EQUILIBRIO EN LAS SOLUCIONES

METODO COLORIMETRICO

OBJETIVO

Realizar un análisis cualitativo y cuantitativo de sustancias por medio de un colorímetro pues las sustancias tienen las propiedades de absorber ciertas longitudes de ondas, características de la radiación electromagnética, cuando se produce la absorción de la radiación electromagnética se dice que la radiación esta atenuada en este laboratorio se aplicaron la radiación entre el grado de atenuación de la radiación y la concentración.

FUNDAMENTO TEORICO

Transmitancia

La transmitancia o transmitencia es una magnitud que expresa la cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en la unidad de tiempo (potencia).

Transmitancia óptica

La transmitancia óptica que se define como la fracción de luz incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a través de una muestra.

Su expresión matemática es:

Donde:Io : Es la intensidad del rayo incidente.I : Es la intensidad de la luz que viene de la muestra.

La transmitancia de una muestra está normalmente dada porcentualmente, definida como:

La absorbancia (A)

Es la cantidad de intensidad de luz que absorbe una muestra. Está definida como:

Se suele emplear en la química analítica ya que se cumple, la llamada, Ley de Beer-Lambert:

Siendo:ε : Coeficiente de extinción molarc : Concentración l : Longitud atravesada por el haz de luz.

La transmitancia se relaciona con la absorbancia (o absorbencia) A como

Descripción del método colorimétrico:

El colorímetro es un aparato basado en la ley de absorción de la luz habitualmente conocida como de "Lambert-Beer". En realidad, estos dos autores nunca llegaron a colaborar puesto que un siglo separa el nacimiento de cada uno. Johann Heinrich Lambert (1728-1777) realizó sus principales contribuciones en el campo de la matemática y la física y publicó en 1760 un libro titulado Photometria, en el que señalaba la variación de la intensidad luminosa al atravesar un rayo de luz un número "m" de capas de cristal podía considerarse como una relación exponencial, con un valor característico ("n") para cada cristal. En 1852, August Beer (1825-1863) señaló que esta ley era aplicable a soluciones con diversa concentración y definió el coeficiente de absorción, con lo que sentó las bases de la fórmula que sigue siendo utilizada actualmente.

Esta propiedad comenzó a ser utilizada con fines analíticos gracias a los trabajos de Bunsen, Roscoe y Bahr, entre otros. El colorímetro más antiguo de la colección de la Universidad de Valencia es semejante al propuesto en 1870 por Jules Duboscq (1817-1886), un fabricante de instrumentos ópticos de París. Es un buen ejemplo de lo que Gaston Bacherlard denominaba “theorèmes réifiés” para hacer referencia a los instrumentos científicos. Dado que su forma y sus características muestran claramente las bases teóricas de su funcionamiento, este tipo de instrumentos resulta particularmente adecuados para ser empleados en la enseñanza, por ejemplo, en el estudio de las leyes de la colorimetría.

Esquema del funcionamiento del colorímetro

El colorímetro permite la comparación de dos disoluciones, una de las cuales, para que pueda ser empleado con fines analíticos, debe ser de concentración conocida. Como puede observarse en la figura, la luz reflejada mediante el espejo inferior atraviesa los recipientes en los cuales se encuentran la muestra patrón y la muestra estudiada. Los tubos de vidrio (TC) permiten regular la distancia recorrida por el haz luminoso en la disolución. Finalmente, un prisma recoge estos rayos luminosos y los dirige al ocular, en el cual se pueden observar dos semicirculos procedentes cada uno de cada muestra y, de este modo, se puede comparar las intensidades de salida. Si se varía la posición de los tubos TC, que regulan el valor de la distancia recorrida por el rayo, se pueden obtener en el ocular dos semicirculos de igual intensidad y calcular el valor de la concentración de la disolución analizada, mediante el siguiente procedimiento:

Los valores l1 y l2 representan la longitud de las columnas de líquido que pueden regularse a voluntad, de modo que puede conseguirse que la intensidad final de la luz (I1) que atraviesa la disolución 1 sea igual a la intensidad final de la luz (I2) que atraviesa la disolución 2:

I1=I2

Igualando las ecuaciones resulta: y simplificando la expresión queda:

Si las sustancias sometidas a análisis son las mismas, entonces los coeficientes de absorción molecular deben ser iguales, lo que permite simplificar la ecuación anterior y obtener un método para calcular la concentración de una disolución, si se conoce el valor de la otra:

