Bioca Prac 1

5/23/2018 Bioca Prac 1

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Mesa 7A2 FOTOCOLORIMETRA

I. MARCO TERICO

Introduccin

Desde hace muchos aos se ha usado el color como ayuda para reconocer las sustancias qumicas;

al reemplazar el ojo humano por otros detectores de radiacin se puede estudiar la absorcin de

sustancias, no solamente en la zona del espectro visible, sino tambin en ultravioleta e infrarrojo.

Se denomina espectrofotometra a la medicin de la cantidad de energa radiante que absorbe un

sistema qumico en funcin de la longitud de onda de la radiacin, y a las mediciones a una

determinada longitud de onda.

La teora ondulatoria de la luz propone la idea de que un haz de luz es un flujo de cuantos de

energa llamados fotones; la luz de una cierta longitud de onda est asociada con los fotones, cada

uno de los cuales posee una cantidad definida de energa.

Transmitancia

La figura muestra un haz de radiacin paralela antes y despus de que ha pasado a travs de una

capa de solucin que tiene un espesor deb cm y una concentracin c de una especie absorbente.

Como consecuencia de interacciones entre los fotones y las partculas absorbentes, la potencia del

haz es atenuada. La transmitancia T de la solucin es entonces la fraccin de la radiacin incidente

transmitida por la solucin:

La transmitancia se expresa a menudo como porcentaje:

Absorbancia

La absorbancia A de una solucin se define mediante la ecuacin:


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La mayor parte de los trabajos analticos se realizan con soluciones de manera que vamos a

desarrollar la relacin que existe entre la concentracin de la solucin y su capacidad de absorber

radiacin.

Medicin y Transmitancia y Absorbancia

La transmitancia y la absorbancia se mide en un instrumento llamado espectrofotmero, la solucindel analito se debe contener en algn recipiente transparente, tubo o celda.

Como se ve en la representacin, ocurre reflexin en las interfases: aire-pared, tanto como en la

pared-solucin. La atenuacin del haz resultante es sustancial. Adems, la atenuacin de un hazpuede ocurrir por dispersin de las molculas grandes y a veces por absorcin de las paredes del

recipiente.

Para compensar estos efectos, la potencia del haz transmitido por la solucin del analito es

comparada comnmente con la potencia del haz transmitido por una celda idntica que contiene

solamente solvente. Una absorbancia experimental que se aproxima mucho a la absorbancia

verdadera se obtiene con la ecuacin.

Los espectrofotmetros, estn a menudo, equipados con un dispositivo que tiene una escala lineal

que se extiende de 0 a 100%. De manera de hacer tal intrumento de lectura directa en porcentaje de

transmitancia, se efectan dos ajustes preliminares, llamados 0%T y 100%T.

El ajuste del 0%T se lleva a cabo mediante un cierre abierto y el solvente en el camino de la luz.

El ajuste de 100%T se hace con el cierre abierto y el solvente en el camino de la luz.

Normalmente el solvente est contenido en una celda que es casi idntica a las que contienen las

muestras.


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Cuando la celda del solvente es reemplazada por la celda que contiene la muestra, la escala da la

transmitancia porcentual.

Los instrumentos actuales poseen un sistema electrnico que realizan la operacin matemtica y da

la respuesta directamente absorbancia. Tambin hay que hacer una calibracin previa con el

solvente o blanco.

Aspectos Cuantitativos de las Mediciones de Absorcin

Ley de Beer

Consideremos un bloque de materia absorbente (slido, lquido o gas). Un haz de radiacin

monocromtica paralelo con intensidad 0 llega al bloque perpendicular a la superficie; luego pasa a

travs de la longitud b del material, que contiene n partculas absorbentes (tomos, iones o

molculas), la intensidad del haz disminuye a como resultado de la absorcin. Consideremos ahora

una seccin transversal del bloque que tiene un rea S (X x Y) y un espesor infinitesimal dx.

Dentro de esta seccin hay dnpartculas absorbentes; asociada a cada partcula podemos imaginar

una superficie en que ocurrir la captura del fotn. Esto es, si un fotn alcanza una de esas reas por

casualidad, ocurrir inmediatamente la absorcin. El rea total de esas superficies de captura de la

seccin se designa ds; la relacin del rea de captura al rea total es ds/S.

En un promedio estadstico, esta relacin representa la probabilidad para la captura de fotones

dentro de la seccin.

L a intensidad del haz que entra en la seccin, x es proporcional al nmero de fotones por cm2 y

por segundo, y dx representa la cantidad removida por segundo dentro de la fraccin absorbida es

entonces -dx/x y esta relacin tambin es la probabilidad promedio por captura. El trmino tiene

signo negativo para indicar que la intensidad del haz disminuye.

