Métodos ópticos. TP 6.

QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL.
MÉTODOS ÓPTICOS DE ANÁLISIS.
TP 6: Análisis espectrofotométrico simultáneo de dos componentes de una mezcla.
Cuando se prepara una solución de dos sustancias coloreadas, la presencia del segundo componente generalmente
producirá un cambio en las propiedades de absorción de luz de la primera sustancia. En estas condiciones, la absorbancia de
los componentes no es aditiva debido a la mutua interacción y un experimento como el presente no podría hacerse de una
manera simple y directa.
Sin embargo, hay muchas circunstancias en que los componentes no reaccionan o interactúan entre sí y no afectan
ninguna de las propiedades de absorción del otro. La absorción de luz de estos componentes es aditiva. Es decir, la
absorbancia total de la solución es justamente la suma de las absorbancias individuales que tendrían ambas sustancias si
estuvieran en soluciones separadas, con la misma concentración que en la solución mezcla y medidas bajo las mismas
condiciones. Cuando esto es cierto para los componentes de una solución, existe la posibilidad de realizar un análisis
espectrofotométrico simultáneo para ambos componentes.
Para evitar la aparición de posibles interacciones no deseables, como primera medida es necesario investigar, en forma
separada, la naturaleza del espectro de absorción de cada una de las sustancias que van a ser analizadas y el espectro de la
solución mezcla constituida por las mismas sustancias.
En este trabajo práctico, se llevará a cabo el análisis del sistema Co(II)-Cr(III). En primer lugar se demostrará que las
absorbancias son aditivas y en segundo lugar se determinará la concentración de Co(II) y Cr(III) en una solución mezcla de
ambos.
Elección de la longitud de onda de trabajo, verificación de la relación de aditividad de las absorbancias y determinación de la
concentración en el caso de dos componentes
Si del análisis de los espectros de cada uno de los componentes, encontráramos que hay una longitud de onda casi no
absorbida por el cobalto pero fuertemente absorbida por el cromo y alguna otra en los que ocurriera lo contrario, entonces
estas dos longitudes de onda pueden ser usadas separadamente para analizar cada uno de los componentes de la mezcla, de
la misma manera en que se hace el análisis de cada uno de ellos por separado, o sea como si el otro componente no existiera.
Sin embargo, como se observa en la figura de los espectros de cobalto y cromo, este no es el caso. Debemos elegir una
longitud de onda (λ1) donde el Co(II) tenga un máximo y al mismo tiempo, la absorbancia sea un mínimo para el Cr(III). La
longitud de onda λ2 corresponderá a un máximo del Cr(III) y un mínimo para el Co(II).
Figura 8. Absorbancia en función de la longitud de onda de tres soluciones: Cr(NO3)3 0,010 M (círculos azules), Co(NO3)2 0,100 M (cuadrados
rojos) y una mezcla 0,010 M en Cr(NO3)3 y 0.10 M en Co(NO3)2 (triángulos verdes). La curva representada por la línea discontinua corresponde a
la suma algebraica de los valores de absorbancia de las soluciones de cromo y cobalto.
El análisis se hace como sigue:
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- Si cada componente j cumple con la ley de Lambert-Beer, entonces, para una longitud de onda determinada:
- Utilizando la misma cubeta para cada muestra a analizar, el factor b será el mismo, entonces combinando ελij y b, como una
constante de extinción kλij queda:
En esta ecuación, kλij es la constante de proporcionalidad que relaciona la absorbancia Aλij y la concentración Cj, para una
sustancia j, a una determinada longitud de onda λi. Si preparamos una serie de soluciones de la sustancia j, de distinta
concentración, medimos su absorbancia y graficamos estas lecturas en función de la concentración, obtendremos una recta de
pendiente kλij.
- Para una solución que contiene n componentes que absorben la luz, cuyas absorbancias son aditivas, la absorbancia total de
la solución a una determinada longitud de onda λi, debe ser representada como la sumatoria de las absorbancias individuales:
donde Aλi es la absorbancia a la longitud de onda λi, Cj es la concentración molar de j y kλij = ελijb (ελij es la absortividad
molar y b el camino óptico). El subíndice j se refiere al componente, el subíndice i se refiere a la longitud de onda usada.
- Para un sistema de dos componentes (A y B), utilizando dos longitudes de onda diferentes (λ1 y λ2), las ecuaciones a emplear
para el análisis serán:
- Resolviendo este sistema, se puede determinar simultáneamente la concentración de los dos componentes en la mezcla,
previa determinación de los constantes de extinción: kλ1A, kλ1B, kλ2A y kλ2B, a partir de las gráficas de Beer construidas con
valores de absorbancia y concentración de soluciones patrón.
Desarrollo experimental
Equipo:

