TP 03 Espectrofotometría de Mezclas

Universidad Nacional de La Plata
Licenciatura en Química
Química Analítica III
TP 3
Espectrofotometría de Mezclas de Componentes
Cuando se prepara una solución de dos sustancias coloreadas, la presencia del segundo
componente a veces produce 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 que se propone para el siguiente trabajo no podría realizarse de
manera simple y directa. Sin embargo, hay muchas circunstancias en que los componentes no
interactúan entre sí de ese modo la presencia de uno no afecta ninguna de las propiedades de absorción
del otro. En tal caso la absorción de luz de estos componentes es aditiva, es decir, que la absorbancia
total de la solución es la suma de las absorbancias individuales que tendrían ambas sustancias si
estuvieran en soluciones separadas y fuesen medidas bajo las mismas condiciones. Cuando esto se
cumple es posible realizar un análisis espectrofotométrico simultáneo para ambos componentes. Para
descartar posibles interacciones es necesario previamente investigar, a) los espectros de absorción de
cada una de las sustancias en soluciones separadas y b) el espectro de una solución mezcla y
comprobar la condición de aditividad.
En este trabajo práctico, se llevará a cabo el análisis del sistema Cr(III) - Co(II). En primer
lugar se verificará con soluciones patrón que las absorbancias son aditivas, y en segundo lugar se
determinará la concentración de Co(II) y Cr(III) en una solución-mezcla problema.
Elección de las longitudes de onda de trabajo
Si del análisis de los espectros de los componentes individuales encontráramos una longitud
de onda en donde uno de los componentes absorbe y mientras que el otro no, y otra en que ocurriera lo
contrario para el otro componente, entonces estas dos longitudes de onda pueden ser usadas
separadamente para analizar cada uno de los componentes de la mezcla. En tal caso el análisis de cada
uno de ellos sería como si el otro componente no existiera y se estuviera analizando por separado.
Desafortunadamente como se observa en el gráfico de los espectros de Co y Cr este no es nuestro
caso.
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Mezcla cromo - cobalto
0.8
0.7
Absorbancia
0.6
0.5
0.4
suma
cobalto
0.3
mezcla
0.2
0.1
cromo
0.0
350
400
450
500
550
600
650
700
λ [nm]
Debemos elegir una longitud de onda (1) donde la absorbancia del Co(II) sea máxima
respecto de la del Cr(III) a la misma longitud de onda. De la misma manera, deberemos elegir una 2
para Cr(III) en donde la absorbancia del Cr(III) sea máxima respecto a la de Co(II) a esa misma
longitud de onda. El análisis se hace como sigue: si que cada componente cumple con la ley de
Lambert-Beer, entonces:
A=b C
Utilizando la misma cubeta el factor b será siempre el mismo, entonces, agrupando  y b en una
constante única queda:
A=k C
En esta ecuación k es la constante de proporcionalidad que relaciona la absorbancia A y la
concentración C para una sustancia particular a una determinada longitud de onda. Si preparamos una
serie de soluciones de distinta concentración, medimos su absorbancia y graficamos A vs. C
obtendremos una recta de pendiente k (gráficos de Beer). 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 i, debe ser representada como la sumatoria de las absorbancias
individuales:
A i =∑ k ij C j
i
donde A es la absorbancia, C la concentración molar y k ij = b ( es la absortividad molar y b el
camino óptico). El subíndice j hace referencia refiere al componente, y el subíndice i a la longitud de
onda usada. Para un sistema de dos componentes y utilizando dos longitudes de onda diferentes las
ecuaciones a emplear serán:
A 1=k11 C1k22 C2
y
A 2=k21 C1k22 C2
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Resolviendo este sistema, se puede determinar simultáneamente la concentración de los dos
componentes en la mezcla. Los kij se obtienen de las pendientes de los gráficos de Beer de las
soluciones de las sustancias puras a cada una de las las longitudes de onda a utilizar.
Experimental
Equipos:
Espectrofotómetro Spectronic 20
Espectrofotómetro doble haz Cintra
Soluciones madres
Nitrato de cobalto Co(NO3)2 0.1880M
Nitrato de Cromo Cr(NO3)3 0.0750M
Material necesario
5 Matraces de 25 ml
pipetas de doble aforo de 5, 10 y 20 ml
cubetas
I. Demostrar la aditividad de las absorbancias de las soluciones de Cr(III) y Co(II)
a) Preparar las siguientes soluciones:
a) 25 ml de Cr(NO3)3 0.0150 M a partir de la solución 0.0750M llevando a volumen con A.D..
b) 25 ml de Co(NO3)2 0.0752 M a partir de la solución 0.1880 M llevando a volumen con A.D..
c) 25 ml de mezcla 0.0200 M en Cr(NO3)3 y 0.0752 M en Co(NO3)2.
b) Determinar el espectro de absorción de las soluciones de Co y de Cr y el de la mezcla de ambos
contra un blanco de AD. Si no es posible determinar en espectro completo leer punto a punto entre:
375 y 625nm.
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c) En un mismo gráfico representar los tres espectros medidos y también en obtenido mediante la
suma de las absorbancias medidas para las soluciones puras. Si el espectro-suma y el espectro de la
mezcla coinciden entonces se cumple la condición de aditividad de absorbancias y, por tanto, no hay
interacción entre los componentes.
¿Podría realizarse la determinación si la aditividad se cumple para algunas longitudes de onda
pero para otras no?
II. Determinación de las constantes “k” de las gráficas de la ley de Beer.
a) Preparar las siguientes soluciones:
b) 25 ml de Cr(NO3)3 0.0150 M (ésta solución fue preparada en el punto I) y 0.0300 M a partir
de la solución de concentración 0.0750M llevando a volumen con A.D..
c) 25 ml de Co(NO3)2 0.0376M y 0.0752 M (ésta solución fue preparada en el punto I) a partir de
la solución 0.1880 M llevando a volumen con A.D..
b) Seleccionar de los espectros de Cr y Co las longitudes de onda adecuadas para hacer las lecturas de
absorbancia de las seis soluciones anteriores.
c) Para cada longitud de onda medida, graficar absorbancia vs concentración para cada compuesto. De
las pendientes determinar los valores de k.
III. Determinación de la concentración de Cr y Co en una solución problema
A las longitudes seleccionadas en el punto anterior medir la absorbancia de la muestra desconocida y
resolviendo el sistema de ecuaciones calcular la concentración de Cr y Co en la muestra
Bibliografía
Reilly y Sawyer : Experimental for Instrumental Methods.
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