Este tipo de instrumentos fueron reemplazados a partir de los años cuarenta de este siglo por los espectrofotómetros, que renovaron la popularidad de esta técnica. Estos instrumentos empleaban diversos métodos para la obtención de luz monocromática o, al menos, de un intervalo reducido de longitudes de onda, y la medida de la absorción se realizaba mediante células fotoeléctricas, las cuales habían comenzado a ser empleadas con tal fin desde principios de siglo por autores como Otto Berg y August H. Pfund. En la colección figura uno de los primeros modelos de colorímetro de estas características, diseñado por B. Lange, y procedente también de las Facultades de Ciencias. Consta de dos recipientes que sirven para introducir los prismas de cuarzo con la disolución analizada y una disolución de concentración conocida. Una célula fotoeléctrica permite medir la intensidad luminosa que atraviesa una y otra muestra, de modo que, si la concentración de una disolución es conocida puede calcularse la otra, mediante un procedimiento semejante al descrito en los párrafos anteriores. En este caso, las magnitudes que permanecen constantes son las distancias recorridas por los rayos luminosos y la magnitud calculada es la relación entre las intensidades de salida.

PARTE EXPERIMENTAL

1. Preparación de la solución estándar

La solución preparada (1 gr de cobre, este se disuelve en ácido nítrico, y a esta solución se agrega unas 3 a 4 gotas de NH4OH) esta solución se vierte en una fiola de 1000 ml y se enrasa con agua destilada.Concentración de la solución estándar 1000 mgrs.

2. Determinación de la curva de trabajo

A partir de la solución patrón necesitamos preparar soluciones con las siguientes concentraciones dadas:

T: 19.5 ºCP: 752.1 bar.

Concentración: C2 (mgrs. /

L.)

VF

(ml.)VR

(ml.)

50 50 2.5100 50 5300 50 15450 50 22.5600 50 30800 50 40

Las concentraciones pedidas se calcularon por dilución (C1.V1 = C2.V2) en cada caso agregamos unas 4 gotas de NH4OH.Obtenidas las 6 soluciones, sacamos una muestra de cada una de ellas en los tubos de ensayos para obtener el porcentaje de Transmitancia (T) de cada muestra con la ayuda del colorímetro.

Para cada medición se debe calibrar el instrumento (debido al grado de sensibilidad que posee) de la siguiente manera:

Se regula a cero el indicador de transmitancia

Se coloca el selector de longitud de onda en 620nm.

Se limpia el tubo de la grasa que puede tener por el contacto con la piel.

Se introduce el tubo con agua destilada y se pone el indicador en 100%.

Se retira el tubo y ya se encuentra calibrado el equipo para medir el % de transmitancia de las soluciones.

3. Análisis de la muestra problema

Recibimos del profesor la muestra solución de concentración desconocida, tomamos 75m1 y lo llevamos al colorímetro para calcular el porcentaje de Transmitancia (T) los resultados fueron:

Nº de muetra % T1 85.42 843 584 435 286 24

Teniendo los valores del porcentaje de Transmitancia, procederemos a calcular la Absorbancia (A):

Completando todos los datos al cuadro inicial:

Concentración: C2 (mgrs. /

L.)

VF

(ml.)VR

(ml.)%T A

50 50 2.5 85.4 0,0685

100 50 5 84 0,0757

300 50 15 58 0,2366

450 50 22.5 43 0,3665

600 50 30 28 0,5528

800 50 40 24 0,6198

Teniendo los puntos de ABSORVANCIA y CONCENTRACIÓN, veremos su línea de tendencia:

y = 0,0008x + 0,0135

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 200 400 600 800 1000

CONCENTRACION

AB

SO

RV

AN

CIA

CUESTIONARIO

1.- ¿Describe en forma básica las partes de un fotómetro y cómo funciona?

El fotómetro mide la atenuación de un haz de luz, debido a la absorción de electrolito coloreado en una solución, éste parámetro depende de la concentración de la especie responsable de la absorción.

Para su funcionamiento, primero se coloca el patrón en la en la otra celda y se ajusta el instrumento al 100% de trasmitancia.

Después se retira el patrón y se mide el %T de las muestras con un instrumento de doble haz, el rayo de luz generalmente se divide en dos; una parte se dirige a través del patrón y la otra a través de la muestra en forma simultanea. Así un instrumento de doble haz compensa los cambios a corto plazo en la intensidad de la lámpara y en la respuesta del detector.

