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7/31/2019 Experimental Visible
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INTRODUCCION
El principio de la espectroscopia ultravioleta-visible involucra la
absorcin de radiacin ultravioleta visible por una molcula,causando la promocin de un electrn de un estado basal a un estadoexcitado, liberndose el exceso de energa en forma de calor. Lalongitud de onda ( ) comprende entre 190 y 800 nm.
La luz visible o UV es absorbida por los electrones de valencia, stosson promovidos a estados excitados (de energa mayor). Al absorberradiacin electromagntica de una frecuencia correcta, ocurre unatransicin desde uno de estos orbitales a un orbital vaco. Lasdiferencias entre energas varan entre los diversos orbitales. Algunosenlaces, como los dobles, provocan coloracin en las molculas ya que
absorben energa en el visible as como en el UV.
Cuando un haz de radiacin UV-Vis atraviesa una disolucinconteniendo un analto absorbente, la intensidad incidente del haz (Io)es atenuada hasta I. Esta fraccin de radiacin que no ha logradotraspasar la muestra es denominada Transmitancia (T) (T = I/Io). Poraspectos prcticos, se utizar la Absorbancia (A) en lugar de laTransmitancia (A = -logT), por estar relacionada linealmente con laconcentracin de la especie absorbente segn la Ley de Beer-Lambert:A = lc ( : coeficiente de absortividad molar, l: camino ptico, c:
concentracin de la especie absorbente).
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Principios tericos
El espectrofotmetro ultravioleta-visible
El espectrofotmetro es un instrumento que permite comparar laradiacin absorbida o transmitida por una solucin que contieneuna cantidad desconocida de soluto, y una que contiene unacantidad conocida de la misma sustancia.Todas las sustancias pueden absorber energa radiante. El vidrio,que parece ser completamente transparente, absorbe longitudes deonda que pertenecen al espectro visible; el agua absorbefuertemente en la regin del IR. La absorcin de las radiaciones UV,visibles e IR depende de la estructura de las molculas, y es
caracterstica para cada sustancia qumica. El color de lassustancias se debe a que absorben ciertas longitudes de onda de laluz blanca que incide sobre ellas y slo dejan pasar a nuestro ojoaquel las longitudes de onda no absorbida.Esta espectrofotometra utiliza radiaciones del campo UV de 80 a400 nm, principalmente de 200 a 400 nm (UV cercano) y de luzvisible de 400 a 800 nm, por lo que es de gran utilidad paracaracterizar las soluciones en la regin ultravioleta-visible delespectro. Se rige por una ley muy importante: la ecuacin de Beer-Lambert.
Ley de Beer-Lambert
Una expresin para la ecuacin de Beer-Lambert es la siguiente:
Donde:
: Es el rango de luz captado por el tubo de fotocolorimetra,
: Es el rango de luz que sale del tubo de fotocolorimetra yque va a llegar a
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la celda fotoelctrica donde es captada y medida: Es la capacidad de captacin del haz del campo
electromagntico,es la longitud del tubo de fotocolorimetra, en cm.
: Es la concentracin de la muestra ya ubicada en el tubo de
fotocolorimetra.
La ley de Beer permite cuantificar la concentracin de una muestra porUV, tambin puede ser expresada de la siguiente manera:
Donde:
: Absorbancia
: Coeficiente de extincin (Caracterstico de cada sustancia).: Largo del paso de la cuba (cm).: Concentracin (moles/l).
La zona de longitudes de onda que se registra en un espectro UV-Vis esde entre 200 y 800 nm. En esta zona no absorben dobles ni triplesenlaces aislados.
Slo van absorber enlaces pi conjugados y heterotomos con pares deelectrones no compartidos (O, N), como los grupos cromforos.