Recordemos que ds es la suma de las reas de captura para cada partcula dentro de la seccin;

puede ser por eso proporcional al nmero de partculas ds= dn; siendo dnel nmero de partculas

dentro de la seccin y una constante de proporcionalidad, que se puede llamar seccin transversal

de captura.

Considerando las ecuaciones e integrando de 0 a n

Queda


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Luego de convertir los logaritmos a base 10 e invirtiendo la fraccin para cambiar de signo, se

obtiene:

Siendo n el nmero total de partculas dentro del bloque.

La seccin transversal S se puede expresar en trminos del volumen del bloque en cm3 y su

longitud b en cm, entonces S=V/b

Sustituyendo en la ecuacin anterior, da:

Se nota que n/V tienes las unidades de concentracin (esto es nmero de partculas por cm3), se

puede convertir a moles por litro.

El nmero de moles es

y cexpresado en mol/l:

Combinando:

Finalmente, las constantes de esta ecuacin se pueden reunir en una nica constante:

Absortividad y Absortividad Molar

La absortividad es directamente proporcional a la longitud del camino b a travs de la solucin y la

concentracin c de la especie absorbente. Estas relaciones se dan como:

A = a.b.c

Siendo a una constante de proporcionalidad llamada absortividad. La magnitud de a depender de

las unidades empleadas para b y c. A menudo b es dada en trminos de cm y c en gramos por litro,

entonces la absortividad tiene unidades de 1.g-1.cm-1.

Cuando la concentracin se expresa en moles por litro y la longitud de la celda en centmetros, la

absortividad se llama absortividad molar, se designa como y tiene unidades de 1.mol -1.cm-1,

entonces la absorbancia es:


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A = .b.c

Curva de Calibracin

Denominamos espectro de una especie a la representacin de absorbancia (A) en funcin de

longitud de onda (), este grfico presenta ondulaciones con mximos y mnimos.

Para hacer las determinaciones cuantitativas se elige, en general, la longitud de onda

correspondiente a un mximo, pues el error de medicin es mnimo y la sensibilidad mxima.

Para verificar el cumplimiento de la ley de Beer, se debe realizar la curva de calibracin;

absorbancia (A) en funcin de concentracin (c), para lo cual se preparan soluciones de la sustancia

de concentraciones conocidas y se mide la absorbancia a la longitus de onda elegida.

Tipos Generales de Instrumentos Para Mediciones de Absorcin Molecular

Titulaciones Fotomtricas

Las mediciones fotomtricas o espectrofotomtricas se pueden emplear para localizar el punto de

equivalencia de una titulacin, siempre que el analito, el reactivo o el producto de la titulacin

absorban radiacin. Alternativamente un indicador absorbente puede proveer el cambio necesario

de absorbancia para la ubicacin del punto final.

Curvas de Titulacin

Una curva de titulacin fotomtrica es un grfico de absorbancia, corregida por cambio de volumen,

como una funcin del volumen del titulante. Si se eligen las condiciones adecuadamente, la curva

consistir de dos regiones de lneas rectas con pendientes diferentes, una que ocurre al comienzo de

la titulacin y la otra ubicada ms all de la regin del punto de equivalencia; se toma al punto final

como la interseccin de las porciones lineales extrapoladas.


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1: Analito no absorbe; reactivo titulante absorbe; producto no absorbe. A = P = 0, T > 0

2: Analito no absorbe; reactivo titulante no absorbe; producto absorbe. A = T = 0, P > 0

3: Analito absorbe; reactivo titulante no absorbe; producto no absorbe. T = P = 0, A > 0

4: Analito absorbe; reactivo titulante absorbe; producto no absorbe. A > P > 0, T = 0

5: Analito no absorbe; reactivo titulante absorbe; producto absorbe. A = 0, T > P > 0

6: Analito no absorbe; reactivo titulante absorbe; producto absorbe. A = 0, P > T > 0

II. OBJETIVOS

La finalidad de esta experiencia es aprender a hacer anlisis cuantitativos por colorimetra, as

como la metodologa propia de sta tcnica. Por consiguiente trabajaremos con un instrumental

especfico para colorimetras, representaremos las concentraciones y absorbancias en papel

milimetrado y realizaremos la cuantificacin de dos formas: la representacin grfica y la

determinacin analtica.