2.- Una solución X que contiene 1,54.10-4 M tiene una trasmitancia de 0,0874 cuando se mide en una celda de 2cm. ¿Que concentración de X permitirá tener una trasmitancia tres veces mayor si se utiliza una celda de 1cm.?

3.- Trate sobre la importancia de las soluciones coloreadas para un químico analítico.

El análisis espectroquímico por emisión es el método instrumental de análisis mas antiguos; por eso a sido muy estudiado y los modernos espectrómetros recogen toda la experiencia de muchos años de avance tecnológico en éste campo.

De aquí que su área de aplicación sea tan extraordinariamente amplia que abarca desde análisis cualitativo y cuantitativo de minerales y de rocas, al de productos metálicos y siderúrgicos, aleaciones de todo tipo y productos comerciales diversos.

La espectrografía de emisión aventaja a las demás técnicas instrumentales en el análisis cualitativo rápido particularmente en la identificación de impurezas y trazas. Además, permite efectuar el análisis por un método prácticamente no destructivo ni alterable de la muestra, bastando cantidades de esta del orden inorgánico. En análisis rutinarios o en series de ciertas industrias resulta imprescindible, siendo también de gran utilidad en investigaciones físicas, químicas, biológicas, arqueológicas, forenses, etc.

Recientemente su campo de aplicación se ha ampliado con la incorporación, como fuente de excitación de la llamada “antorcha o soplete de plasma”.El plasma es un gas ionizado con igual número de electrones que de iones positivos, es conductor de la electricidad y sensible a un campo magnético.

Cuando se genera un plasma se libera una gran cantidad de energía que da lugar a temperaturas muy altas. Así con argón puro en estado de plasma se ha alcanzado temperaturas hasta de 16.000°K. A estas temperaturas tan elevadas se excitan muchos elementos, incluso aquellos que por los métodos convencionales de excitación (llama, arco o chispa) no originan líneas espectrales por ejemplo con los compuestos de niobio, tantalo y titanio o bien otros, como ciertos compuestos de fósforo o de boro difícilmente excitables.

4.- Defina los siguientes términos

Trasmitancía: En la figura se muestra un radiación solares antes y después de pasar a través de un a capa de solución absórbante a la concentración. Como consecuencia de las interacciones entre fotones y la partícula absórbante se puede notar que la radiación disminuye. Siendo la transmita cía la fracción o radiación incidente transmitida por solución.Por lo general la transmitan cía se expresa en porcentaje(%).

Absorbancia:La absorbancia de una solución esta definida por la ecuación:

Absortividad y Absortividad Molar

Como se vera a continuación, la absorbancia es directamente proporcional a la trayectoria de la radiación a través de la solución y a la concentración de la especie que produce la absorción.

Resulta evidente que la magnitud de dependa de las unidades utilizadas para . cuando se expresa la concentración en moles por litros y la trayectoria a través de la celda en centímetros, la absortividad se denomina absortividad molar y se representa con el símbolo ε.

5.-Que principio general trata la ley de Beer

La ley de Beer queda de esta manera:

La ley de Beer no se cumple para todas las concentraciones ya que la absortividad se determina experimentalmente. El recorrido b suele ser de un centímetro. La longitud de onda con la que se va a trabajar se fija en el espectrofotómetro y con ella fija se trabaja con la ley de

Lambert-Beer. Esta ley también se puede aplicar a mezclas, con la diferencia que se suman las absorbancia parciales de cada mezcla, trabajando cada una de ellas a una longitud de onda determinada.

Limitaciones de la Aplicabilidad de le ley de Beer

Existen limitaciones entre la relación lineal entre la absorbancia y la concentración. Esta relación es lineal si se trabaja a concentraciones inferiores a 10-2 M. Si aumentamos la concentración se pone de manifiesto las interacciones de atracción y repulsión dentro del analito, modificando la capacidad de absorber una longitud de onda. También existen limitaciones cuando existe presencia de sales en la disolución (efecto salino).

Podemos hablar de dos tipos de desviaciones, las químicas y las instrumentales.

6.- En cuanto al equipo usado que controles son los más usados

Los controles más importantes del equipo son:

Calibrador de la lectura de transmitancía

Calibrador de la longitud de onda (620nm) del rayo incidente