en la solución incógnita según la siguiente ecuación: A 1 = a x b x C + a x b x C 2 Cr 2O 7 1 Cr 2O 7 MnO 4 1 MnO 4 A 2 = a x b x C + a x b x C Cr 2O 7 2 Cr 2O 7 2 MnO 4 2 MnO 4 4. Redacción del informe 1. Investigue las características técnicas del equipo utilizado como tipo de lámpara, rango útil de longitudes de onda, tipo de selector de longitudes de onda, ancho de banda, detector, etc. 2. En un solo gráfico represente los espectros de ambos compuestos. Señale las longitudes de onda elegidas. 3. Realice las 4 representaciones de Beer e indique los coeficientes de extinción para cada compuesto a cada longitud de onda. Indique si descartó alguna lectura. 4. Indique las concentraciones de cada compuesto en su muestra (incluya los cálculos) Espectrofotometría UV Visible 2

3 Parte II Determinación colorimétrica de Fósforo en alimentos según una modificación del método de Gomori. Fundamento El fósforo reacciona con el molibdato en medio sulfúrico para generar un ácido complejo como el heteropolifosfomolibdico, de color amarillo. En presencia de un reductor adecuado solo se reduce el molibdeno combinado con el fósforo, generándose azul de heteropolimolibdeno que es un producto intensamente coloreado de composición muy poco definida pero cuya intensidad de color puede resultar directamente proporcional a la concentración inicial de fósforo en la muestra. Reactivos Reactivo sulfomolíbdico. Mezclar 2 partes de solución de molibdato de sodio al 5 % (Na 2 MoO 4.2H 2 O) con 1 parte de H 2 SO 4 10 N y una parte de agua. Solución reductora. Disolver 1 g de metilparaaminofenolsulfato (elón) en 100 ml de solución de bisulfito de sodio al 3% Solución patrón de fósforo de 1000 ppm. Disolver cuantitativamente 11,0 g de KH 2 PO 4 en agua destilada, agregar 1 ml de H 2 SO 4 (c) y completar hasta 2,5 L con agua destilada. Solución de Trabajo de fósforo. A partir del patrón de fósforo de 1000 ppm, realizar cuantitativamente 2 diluciones sucesivas 1/10 hasta llegar a una concentración de 10 ppm. Técnica 1. Construcción de la curva de calibración y determinación de la concentración de Fósforo en leche en polvo. a. En matraces aforados de 25 ml colocar respectivamente 0.00, 2.00, 4.00, 6.00 y 8.00 ml de la solución patrón de fósforo de 10 ppm. b. En otro matraz de ml coloque una alícuota de la muestra previamente mineralizada. Estime el volumen de muestra a medir teniendo en cuenta que el contenido de fósforo en leche en polvo se encuentra cercano a 900 mg/ 100 gramos de leche, de forma tal que la intensidad de la señal generada se encuentre en el intervalo comprendido en la curva de calibración. c. Agregue a cada matraz 2.5 ml de solución sulfomolíbdica y 1 ml de solución reductora. Finalmente complete los volúmenes con agua destilada y homogeinice. d. Luego de 45 minutos de completado el enrase y antes de 90, lea las absorbancias a 670 nm. Comience por el blanco y continúe en orden creciente de concentraciones de los estándares y finalmente la correspondiente a la muestra. e. Represente A vs C. Construya la mejor recta. Descarte aquellos puntos que se apartan notablemente de la linealidad. Calcule el del complejo coloreado. A =. b. C RECOMENDACION El fósforo que contienen los detergentes caseros puede ser motivo de resultados elevados, por lo tanto se recomienda abstenerse de su uso durante la limpieza del material. Puede ser reemplazado por la mezcla sulfocrómica o detergentes no iónicos. 2. Redacción del informe Calcule la concentración de P en su muestra expresada en mg de P por cada 100 g de alimento. Incluya los datos utilizados como masa de muestra, volumen de la muestra en la reacción, diluciones, lecturas, gráficos de calibración y cálculos. Espectrofotometría UV Visible 3