.III - IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL, RESULTADOS Y GRFICOS

PARTE EXPERIMENTAL

1. Preparar la siguiente batera de tubos.

Solucin stock: Permanganato de potasio (KMnO4) 10 mg %


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Tubos N 1 2 3 4

ml KMnO4 0.5 1 2 4

ml Agua destilada Csp 5 mlConcentracin mg % 1 2 4 8

A410 0,041 0,068 0,064 0,097A525 0,139 0,280 0,502 0,976A650 0,028 0,033 0,045 0,075

Fc[] 7,19 7,14 7,96 8,1

2. Con los datos obtenidos, construir en un papel milimetrado las grficas de absorbancias

versus concentracin de KMnO4 en las 3 longitudes de onda.

Para longitud de onda 410nm



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3. Con las grficas elegir la longitud de onda ptimo para el KMnO4

Como observamos en las tres grficas, la batera de tubos presenta mayor absorbancia

cuando es expuesto a la longitud de onda correspondiente a 525 nm y al corroborar la

lnea que forman los puntos en el plano cartesiano es tambin el que se asemeja ms a

una lnea recta.

4. En la grfica para el ptimo representar la curva de calibracin.


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Medir la absorbancia de la muestra problema haciendo la dilucin

apropiada para la muestra.

5. Obtener el Factor de Calibracin (Fc) promedio de las soluciones estndar de la curva de

calibracin.

Muestra roblema Soluciones estndar

Comparamos con

el rango, en este

caso fue mayor

as que se tuvo

que hacer una

dilucin

1ml

4ml de H2O 5ml

= 1ml (MP)

5ml

Si encontramos el rango lo

mandamos a leer al

espectrofotmetro y lo

ubicamos en la curva de

calibracin si no seguimos

diluyendo, en este caso

solo fue necesario diluirlo

una sola vez.

d = 1/5 y el Fd = d-1 =5

Llevndolo al

espectrofotmetro la

muestra problema

tiene una absorbancia

de: 0.712


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Fc1= [St1] = 1 mg% =7,19

Abs 0.139

Fc2= [St2] = 2 mg% =7,14

Abs 0.280

Fc1= [St1] = 4 mg% = 7.96

Abs 0.502

Fc1= [St1] = 8 mg% =8.1

Abs 0.976

6. Calcular la concentracin de la muestra problemas por los mtodos:

a) Grficamente, interpolando la absorbancia en la curva de calibracin.

b) Analticamente, multiplicando la absorbancia por el Fc promedio y el factor

de dilucin.

Fc[] = 7.19 + 7.14 + 7.96 + 8.1 = 7.59

4

[MP]= 7.59 x 0.712 x 5 = 27.0204


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7. Comparar ambas medidas y analizar los resultados:

Vemos que a partir de nuestro trabajo experimental, se observan diferencias en los

resultados tanto grfica y analticamente obtenidos. Debido a que en el espacio existen unainfinidad de puntos, visualmente podran trazarse varias lneas equidistantes segn cada

experimentador esto nos lleva a una imprecisin que es vista al comparar matemticamente

los resultados.

A partir de esta diferencia podemos tratar de determinar algunos agentes externos que nos

hallan podido llevar hacia el error al momento de desarrollar el procedimiento:

- Falta de pericia en el manejo de material de laboratorio, al momento de llevar acabo el

pipeteo de muestras.

- Falta de limpieza de los materiales, lo que pudo llevarnos a alteraciones al momento de

leer las absorbancias.

- Lectura rpida de las soluciones, lo q no permiti un adecuado homogenizado de las

mismas.

V. COMENTARIO - CONCLUSINES

Las experiencias realizadas durante la prctica de laboratorio nos permiten dar una explicacin

adecuada diversos eventos en los cuales participa la foto colorimetra:

1. Como una solucin con caractersticas fsicas y qumicas establecidas, mencinese a la intensidadde color y a la concentracin, cambia la tonalidad del color al traspasarse a un envase diferente alque contena la solucin inicialmente.

2. Como, esta vez manteniendo constante el envase que contiene a la solucin, demostrar que la

concentracin vara directamente con la absorvancia o densidad ptica de la solucin, evidencindose en el cambio de la tonalidad del color.

* Otra conclusin a la cual se llego fue; que al conocer en el laboratorio las caractersticas fsicas yqumicas de soluciones estndares, con la ayuda de instrumentos de laboratorio, se puede elaborar

una grfica que relacione tanto la concentracin como a la densidad ptica de una solucin; la cuala su vez nos servira de ayuda para calcular las variables requeridas (concentracin o densidad

ptica), con una simple ubicacin en la grfica de los datos de una muestra problema, siempre ycuando esta se encuentre dentro del rango cualitativo de nuestras muestras estndares.

* Si la muestra problema no se encuentra en dicho rango, con la ayuda de un procedimiento como ladilucin, puede forzarse a dicha muestra a entrar en el rango requerido (concentracin y tonalidadde color); para luego ser leda y ubicada en nuestra grfica.


