INFORME No. 2

UNIVERSIDAD METROPOLITANA
FACULTAD DE CIENCIAS Y ARTES
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
LABORATORIO DE QUÍMICA II
FECHA: 20/01/2011
INFORME No. 2
NOMBRES: Jorge De Sousa; carnet # 200909710
Javier León; carnet # 200903290
Determinación de una constante de equilibrio por espectrofotometría.
Uso del Spectronic Genesys
Para esta práctica se planea obtener el valor matemático de la
constante de equilibrio de la reacción 𝐹𝑒 +3 + 𝑆𝐶𝑁 − ⟷ 𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)+2 a través
del uso del espectrofotómetro, el cual es un aparato que mide la longitud
de onda de una celda que contiene al ion monotiocianato férrico
(𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)+2 ). El espectrofotómetro se basa en la ley de Beer-Lambert la cual
dice que hay una relación exponencial entre la transmisión de luz a través
de una sustancia y la concentración de la sustancia, así como también
entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa, si se
conoce la longitud de onda y el coeficiente de absorción se puede
determinar la constante de equilibrio a través de la cantidad de luz
transmitida.
Parte A
Cuente las gotas hasta que
el menisco del cilindro
graduado este en 6ml. Anote
los resultados
Tome una pipeta
volumetrica un beaker y un
cilindro graduado
Repita el paso anterior y
cuente las gotas
necesarias para que el
menisco llegue a los 7ml.
Anote los resultados y
guarde los resultados.
Ponga 10 ml de Fe(NO3)3
en el beaker, con la pipeta
transfiera 5 ml al cilindro
graduado.
Parte B
Cure la pipeta volumetrica
con 5ml de KSCN al 5
*10^-4 y paselo al balon
aforado de 25ml. diluya
hasta la marca agrege
unas gotas de HNO3
Transfiera con la piepta
volumetrica 10 ml de la
solucion anterior a un
beaker de 50 ml. ahora
transfiera 5ml a la celda
del espectrofotómetro.
Configure el
espectofotómetro a una
longitu de onda de 450
nm. ajuste el cero y el
100% a la configuracion de
la transmicion del
espectrofotómetro usando
la solucion diluida como
blanco.
Usando la pipeta
volumetrica tome 5ml de la
solucion de la parte A y
vierta una gota dentro de
la celda. Tome otra piepta
absorva el contenido de la
celda y mezcle la
sustancia dentro de la
pipeta. Trate de que al
vertir la sustancia en la
celda no derramar el
liquido
Inserte la celda en el
espectrofotómetro y recoja
el % de transmicion de la
muestra.
Repita el porceso nueve
veces añadiendo una gota
adicional por cada vez que
se mezcle la sustancia y
se mida el % de
transmicion.
Limpie la celda con agua
destilada y con una
solucion de HNO3 al 0.5 M
Vuelva al paso 4) y realize
un segundo analisis con
una muestra de fresca de
KSCN de 5ml
Las variables a analizar en esta práctica son el coeficiente de
extinción molar o coeficiente de absorción (ε), la longitud de la celda ( l = 1
cm) , la absorbencia y la trasmitancia. La absorbencia o densidad óptica
es la capacidad de absorción de la luz de un elemento óptico para una
longitud de onda determinada, esta viene siendo la relación logarítmica
de la intensidad de luz incidente entre la intensidad e luz transmitida. El
coeficiente de absorción o el coeficiente de extinción es un parámetro
que define cuan fuertemente una sustancia absorbe la luz. El valor del
coeficiente de absorción varía según los materiales absorbentes y con la
longitud de onda para cada material en particular. Se suele determinar
experimentalmente. La trasmitancia se define como la fracción de luz
incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a través de una
muestra.
Tabla de constantes físicas y grados de toxicidad de los reactivos
Grado de Propiedades
Pictograma
Frases R
Toxicidad
Físicas
Fe(NO3)3(ac)
R 8: Peligro
de fuego en
contacto
con
DL50 / oral /
materiales
rata = 3250
combustibles.
mg/kg
R 34: Provoca
quemaduras.
R20 Nocivo
por
inhalación.
R21 Nocivo
en contacto
con la piel.
R22 Nocivo
por ingestión
KSCN(ac)
Estado
físico: Sólido
Color:
Amatista
pálido.
Pto.
De
fusión: 47 ºC
Densidad
Relativa:
1,68 g/cm3
Estado
físico: Sólido
Color:
R52 Nocivo
incoloro
para
los DL 50 / oral Pto.