4 Cuestionario 1. Defina la Ley de Lambert Beer. Desviaciones instrumentales, reales y químicas. 2. Convertir los siguientes valores de absorbancia en % de transmitancia a b c Convertir los siguientes valores de % de transmitancia en valores de absorbancias. a b c Una solución de X 4, M tiene una transmitancia de si se mide en una cubeta de 2 cm. Si se utilizara una cubeta de 1 cm Qué concentración de X haría falta para que la T aumentara 3 veces?. 5. Dibuje un diagrama de los componentes necesarios en los instrumentos para realizar mediciones de absorción molecular en el uv visible. Defina: a. ancho de banda espectral b. radiación monocromática 6. Cuál es la geometría mas adecuada y el material mas recomendado para la construcción de cubetas de lectura en el uv visible?. 7. Una solución de una especie absorbente presenta el siguiente espectro de absorción molecular. De las λ señaladas en el espectro indique cuál seleccionaría para la cuantificación espectrofotométrica de la misma y cuales no utilizaría. Justifique ordenando los puntos señalados en orden creciente, según la sensibilidad. A nm Longitud de onda 8. Indique los pasos a seguir para determinar experimentalmente la concentración de una mezcla de dos sustancias absorbentes. 9. Cuál será el efecto sobre la concentración aparente (indique si aumenta, disminuye o no se modifica) si: a. Se detecta una huella digital sobre la celda mientras se lee la Absorbancia del estándar, y se limpia antes de tomar las lecturas para las muestras en la misma celda. b. No se ajusta el cero del instrumento con disolvente antes de tomar las mediciones de absorbancia para el estándar (A = 0.751) y para una muestra a la misma concentración?. 10. Indique como procedería experimentalmente para determinar el Límite de detección, Límite de cuantificación y el rango de trabajo en una determinación espectrofotométrica 11. En la determinación de P, el alumno calcula erróneamente el volumen de muestra a utilizar en la reacción colorimétrica y obtiene una absorbancia superior al máximo del rango dinámico lineal de la curva de calibración? Cómo subsanaría su error? Espectrofotometría UV Visible 4

5 Problemas 1. Se mide la transmitancia de la solución resultante del siguiente tratamiento. Se disuelve la muestra que contiene el compuesto X, se desarrolla un complejo coloreado y se diluye a 250 ml. Porciones de 1 g de 4 patrones y una muestra dan los siguientes resultados: Muestra % T % X ? a) Construya una curva de trabajo y hallar el % X en la muestra desconocida. b) Usando sólo el dato del patrón 4 y el de la incógnita, calcule el % X de la muestra, suponiendo que se cumple la Ley de Beer. c) Idem b) pero usando el patrón 3. d) Explique los resultados obtenidos en base de un análisis de la curva de calibración. 2. Una solución de una muestra coloreada que responde a la ley de Beer, muestra una transmitancia de 80.0% cuando se mide en una celda de 1,00 cm de longitud. a) Calcule el % T para una solución de doble concentración en la misma celda. b) Cuál debe ser la longitud de la celda para obtener la misma transmitancia (80%) en el caso de una solución cuya concentración es dos veces la original? c) Si la concentración original era 0,005% (p/v), cuál es el valor de la absortividad a? Rta.: a) 64% T b) 0.5 cm c) a = L / g.cm 3. El calciferol (vitamina D 2 ) medido a 264 nm en alcohol como solvente, cumple la ley de Beer sobre un rango amplio de concentraciones con una absortividad molar de a) Si el peso molecular es 396, cuál es el valor de a? b) Qué rango de concentraciones, expresado en %, puede ser usado para el análisis si se desea mantener la absorbancia dentro de los límites 0,40,9?. Suponga b = 1cm Rta.: a) a = L / g.cm b) a g% 4. En etanol, la acetona a 366 nm tiene una absortividad molar de 2, L / cm mol. Qué intervalo de concentración de acetona podría determinarse si los tantos por ciento de transmitancia de las soluciones deben limitarse al intervalo del 10 % al 90% y se usan cubetas de 1.25 cm? Rta: M a M 5. El sistema Fe (II)ofenantrolina obedece a la Ley de Beer en el ámbito de 0 a 8 ppm de Fe(II). Una solución que contiene 0,100 ppm de Fe(II) y un exceso de ofenantrolina da una absorbancia de 0,200 en una celda de 1,00 cm. Una solución desconocida da una absorbancia de 0,470 en las mismas condiciones. a) Calcule la concentración de Fe(II) en ppm y mol/l. b) Calcule la absortividad del complejo. Rta.: a) 0.235ppm y M b) L / M.cm 6. Una alícuota de una sustancia S coloreada se diluye con un volumen igual de agua y se mide su absorbancia, siendo ésta de Otra alícuota se diluye con un volumen igual de una solución patrón que contiene M de S y la absorbancia es de Calcule la Concentración de S en la solución original. Rta.: M 7. La absortividad molar de una sustancia X es de 3500 a una longitud de onda determinada. Una solución que contiene una concentración desconocida de X y otra sustancia Y que también absorbe, tiene una transmitancia de 37.0 % a la longitud de onda determinada en una celda de 1.00 cm. Una solución patrón de M en X y la misma concentración en Y que la muestra, tiene una transmitancia de 18.5 %. Cuál es la concentración de X en la muestra?. Rta.: M 8. Una solución de una muestra que contiene MnO 4 y Cr 2 O = 7 da una absorbancia de a 500 nm en cierta celda. Luego de decolorar el MnO 4 con KNO 2, la absorbancia bajó a Una solución patrón de MnO 4 (10.0 g/ ml de MnO 4 ) tiene una A: 0.310, mientras que una solución patrón de Cr 2 O = 7 (200 g de Cr / ml) tiene una A: Calcule las concentraciones de Mn y Cr en la muestra. Rta.: g Cr / ml y 5.8 g Mn / ml Espectrofotometría UV Visible 5