Espectrofotómetro Spectronic 20

Espectrofotómetro doble haz Cintra
Soluciones:

Nitrato de cobalto Co(NO3)2 de distintas concentraciones.

Nitrato de cromo Cr(NO3)3 de distintas concentraciones.

Mezcla Co(NO3)2 / Cr(NO3)3 de concentración conocida.

Mezcla desconocida.
Materiales necesarios:

Cubetas plásticas

Papel tipo Tissue
Procedimiento:
I. Demostrar la aditividad de la absorbancia de las soluciones de Cr(III) y Co(II)
a) Se dispondrá de las siguientes soluciones en frascos goteros (verificar las concentraciones con las que se usarán en l
la práctica):
- Cr(NO3)3 0,010 M.
- Co(NO3)2 0,100 M.
- Mezcla 0,010 M en Cr(NO3)3 y 0,100 M en Co(NO3)2.
b) Determinar el espectro de absorción de las soluciones preparadas en a), contra agua destilada como blanco. Hacer
lecturas a: 375, 400, 410, 425, 440, 455, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 570, 575, 580, 600 y 625 nm.
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c) En un mismo gráfico representar los tres espectros experimentales y la suma algebraica de las absorbancias de las
soluciones Cr(NO3)3 0,010 M y Co(NO3)2 0,100 M. Los puntos de esta suma deben coincidir con la curva de la mezcla,
demostrando que la condición de no interacción se cumple en este sistema.
Medidas experimentales de absorbancia
λ / nm
A1: Cr (III) 0,010 M
A2: Co (II) 0,100 M
A3: Mezcla Cr/Co
Suma algebraica
A1 + A2
375
400
…
II. Determinación de las constantes k de las gráficas de la ley de Lambert-Beer.
a) Se dispondrá de las siguientes soluciones en frascos goteros (verificar las concentraciones con las que se usarán en l
la práctica):
- Cr(NO3)3 0,005 M, 0,010 M, 0,015 M.
- Co(NO3)2 0,050 M, 0,10 M, 0,15 M.
b) Seleccionar de los espectros de Cr y Co,
las longitudes de onda λ1 y λ2 adecuadas para hacer las lecturas de
absorbancia de las seis soluciones anteriores. Recordar que deben escogerse aquellas longitudes de onda para las
cuales la diferencia entre la absorbancia de Cr y de Co sea máxima.
c) Para cada longitud de onda medida, graficar absorbancia vs. concentración para cada compuesto. Recordar que las
rectas deben pasar por el origen. En la figura 9 se muestran dos gráficos esquemáticos, representando el
procedimiento en cuestión.
Figura 9. Absorbancia en función de la concentración de soluciones patrón de Cr(NO 3)3 (izquierda) y Co(NO3)2 (derecha).
d) A partir de las pendientes, determinar los valores de k.
III. Determinación de la concentración de Cr y Co en una solución problema
A las mismas longitudes de onda del punto anterior, medir la absorbancia de la muestra desconocida. Determinar la
concentración de Cr y Co en la muestra, reemplazando los valores de k correspondientes y resolviendo el siguiente sistema de
ecuaciones:
Bibliografía
- Reilly, C. N., Sawyer, D. T., Experiments for Instrumental Methods, McGraw-Hill, 1961.
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