PRÁCTICA 5

PRÁCTICA 5
DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE LOS COMPONENTES DE UNA
MEZCLA BINARIA POR ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR
1.- FUNDAMENTO TEÓRICO
En la práctica 2 se estudió la aplicación de la espectrofotometría al análisis químico de un solo
compuesto en una muestra. En este caso, la misma técnica será aplicada al análisis de dos compuestos
en una misma muestra de manera simultánea.
La absorción de radiación electromagnética es una propiedad aditiva, esto es, en el caso de
encontrarse dos o más compuestos absorbentes en una misma muestra, la absorbancia de dicha
muestra para cada longitud de onda será la suma de las absorbancias individuales de los diversos
componentes para dicha longitud de onda:
Amuestra= A1 + A2 + ...... + An = å1bc1 + å2bc2 + ..... + ånbcn
Esto supone un problema cuando los espectros de absorbancia de los diversos componentes
están muy cercanos entre sí, pues se produce el solapamiento entre ellos (interferencias espectrales),
y el resultado obtenido al realizar el espectro de absorbancia de la muestra es un solo espectro como
resultado de la suma de todos los espectros individuales. En este caso, no conocemos a priori la
aportación de cada componente individual a la absorbancia total de la muestra (la que medimos con
el espectrofotómetro), y por tanto no es posible cuantificar la concentración de cada uno de ellos
siguiendo el mismo proceso de calibración utilizado cuando sólo tenemos un compuesto (descrito en
la práctica 2).
Para el caso de una mezcla de dos componentes, P y Q, cuyas máximas absorbancias se
obtienen a dos longitudes de onda muy próximas entre si, ë 1 y ë2, la absorbancia de la muestra medida
a las longitudes de onda características de los dos compuestos será:
Para ë1:
Aë1(muestra) = Aë1(P)+ Aë1(Q) = åë1(P) b cP + åë1(Q) b cQ
[1]
5-1
Para ë2:
Aë2(muestra) = Aë2(P)+ Aë2(Q) = åë2(P) b cP + åë2(Q) b cQ
[2]
Por tanto, para conocer las concentraciones de los compuestos P y Q en la muestra, cp y cQ,
necesitamos en este caso conocer el valor de cuatro constantes de absortividad molar: åë1(P), åë1(Q),
åë2(P) y åë2(Q). (Recordar que la absortividad molar depende del compuesto analizado y de la longitud
de onda). El proceso que nos permite calcular los valores de estas cuatro constantes, llamado
calibración, será el siguiente:
Si preparamos disoluciones individuales de los dos compuestos, y con concentración conocida,
cP’ y cQ’, al medir su absorbancia para las dos longitudes de onda obtendremos:
Para el compuesto P:
Aë1(P) = åë1(P) b cP’
Aë2(P) = åë2(P) b cP’
Para el compuesto Q:
Aë1(Q) = åë1(Q) b cQ’
Aë2(Q) = åë2(Q) b cQ’
Ahora, en cada una de las ecuaciones, todos los términos son conocidos excepto las constantes
de absortividad molar, por lo que podemos despejarlas y calcular el valor de las cuatro constantes de
proporcionalidad.
Una vez conocidos los valores de estas constantes, ya podemos sustituirlas en las ecuaciones
[1] y [2], quedándonos un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, de cuya resolución
obtendremos los valores de concentración de los dos analitos, P y Q, en nuestra muestra.
2.- OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.
Determinación simultánea de la concentración de Co3+ y Cr3+ en una muestra problema mediante
espectroscopía de absorción molecular UV-VIS.
3.- MATERIAL Y REACTIVOS.
3.1.- MATERIAL.
Procedimiento
Parte I
Como primer paso, y para conocer las longitudes de onda a las que debemos trabajar,
5-2
llevaremos a cabo la realización de los espectros de absorción de las especies químicas a analizar, tanto
aisladas como de su mezcla.
1. Realización del espectro de absorción de una muestra de Co(NO3)2.
Utilizando el procedimiento ya conocido, realizar dicho espectro y elegir la longitud de onda
para la cual la absorbancia es máxima. Anota dicha longitud de onda:
ë1 =ë(Co)=
nm
2. Realización del espectro de absorción de una muestra de Cr(NO3)3.
Igual que en el caso anterior, realizar dicho espectro y elegir la longitud de onda para la cual
la absorbancia es máxima. Anota dicha longitud de onda:
ë2 =ë(Cr)=
nm
3. Realización del espectro de absorbancia para una mezcla de ambos compuestos.
Prepara una muestra con volúmenes aproximadamente iguales de ambos compuestos y realiza
su espectro. Anota el efecto observado.
Parte II
Todavía no podemos llevar a cabo el análisis de la muestra real, puesto que desconocemos los
valores de absortividad molar necesarios para ello. Por tanto, los calcularemos experimentalmente.
1. Medición de las absorbancias de una muestra patrón de Co(NO3)2, con una [Co2+]=0,01M, para
las dos longitudes de onda antes calculadas:
A
A
λ1
Co
λ2
=
=
Co
2. Medición de las absorbancias de una muestra patrón de Cr(NO 3)3, con una [Cr3+]=0,04M, para las
dos longitudes de onda antes calculadas:
A
A
λ1
=
Cr
λ2
=
Cr
3. Basándonos en la Ley de Beer (A=åbc), y sabiendo por un ladoque el camino óptico, b, es de 1 cm,
y por otro que las absorbancias son aditivas, calcula los valores de absortividad molar a las longitudes
de onda analíticas, ë1 y ë2, de Co(NO3)2 y Cr(NO3)3, respectivamente:
ε
ε
λ1
Co
λ2
Co
=
L
mol cm
=
L
mol cm
5-3
ε
ε
λ1
Cr
λ2
=
L
mol cm
=
L
mol cm
Cr
4. Medición de la absorbancia de la muestra a las dos longitudes de onda analíticas:
Aλ1 =
Aλ 2 =
5. Cálculo de las concentraciones de Co2+ y de Cr3+ en la muestra problema, basándonos de nuevo
en la aditividad de las absorbancias y en la ley de Beeer, es decir:
Aλ 1 = ε
Aλ 2 = ε
λ1
Co
λ2
_ b _ [ Co 2+ ] + ε
_ b _ [ Co2 + ] + ε
Co
λ1
Cr
λ2
_ b _ [ Cr 3 + ]
_ b _ [ Cr 3+ ]
Cr
[ Co2+ ] =
M
[ Cr 3+ ] =
M
5-4