Limitaciones propias de la Ley de Beer
La ley de Beer describe de forma correcta el comportamiento deabsorcin de un medio que contiene concentraciones de analtorelativamente bajas; en este sentido, es una ley lmite. Aconcentraciones altas (generalmente > 0,01 M), la distancia mediaentre las molculas responsables de la absorcin disminuye hasta elpunto en que cada molcula altera la distribucin de carga de lasmolculas vecinas. Esta interaccin, a su vez, puede alterar lacapacidad de las molculas para absorber la radiacin de una
determinada longitud de onda. Como la magnitud de la interaccindepende de la concentracin, la aparicin de este fenmeno da lugar adesviaciones de la linealidad entre la Absorbancia y la concentracin.Un efecto similar se encuentra, a veces, en medios que contienenconcentraciones de absorbente bajas pero concentraciones altas deotras especies, especialmente electrlitos. La estrecha proximidad delos iones al absorbente altera la absortividad molar de ste porinteracciones electrostticas; el efecto se reduce mediante dilucin.Aunque, normalmente, el efecto de las interacciones moleculares no essignificativo para concentraciones inferiores a 0,01 M, entre ciertos
iones o molculas orgnicas grandes aparecen algunas excepciones
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Limitaciones de la ley de Beer
Se han encontrado pocas excepciones a la generalizacin de que la
Absorbancia est relacionada linealmente con el camino ptico. Por otra
parte, con frecuencia se han encontrado desviaciones de la proporcionalidadentre la medida de la Absorbancia y la concentracin cuando b es constante.
En algunas ocasiones estas desviaciones estn relacionadas con el
fundamento de la ley y representan limitaciones propias de la misma. Otras
veces surgen como consecuencia de la forma en que se realizan las medidas
de Absorbancia o como resultado de cambios qumicos asociados con
cambios de concentracin; las dos ltimas son conocidas a veces como
desviaciones instrumentales y desviaciones qumicas, respectivamente.
Espectrofotmetros
Son numerosos los espectrofotmetros comercialmente disponibles.Algunos se han diseado slo para la regin visible; otros se puedenutilizar en las regiones ultravioleta y visible. Otros, son capaces demedir desde la regin ultravioleta hasta la del infrarrojo cercano (de180 a 3.000 nm).
Instrumentos para la regin visible.
Existen en el mercado varios espectrofotmetros diseados para
trabajar en el intervalo de longitudes de onda de aproximadamente380 a 800 nm. Estos instrumentos son, con frecuencia, sencillos, de unsolo haz, relativamente baratos (desde menos de 1000 dlares hastaquizs 3.000 dlares), robustos y fcilmente transportables. Al menosuno funciona con batera y es lo suficientemente ligero y pequeo paraser porttil. La aplicacin ms comn de estos instrumentos es elanlisis cuantitativo, aunque algunos de ellos proporcionan tambin,sorprendentemente, buenos espectros de absorcin. La Figura 2muestra el funcionamiento de un espectrofotmetro sencillo y barato,el Spectronic 20. La versin original de este instrumento apareci en elmercado a mediados de los aos cincuenta, y la versin modificada,
que se muestra en la figura, todava se fabrica y se vende mucho. Sinduda, en la actualidad hay ms instrumentos de stos por todas partesdel mundo que de cualquier otro modelo de espectrofotmetro. Lapopularidad de este instrumento se debe, particularmente comoherramienta para la enseanza, a su relativo bajo precio, su robustez ysus satisfactorias caractersticas de funcionamiento.
El Spectronic 20 consta de una fuente luminosa de filamento dewolframio, que trabaja mediante una fuente de alimentacinestabilizada y que proporciona radiacin de intensidad constante.Despus de la difraccin en una red de reflexin sencilla, la radiacin
atraviesa la cubeta de la muestra o de la referencia y llega al fototubo.La seal elctrica amplificada en el detector acciona un dispositivo de
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medida con una escala de 14 cm graduada en unidades deTransmitancia y Absorbancia. El instrumento est equipado con unobturador que consiste en un aspa que se interpone automticamenteentre el haz y el detector siempre que se retira la cubeta del portacubetas; en estas condiciones se puede hacer el ajuste del O por 100 T.
Como se muestra en la Figura 3 en el Spectronic 20, el dispositivo decontrol de luz consiste en una muesca con forma de V que puedemoverse hacia el interior del haz o hacia fuera del mismo y de esemodo ajustar el medidor al 100 por 100 T. El intervalo de longitudes deonda que abarca el Spectronic 20 est comprendido entre 340 y 625nm; un fototubo adicional aumenta este intervalo hasta 950 nm. Otrascaractersticas tcnicas del instrumento incluyen una anchura debanda de 20 nm y una exactitud en la longitud de onda de +2,5 nm. ElSpectronic 20 se ha modernizado recientemente como Spectronic 20+;el nuevo instrumento utiliza un detector de estado slido, adems deotras mejoras.
