LABORATÓRIO DE ANALÍTICA II PRACTICA N° 5 ANALISIS ESPECTROFOTOMETRICO DE DOS COMPONENTES DE UN MEZCLA Estudiantes Profesor EDINELDO LANS CEBALLOS. M.Sc. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS PROGRAMA DE QUÍMICA MONTERÍA - CÓRDOBA 2015-06-25 1. OBJETIVOS Adquirir destreza en la realización de medidas experimentales de absorbancia y su aplicación a la determinación de la concentración de una mezcla de permanganato y dicromato potásicos. Determinar por el método espectrofotométrico la concentración de los componentes de una mezcla binaria que absorbe luz en la región visible. 2 2. MARCO TEÓRICO Cuando en una disolución hay varias sustancias que absorben radiación, es posible, en muchos casos, llevar a cabo su determinación sin necesidad de separar previamente los distintos componentes. Cuando se trata de dos componentes, M y N, cuyos espectros de absorción están superpuestos a todas las longitudes de onda, la forma de proceder es medir las absorbancias A1 y A2 a las longitudes de onda λ1 y λ2 respectivamente, y planteando las ecuaciones siguientes: 𝐴1 = 𝜀𝑀1 𝑏 𝐶𝑀 + 𝜀𝑁1 𝑏 𝐶𝑁 (𝑎 𝜆1) 𝐴2 = 𝜀𝑀2 𝑏 𝐶𝑀 + 𝜀𝑁2 𝑏 𝐶𝑁 (𝑎 𝜆2) Absorbancia Esto es posible porque la ley de Beer establece que la absorbancia es una propiedad aditiva, de forma que la absorbancia total de una disolución a una longitud de onda dada es igual a la suma de las absorbancias de los componentes individuales presentes en las ecuaciones anteriores, b representa el camino óptico y εM1, εM2, εN1 y εN2 las absortividades molares de M y N a las longitudes de onda λ1 y λ2, que deben ser determinadas previamente a partir de disoluciones patrón, o mejor, a partir de las pendientes de sus gráficas de absorbancia vs concentración. La pendiente de la gráfica de absorbancia vs concentración es el término 𝜺𝒃, el cual es el producto de la absortividad molar por el espesor de la cubeta, la siguiente figura ilustra este concepto: 𝜺𝒃 Concentración Figrua 1. Gráfica de absorbancia vs concentración. La pendiente de la recta determina el valor del protuco 𝜺𝒃. Si 𝒃 es uno, la absortividad molar es la pendiente de la recta. 3 3. METODOLOGÍA 1x10-3 M 8x10-4 M KMnO4 6x10-4 M 4x10-4 M 2x10-4 M PREPARACIÓN Y MEDIDA DE ABSORBANCIA DE LAS SOLUCIONES 1x10-4 M 8x10-5 M 6x10-5 M K2Cr2O7 4x10-5 M 2x10-5 M 4 4. DATOS Y RESULTADOS Para las disoluciones de KMnO4: Tabla 1. Datos de absorción para el permanganato de potasio a longitud de onda de 525.2 nm Concentración de KMnO4 (M) Absorbancia corregida 0 0,00 2x10-4 0,54 -4 4x10 1,07 -4 6x10 1,61 8x10-4 2,14 -3 1x10 2,68 1,20 ABSORBANCIA 1,00 0,80 0,60 0,40 y = 2680x + 8E-16 0,20 0,00 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 CONCENTRACIÓN DE PERMANGANATO (M) Tabla 2. Datos de absorción para el permanganato de potasio a longitud de onda de 435.2 nm Concentración de KMnO4 (M) Absorbancia corregida 0 0,00 2x10-4 0,19 -4 4x10 0,38 6x10-4 0,58 -4 8x10 0,77 1x10-3 0,96 5 1,20 ABSORBANCIA 1,00 0,80 0,60 y = 965x + 2E-16 0,40 0,20 0,00 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 CONCENTRACIÓN DE PERMANGANATO (M) Para las disoluciones de K2Cr2O7: Tabla 3. Datos de absorción para el dicromato de potasio a longitud de onda de 525.2 nm Concentración de K2Cr2O7 (M) Absorbancia corregida 0 0 2x10-4 0,248 4x10-4 0,496 6x10-4 0,744 -4 8x10 0,992 1x10-3 1,24 