De
organismos
/ rata = 854 fusión: 175
acuáticos.
mg/Kg
ºC
Densidad
R53 Puede
Relativa:1,89
provocar a
g/cc
largo plazo
efectos
negativos en
el
medio
ambiente
acuático.
El grado de toxicidad de una sustancia se mide por la siguiente tabla:
Categoría
DL50
oral/rata DL50 cutánea
(mg/Kg)
rata o conejo
(Mg/Kg).
Muy toxicas
<20
<50
Toxicas
25-200
50-400
Nocivas
200-2000
400-2000
DL50: dosis letal media; CL50: concentración letal media
CL50
Inhalada en rata
(mg/L)
<0.50
0,50-2
2-20
Cálculos
IO: intensidad de luz incidente
log
𝐼𝑂
= 𝐾 ∗ 𝐶 . Ecuación de la ley de Beer´s
𝐼
I: intensidad de luz
transmitida
log
𝐼𝑂
𝐼
= 𝜀 ∗ 𝑐 ∗ 𝜄 . Ecuación de la ley Berr-Lambert
K, Ɛ: Coeficiente de
extinción
L: Longitud de la
celda
ε: coeficiente de absorción
𝐴 = log
𝐼𝑂
𝐼
= 𝜀 ∗ 𝜄 ∗ 𝐶 . C: Concentración del producto
La densidad óptica o absorbancia es igual al producto del
coeficiente de absorción por la longitud de la celda por la concentración.
Se sabe que la transmitancia es el logaritmo entre I/IO la relación que
existe entre esta y la densidad óptica es:
log
𝐼
= 𝑇 ⇒ 𝑇 = 10−𝐴 ⇒ 𝑇 = 10−𝜀∗𝜄∗𝐶
𝐼𝑂
%𝑇 = log
𝐼
∗ 100
𝐼𝑂
Hipótesis.
A través del uso de los espectrofotógrafo se quiere encontrar el valor
matemático de la constante de equilibrio de una reacción de 𝐹𝑒 +3 +
𝑆𝐶𝑁 − ⟷ 𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)+2. El espectrofotómetro funciona basado en la ley de
Beer-lambert la cual relaciona la intensidad de luz entrante en un medio
con la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca
una absorción de la luz. Todo esto es en función de: expresar la región
absorbente y la concentración de la especie. El valor de la constante de
equilibrio se puede determinar teóricamente a través del cálculo de la
concentración del producto a través del reactivo limitante ya que se
tienen las concentraciones de los reactivos y se sabe que uno estará en
exceso. Experimentalmente se calculara el valor del coeficiente de
absorción (ε) siendo este la variable a analizar en esta practica, el
procedimiento consiste en agregar cantidades variables de una solución
conteniendo Fe3+ a un volumen conocido de solución conteniendo SCN-.
Al aumentar la cantidad de Fe3+ agregado, aumenta la concentración
de monotiocianato férrico, y la solución se torna cada vez más coloreada
(es decir, aumenta su Absorbancia). La determinación se realiza a una
longitud de onda donde el ion Fe (SCN)2+ es la única especie que
absorbe. Según la ley de Lambert-Beer: A = ε. ι. [Fe(SCN)2+]eq sabiendo
que la concentración se puede determinar manualmente se planea
demostrar la relación del coeficiente de absorción y la constate de
equilibrio a través de un grafico 𝐾 𝑣𝑠 𝐴 donde la pendiente de la recta será
el valor del coeficiente de absorción (ε)
.
Tratamiento de residuos.
Al finalizar la práctica separe los productos en ácidos y básicos,
luego deseche todos los productos en el desagüe y deje el agua correr.
Bibliografía
http://matematica.laguia2000.com/general/ley-de-beer-lambert
http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_extinci%C3%B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Beer-Lambert
http://www.lib.utexas.edu/chem/info/molabscoeff.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Transmitancia
Experimento, Resultados y Análisis
Parte 1: Se mezclo en 5 balones aforados de 25 ml las siguientes
cantidades de cada uno de los compuestos presentados según la
siguiente tabla:
Balón aforado
(25 ml)
1
2
3
4
5
KSCN(ac)
0,0020 M
5 ml
4 ml
3 ml
2 ml
1 ml
Fe(NO3)3(ac)
0,20 M
5 ml
5 ml
5 ml
5 ml
5 ml
HNO3
0,05 M
15 ml
16 ml
17 ml
18 ml
19 ml
De cada balón se tomo una muestra, la cual se usaría para medir la
absorvancia de la sustancia para cada caso, esto utilizando el
espectrofotografo a una intensidad de luz constante de 440 nm
obteniendo los siguientes resultados:
Resultados 1:
Para calcular la concentración de FeSCN+2 se utilizo el siguiente
procedimiento matemático: Se multiplico la concentración y el volumen
del reactivo limitante (KSCN), a este resultado se le dividió el volumen total
de solución, dando la concentración del complejo de hierro como
resultado de esta división.