Figura 2.- El espectrofotmetro Spectronic 20: Diagrama de su sistema
ptico.
Figura 3.- El espectrofotmetro Spectronic 20
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Procedimiento experimental
EXPERIENCIA A:
Calibracin del Espectrofotmetro SPECTRONIC 20 GENESYS con CoCl2 enHCl al 1%
Preparacin de 100 mL de HCl al 1%
En una probeta se midi 2.7 mL de HCl concentrado (37.27%) yse llevo a una fiola de 100 mL y enraso con agua desionizada.
Preparacin de CoCl2 en HCl al 1%
La solucin de CoCl2 ya se encontraba elaborada era de color
rosado (W= 5.5143 g) pero no indicaba el volumen al cual haba
sido enrasado
Tabla N1
CoCl2 en HCl al 1% (Absorbancia Vs Longitud de onda)
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Grfico N1
CoCl2 en HCl al 1% (Absorbancia Vs Longitud de onda)
Long. deonda
Absorbancia (nm)
450 0,140
460 0,186
470 0,217
480 0,242
490 0,267
500 0,297
510 0,316
520 0,307
530 0,271
540 0,208
550 0,144
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Tabla N2
CoCl2 en HCl al 1% (% Transmitanca Vs Longitud de onda)
Grfico N2
CoCl2 en HCl al 1% (% Transmitanca Vs Longitud de onda)
(long. De
onda) % T
450 72,440
460 65,16
470 60,67
480 57,28
490 54,08
500 50,47
510 48,31
520 49,32
530 53,58
540 61,94
550 71,78
A = 2 -
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EXPERIENCIA B:
Determinacin Simultnea de Compuestos por Espectrofotometra
Preparacin de 1000 mL de H2SO4 0.5M
En una probeta se midi 27.8 mL de H2SO4 cc(18 M) y se llevo a
una fiola de 1000mL y se enraso con agua desionizada.
Preparacin de 100 mL de K2Cr2O7 0.001M en H2SO4 0.5M
Se peso 0.0294 g de K2Cr2O7 (99.9%) y se diluyo con una solucin
de H2SO4 0.5M y se llevo a una fiola de 100 mL.
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Tabla N3
Barrido K2Cr2O7 0.001M en H2SO4 0.5M
Grfico N3
Barrido K2Cr2O7 0.001M en H2SO4 0.5M
(long. De onda) Absorbancia
400 0,653410 0,467
420 0,427
430 0,45
435 0,461
438 0,466
440 0,467
445 0,458
450 0,454
460 0,417
470 0,353
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Preparacin de diluciones 0.6;0.4;0.3mM a partir de K2Cr2O7 0.001M enH2SO4 0.5M
50 mL de K2Cr2O7 0.6 mM
En una fiola de 50mL se agreg una alicuota de 30 mL de K2Cr2O70.001M y se enraso con H2SO4 0.5M.
50 mL de K2Cr2O7 0.4 mM
En una fiola de 50mL se agreg una alicuota de 20 mL de K2Cr2O70.001M y se enraso con H2SO4 0.5M.
50 mL de K2Cr2O7 0.3mM
En una fiola de 50mL se agreg una alicuota de 15 mL de K2Cr2O70.001M y se enraso con H2SO4 0.5M.