3,5 3 ABSORBANCIA 2,5 2 y = 1240x 1,5 1 0,5 0 0 -0,5 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 CONCENTRACION DE DICROMATO (M) 0,0012 6 Tabla 4. Datos de absorción para el dicromato de potasio a longitud de onda de 435.2 nm Concentración de K2Cr2O7 (M) Absorbancia corregida 0 0 0,624 2x10-4 1,248 4x10-4 -4 1,872 6x10 2,496 8x10-4 -3 3,12 1x10 3,5 3 ABSORBANCIA 2,5 2 y = 3120x - 8E-16 1,5 1 0,5 0 0 -0,5 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 CONCENTRACION DE DICROMATO (M) La absortividad molar de cada especie a cada longitud de onda es la pendiente de la gráfica de absorbancia vs concentración de dicha especie. Para el permanganato y dicromato potásicos, las absortividades molares son: Para el KMnO4: 𝜺𝟏(𝟓𝟐𝟓.𝟐) = 𝟐𝟔𝟖𝟎 𝒄𝒎−𝟏 𝑴−𝟏 𝜺𝟏(𝟒𝟑𝟓.𝟐) = 𝟗𝟔𝟓 𝒄𝒎−𝟏 𝑴−𝟏 Para el K2Cr2O7: 𝜺𝟐(𝟓𝟐𝟓.𝟐) = 𝟏𝟐𝟒𝟎 𝒄𝒎−𝟏 𝑴−𝟏 𝜺𝟐(𝟒𝟑𝟓.𝟐) = 𝟑𝟏𝟐𝟎 𝒄𝒎−𝟏 𝑴−𝟏 7 Las absorbancias para una mezcla binaria está dada por: 𝑨𝟓𝟐𝟓.𝟐 = 𝜺𝟏(𝟓𝟐𝟓.𝟐) 𝒃𝑪𝟏 + 𝜺𝟐(𝟓𝟐𝟓.𝟐) 𝒃𝑪𝟐 𝑨𝟒𝟑𝟓.𝟐 = 𝜺𝟏(𝟒𝟑𝟓.𝟐) 𝒃𝑪𝟏 + 𝜺𝟐(𝟒𝟑𝟓.𝟐) 𝒃𝑪𝟐 Del sistema de ecuaciones anterior tenemos: 𝑪𝟏 = 𝜺𝟐(𝟒𝟑𝟓.𝟐) 𝑨𝟓𝟐𝟓.𝟐 − 𝜺𝟐(𝟓𝟐𝟓.𝟐) 𝑨𝟒𝟑𝟓.𝟐 𝒃[𝜺𝟏(𝟓𝟐𝟓.𝟐) 𝜺𝟐(𝟒𝟑𝟓.𝟐) − 𝜺𝟏(𝟒𝟑𝟓.𝟐) 𝜺𝟐(𝟓𝟐𝟓.𝟐) ] 𝑪𝟐 = 𝑨𝟓𝟐𝟓.𝟐 − 𝜺𝟏(𝟓𝟐𝟓.𝟐) 𝒃𝑪𝟏 𝜺𝟐(𝟓𝟐𝟓.𝟐) 𝒃 La mezcla presento la siguientes absorbancias: 𝑨𝟓𝟐𝟓.𝟐 = 𝟎, 𝟑𝟗𝟐 𝑨𝟒𝟑𝟓.𝟐 = 𝟎, 𝟒𝟎𝟖𝟓 La concentración de permanganato de potasio (𝑪𝟏 ) y dicromato de potasio (𝑪𝟐 ) son: 𝑪𝟏 = 𝟑𝟏𝟐𝟎 × 𝟎, 𝟑𝟗𝟐 − 𝟏𝟐𝟒𝟎 × 𝟎, 𝟒𝟎𝟖𝟓 = 𝟏𝟎−𝟒 𝑴 𝟏[𝟐𝟔𝟖𝟎 × 𝟑𝟏𝟐𝟎 − 𝟗𝟔𝟓 × 𝟏𝟐𝟒𝟎] 𝑪𝟐 = 𝟎, 𝟑𝟗𝟐 − 𝟐𝟔𝟖𝟎 × 𝟏 × 𝟏𝟎−𝟒 = 𝟏𝟎−𝟒 𝑴 𝟏𝟐𝟒𝟎 × 𝟏 La mezcla se preparó agregando 5 mL de permanganato de potasio a 5 mL de dicromato de potasio, ambos a una concentración de 𝟐 × 𝟏𝟎−𝟒 𝑴 5. DISCUSIÓN El químico analítico nunca debe admitir a priori que las soluciones con que trabaja obedecen la ley de Beer. Lo que se tiene que hacer siempre es medir la absorbancia de tres o cuatro soluciones patrón de concentración conocida, (y mejor, de un mayor número de estas soluciones) y representar gráficamente los valores leídos de absorbancia en función de la concentración. Idealmente, esta gráfica debe ser recta que pasa por el origen (A=0 cuando c=0). Pero si los propios reactivos puestos para producir el color absorben luz, o si contienen impurezas, la absorbancia A podrá ser distinta de cero cuando la 8 concentración (puesta) sea cero. Ocurre muchas veces, además, que este grafico de calibrado no es rectilíneo más que a concentraciones bajas, curvándose a concentraciones mayores hacia un lado u otro de la recta ideal, dando lugar a desviaciones positivas o negativas. Son varios los factores que pueden originar estas desviaciones de la ley de Beer, siendo los más corrientes el empleo de luz no monocromática y la asociación o disociación de las especies absorbentes de luz. 6. CONCLUSIÓN Si varias especies químicas absorben radiación a una misma longitud de onda y no hay interacción química entre dichas especies, la absorbancia total de la solución es debida a la suma de las absorbancias individuales, lo que se conoce como aditividad de las absorbancias. 7. BIBLIOGRAFÍA DOUGLAS A. SKOOG. 1992. Principios de análisis instrumental. Concepción Fernández Madrid. 353-354. EUGENE D. 1990. Métodos ópticos de análisis. REVERTE. 66-67. HAROLD FREDERIC WALTON J.R. 1983. Análisis químico e instrumental moderno. REVERTE. 194-196. W.F.PICKERING. 1980. Química analítica moderna. REVERTE. 164-166.