6 9. Una determinación simultánea de cobalto y níquel se puede basar en la absorción simultánea de sus respectivos complejos de 8 hidroxiquinolinol. La s absortividades molares correspondientes a sus máximos de absorción son: Absortividad molar, ε 365 nm 700nm Co Ni Calcular la concentración molar de Ni y Co en cada una de las siguientes disoluciones basándose en los datos siguientes: Absorbancia, A (cubetas de 1 cm) 365 nm 700nm solución I solución II Rta.: Solución I. Co M y Ni M Solución II.Co M y Ni M 10. Porciones de un milimol de un ácido débil AH y su sal NaA se disuelven en volúmenes de un litro de diversos buffers. Las absorbancias de las soluciones resultantes a 650 nm y en una celda de 2.00 cm son: absorbancia ph Calcule las absortividades molares de HA y A y la constante de disociación del ácido HA. Rta.: Kd Se ha demostrado que la cafeína (pf: 212.1) tiene una A: para la concentración de 1 mg/ 100 ml a 272 nm. Una mezcla de 2.5 g de una muestra de café soluble se mezcló con agua hasta un volumen de 500 ml y se transfirió una alícuota de 25,00 ml a un matraz que contenía 25 ml de H 2 SO N. Esto fue sometido a un tratamiento de clarificación y se aforo a 500 ml. Una parte de esta solución tratada mostró una absorbancia de a 272 nm. a. Calcular la absortividad molar. b. Calcular el número de gramos de cafeína por gramo de café. Dato: b: 1.00cm Rta.: g de cafeína por g de café 12. Se disuelven separadamente con HNO 3 una muestra de 1.0 g de acero que contiene 0.41 % de Mn y otra muestra de una acero análogo que pesa 1.1 g y cuyo % en Mn se desconoce. Se oxida el Mn de ambas muestras a MnO 4 con IO 4, se diluyen ambas al mismo volumen y se comparan en un colorímetro de espesor variable. Se comprueba que las intensidades de color se igualan cuando el espesor de la solución patrón es un 10% menor que el de la otra solución. Calcular el porcentaje de Mn en la muestra problema. Rta.: g% de Mn 13. El quelato CuA 2 presenta un máximo de absorción a 480 nm. Cuando el reactivo complejante está presente en un exceso de al menos 10 veces, la absorbancia depende sólo de la concentración analítica del Cu(II) y cumple la ley de Beer en un largo intervalo. Una solución en la que la concentración analítica de Cu(II) es de M y que cuando A es M tiene una absorbancia de cuando se mide en una cubeta de 1 cm a 480 nm. Una solución en la que la concentración analítica de Cu(II) es M y la de A es M tiene una absorbancia de cuando se mide en las mismas condiciones. Utilizando esta información calcular la constante de formación de la reacción: Cu A CuA 2 Rta.: Kf Espectrofotometría UV Visible 6

7 14. Se realiza una determinación de Gomori según la técnica del TP. Las absorbancias obtenidas son las siguientes: Estándar Concentración Absorbancia (ppm) Muestras Masa (g) Dulce de leche Dulce de leche Calcule la concentración de P en las muestras de dulce de leche si luego de la mineralización las cenizas se solubilizaron y se colocaron en matraces de ml. Luego se realizó una dilución 1 en 25 y se tomaron 5.00 ml para la reacción de color que se desarrolló en matraces de ml. Espectrofotometría UV Visible 7