Tabla 3.1: Lecturas de K2Cr2O7 a maxima absorbancia con diferentesconcentraciones =440nm
Conc. MmAbsorbancia
1 0,467
0,6 0,278
0,4 0,187
0,2 0,14
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Grfico 3.1: Lecturas de K2Cr2O7 a mxima absorbancia con diferentesconcentraciones =440nm
Tabla 3.2: Lecturas de K2Cr2O7 a absorbancia mxima de KMnO4 con diferentesconcentraciones =530nm
Conc. Mn Absorbancia
0,6 0,018
0,4 0,013
0,2 0,008
Grfico 3.2: Lecturas de K2Cr2O7 a absorbancia mxima de KMnO4 con diferentesconcentraciones =530nm
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Clculos para la Mezcla de 15 mL de KMnO4 0.3 mM y 9 mL de K2Cr2O7 1mM enfiola de 25 mL
En una fiola de 25 mL se calcula las soguientes concentraciones par las dos sales
La mezcla de sales tiene las absorbancias respectivas
(Long. De onda)
Absorbancia
440 0,186
530 0,516
EXPERIENCIA C:
DETERMINACION CUANTITATIVA DE MANGANESO EN ACEROS, PORESPECTROFOTOMETRIA
Pesar por triplicado 0.3000 g de la muestra de acero, anotar el numero de muestra y
poner en vasos de 250 mL (I)
[Conc. K2Cr2O7 ](mM) 0,36
[Conc. KMmO4 ](mM) 0,18
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Luego pesar por cuadriplicado 0.5 g de sal de mohr y llevar a vasos de 250 ml (II)
Agregar a c/d vaso de 50 ml de la mezcla de los cidos. Tapar con la luna reloj y colocar
sobre la plancha elctrica. Llevar a ebullicin y se retira cuando se hayan ido todos los
xidos de nitrgeno.
Para la parte (I), se enfra por unos minutos, se lava las lunas de reloj con un chorro de
agua estilada y diluir hasta unos 100 ml, cuidadosamente agregara 0.25g de KIO4 luego
hervir por unos 3 min con el fin de oxidar el manganeso enfriar la solucin y luego llevar
a la fiola de 250 ml hasta el enrase.
Para la parte (II), se saca de la plancha se enfra por unos minutos, de igual forma se lava
las lunas de reloj con un chorro de agua y enseguida a tres de los cuatro vasos se le agrega
con una pipeta volumtrica 5, 15, 25 ml de solucin patrn de manganeso Seguidamente
se diluye cerca de los 100 ml y se le agrega 0.25g de KIO4 en los 4 vasos, e hierve por
unos 3 min para oxidar el manganeso se enfra y se enrasa a una fiola de 250 ml.
\
Clculos y Resultados
Teniendo como datos:
PM(MnSO4.1H2O) g/mol 169,0148P.A(Mn) g/mol 54,9380
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Teniendo como datos:
Wstd(g)= W MnSO4.2H2O (g) 0,0109
V(mL) = volumen de enrase (mL) 50
Aplicando la formula anterior se calcula la concentracin de Mn en ppm
[STD Mn]ppm 70.8606
Luego hallando la concentracin en 5, 15, 25 ml tenemos:
Para 5 mL
[ ] Mn = 70.8606 ppmx 5 mL /250 mL=1.42ppm
Para 15 mL
[ ] Mn = 4.25ppm
Para 25 mL
[ ] Mn = 7.09ppm
Tabla N4
Pesos de los patrones de sal de Mohr
PATRONVolumen
aadido(ml)PESO (g)
A Concentracinppm
1 (blanco) 0 0.5023 0 0
2 5 0.5078 0.054 1.42
3 15 0.5045 0.174 4.25
4 25 0.5048 0.300 7.09
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Grfico N 4.1
Absorbancia Vs Concentracin de Patrones
Estndares [Mn]ppm final A
ECUACION DE LACURVA
DE
CALIBRACION
Estandares BLANCO 0.0000 0.000A= 0,0434 [Mn]- 0,0085
STD 1 1.4172 0.054 R=0,9998
STD 2 4.2516 0.174Donde : A=Absorbancia
STD 3 7.0861 0.300[Mn]= conc. deMn en ppm
Tabla N5Pesos de la muestra de acero
MUESTRA PESO (g)A
Concentracinppm
1 0.3057 0.214 5.13
2 0.3004 0.193 4.64
3 0.3039 0.228 5.45
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Del grfico N 4.1 para las absorbancias dadas se tiene las siguientesconcentraciones de Mn reemplazando en la ecuacin:
C1 = 5.13ppm
C2 = 4.64ppm
C3 =5.45ppm
Luego el % de Acero para cada muestra ser:
% de Mn en acero = 0.42%
% de Mn en acero = 0.39%
% de Mn en acero = 0.45%
Hallando un promedio de los tres % de Acero tenemos:
% Acero = 0.42 %
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EXPERIENCIA D:
DETERMINACION DEL ESPECTRO DEL COLORANTE DEL MAIZ MORADO
Pesar 2.9714 g del extracto del colorante del maz morado y se lleva una fiola de 1l con
agua destilada.