Ejemplo: en el primer balón aforado
5ml de SCN- * (0,0020 M) = 0.01
0,01 / 25ml = 0,0004
Muestra
1
2
3
4
5
Concentración de
FeSCN+2
0,0004
0,00032
0,00024
0,00016
0,00008
Absorvancia
1,387
1,063
0,811
0,522
0,216
A partir de estos resultados podemos plantear la siguiente grafica:
Curva de calibracion
1.6
y = 3603.7x - 0.0651
R² = 0.9988
1.4
Absorvancia
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045
Concentracion
Análisis parte 1:
En el grafico de la curva de calibración podemos apreciar la
tendencia de la recta y su pendiente la cual representa el coeficiente de
calibración o el “ε” del compuesto (ε =3603,8), esta es una constante que
se puede usar para determinar la concentración de FeSCN- sin importar la
medida en la cual se mezclen los compuestos, cabe mencionar que este
coeficiente solo es alterado por la intensidad de la luz.
Parte 2: Como en la primera parte se procedió a tomar 1 muestra de
cada una de las 5 muestras preparadas según la siguiente tabla.
1
2
3
4
5
HNO3
(0,05 M)
4 ml
3 ml
2 ml
1 ml
0 ml
Fe(NO3)3
(0,002 M)
5 ml
5 ml
5 ml
5 ml
5 ml
KSCN
(0,002 M)
1 ml
2 ml
3 ml
4 ml
5 ml
Se tomo una muestra de cada mezcla, y se midió con el uso del
espectrofotómetro, la absorbancia de cada, en esta parte tenemos que
calcular el valor de la constante de equilibrio del compuesto, para esto
necesitamos la concentración de cada compuesto en la mezcla y la
concentración del complejo de hierro que obtuvimos como producto, este
lo calcularemos haciendo uso de la fórmula 𝐴 = 𝜀 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶 donde “L” es la
longitud de la celda la cual conocemos, “ε” es la constante que
calculamos en la primera parte, y “c” es lo que procederemos a calcular,
con la siguiente fórmula:
Ejemplo:
𝐶 = 𝐴/(ε ∗ L)
𝐶 = 0,762/(3603,8 ∗ 1)
𝐶 = 2,11e-4
Los resultados arrojados están completos en la siguiente tabla:
Muestra
Absorvancia
1
2
3
4
5
0,762
1,550
2,267
3,027
3,964
Concentración de
FeSCN+2
2,11e-4
4,30 e-4
6,29 e-4
8,39 e-4
1,09 e-3
Para calcular la concentración de cada reactante usamos la
ecuación en equilibrio de la solución, y el valor de la concentración del
complejo de hierro, los resultados se pueden observar en la siguiente tabla.
Absorbancia
1
2
3
4
5
0,762
1,550
2,267
3,027
3,964
Concentración
de FeSCN+2
2,11 e-4
4,30 e-4
6,29 e-4
8,39 e-4
1,09 e-3
Concentraci Concentraci
ón de Fe+3
ón de SCN2,01 e-4
2,09 e-4
4,2 e-4
4,26 e-4
6,19 e-4
6,23 e-4
8,29 e-4
8,31 e-4
1,08 e-3
1,08 e-3
Keq
5022,73
2403,30
1631,06
1217,88
934,49
2241,892
Análisis parte 2:
De estos resultados podemos decir, que se nota una dependencia
en la mezcla de SCN- ya que este es el reactivo que se encuentra
limitando la reacción, impidiendo la formación de mas producto, cabe
destacar que esta reacción solo ocurre en medio acido, de allí que sea
necesario utilizar HNO3 como medio, ya que si lo hiciéramos en presencia
de agua, la reacción forma hidróxido de hierro, el cual al no ser soluble,
precipita y rompe el complejo de hierro FeSCN+2.
Conclusiones
En la práctica anterior pudimos comprobar que la constante de
equilibrio solo es modificada por la temperatura, la concentración de los
compuestos que actúan en la reacción y el volumen de la sustancia en
general,