Se toma una alcuota de 10 ml de la solucin anterior y llevar una fiola de 100ml, luego
Se determina el espectro de absorcin de la solucin diluida del extracto de maz morado
de 420 nm a 520 nm.
Luego se toma una alcuota de 10 ml y se enrasa con HCL 0.1 N en una fiola de 100 ml
Finalmente se determina el espectro de absorcin de la solucin diluida del extracto de
maz morado que contiene HCL 0.1N entre 450nm a 580nm. Usando como blanco el
HCL 0.1 N.
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Tabla N6: Absorbancia de maz morado.
Solvente: agua
Blanco: agua
)(nm A450 0.443
460 0.431
470 0.425
480 0.422
490 0.432
500 0.440
510 0.444
520 0.441
530 0.438
540 0.431
550 0.417
Gr fico N 6.1
Absorbancia del Maz morado solvente agua
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Absorbancia Vs Longitud de onda
0,4
0,405
0,41
0,415
0,42
0,425
0,43
0,435
0,44
0,445
0,45
450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550
Longitud de onda (nm)
Absorbanci
Tabla N7: Absorbancia de maz morado.
Solvente: HCl 0.1M Blanco: HCl 0.1M
)(nm A )(nm A
450 0.690 520 1.347
460 0.757 530 1.230
470 0.857 540 1.004
480 0.998 550 0.737
490 1.153 560 0.513
500 1.291 570 0.336
510 1.362 580 0.219
Grfico N7.1
Absorbancia del Maz morado solvente HCl 0.1M
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Absorbancia Vs Longitud de onda
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580
Longitud de onda(nm)
Absorbancia
DISCUSIN DE RESULTADOS
En la primera parte se observa que la concentracin del permanganato de potasio
calculada en la mezcla fue de 0.18 mM un valor muy pequeo. De igual manera laconcentracin para la solucin de Dicromato de potasio fue de 0.36 mM. los valoresindican una baja concentracin de estos en la mezcla. Los errores cometidos podran ser
los siguientes: mal pesada, mal enrase del volumen requerido en la fiola, error demedicin de las absorbancias de los estndares, contaminacin de la muestra, etc.
En la segunda parte el % de Mn (0.42) tiene un valor que es menor al rango de
especificaciones de los aceros y por tanto el valor obtenido tiene un valor aceptable.
Estructura de la antocianina
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Antocianina en un medio acido
Para el caso del anlisis de la longitud de onda de mxima Absorbancia para laantocianina se observa que en medio cido la longitud de onda se desplaza hacia
el rojo (efecto batocrmico), esto se debe a que los iones cloruro estabilizan a la
molcula que se encuentra cargada.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El mtodo de determinacin cuantitativa por espectrofotometra es un buen
mtodo que determina con bastante exactitud la composicin qumica de analtos
en muestras complejas.
Los mtodos empleados para estas determinaciones se basan en cuantificar por
medio de curvas de calibrado de patrones o estndares, la concentracin del
analto de concentracin no conocida directamente de manera muy sencilla.
En estos mtodos la destreza del analista juega un papel muy importante ya que
los errores de los resultados obtenidos, son debidos a estos.
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Los resultados obtenidos deben ser justificados por este tipo de error.
Se recomienda, en estos experimentos tener cuidado en la preparacin de lasmuestras de patrones y analtos, as como verificar los resultados de la seal del
instrumento.
BIBLIOGRAFIA
Kenneth A. Rubinson, Judith F. Rubinson-Anlisis Instrumental. EditorialPrentice hall 2000, Pg. 300.
Douglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman-Principios deAnlisis Instrumental. Quinta edicin, editorial Mc Graw Hill, Pg. 342.