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VI. CUESTIONARIO

1. Por qu es necesario hacer diluciones en algunas muestras?

Para que un dato de absorbancia pueda ser utilizado en el clculo de

concentracin debe estar dentro de la zona en la cual la curva es lineal , esto es,en el rango de concentraciones en el que se cumple la ley de Lambert-Beer. Para

conseguir esto puede ser necesario diluir la muestra problema.

2. Mencione los factores que afectan la Ley de Lambert y Beer

La ley de Lambert-Beer tiene unas limitaciones que son:

1) Limitaciones propias: La ley de Beer solo se cumple en disoluciones diluidas, aconcentraciones del orden de 10 ^ -2 M, por encima de este valor la recta se curva debido

a que a medida que aumenta la concentracin de especies absorbentes, estas se vanaproximando entre ellas hasta que se pone en marcha las interacciones electrostticas,alterando la capacidad de las especies a absorber a unas determinadas longitudes deonda. No vamos a obtener por lo tanto una relacin lineal entre A y c. Los niveles deenerga en los que se mueven los electrones son distintos.Lo mismo ocurre en disoluciones de baja concentracin de especies absorbente, pero conconcentraciones elevadas de otras especies (sales interferentes).Los iones de las salesinteraccionan con las especies absorbentes y se modifica la capacidad de absorcin. Deesta manera el diagrama de energa y la capacidad de absorcin de radiacin variaran. Porlo tanto el efecto salino tambin afecta.

2) Limitaciones debidas a desviaciones qumicas:Tienen lugar cuando el analito se disocia,asocia o reacciona con el disolvente para dar lugar a un producto con un espectro deabsorcin, diferente al del analito. Y esta asociacin, disociacin, reaccin depende de ladilucin. La ley de Beer no se cumple debido a los cambios en los equilibrios que seproducen. Cuanto ms parecidos sean los coeficientes de absorcin molar de las especies,la relacin lineal tiende a ser ms recta.

3) Desviaciones instrumentales con radiaciones policromticas:Otra de las razones por lasque no obtenemos una linealidad se puede deber a desviaciones instrumentales, delinstrumento en si. Si seleccionamos una longitud de onda nica, lo ideal sera que elmonocromador dejase escapar esa longitud de onda que seleccionamos (Radiacinmonocromtica) .Sin embargo la resolucin del monocromador no estn buena como paradejar pasar una sola longitud de onda. No vamos a aislar una sola longitud de onda sinovamos a trabajar con un grado pequeo.

Si hacemos incidir dos longitudes de onda, la capacidad de absorber radiacin es distinta acada longitud de onda. No vamos a obtener nunca un tramo recto en la curva decalibrado. Por lo que nos interesa que los dos valores de las absortividades para cadalongitud de onda, sean igual para obtener una relacin lineal.


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3. Hallar los % T cuando se conoce las absorbancias: A 1= 0.005, A2= 0.05, A3= 0.5

Hallar la Absorbancia cuando se conoce el % T siguientes: 0.1%T, 1%T, 10%T,

100%T

%T = 102-A

- A1= 0.005 %T = 102-0.005 = 101.995 = 98.855

- A2= 0.05 %T = 102-0.05 = 101.95 = 89.125

- A3= 0.5 %T = 102-0.5 = 101.5 = 31.623

A = 2log%T

- 0.1%T A = 2 log0.1 = 2(-1) = 3- 1%T A = 2 log1 = 2(0) = 2

-10%T A = 2 log10 = 2(1) = 1

- 100%T A = 2 log100 = 2(2) = 0

4. Una solucin coloreada presenta una A de 0.450 en una cubeta de 2 cm, hallar la

A cuando la sustancia se ha diluido 5 veces y se lee en una cubeta de 1 cm

Datos:A1= 0.450, l1= 2 cm, C1= 5C2, l2= 1 cm, e1= e2

Hallar A2:

A = l x C x edonde:

A = Absorbancial = Longitud que atraviesa el haz de luzC = Concentracin de la solucin coloreadae = Coeficiente de extincin molar

A1/ A2= e1xl1xC1/ e2xl2xC2

0.450 / A2= e2x2cmx5C2/ e2x1cmxC2A2 = 0.045

5. Hallar el coeficiente de extincin molar de KMnO4 realizado en la prctica

P.M. (KMnO4) = 39+55+4(16) = 158 gr; y suponiendo que la longitud que atraviesa el hazde luz es de 1 cm


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a. Convertir las unidades de concentracin de mg% a mol/L

(T1) = 1 mg/dL x 1mol/158gr x 1gr/1000mg x 10dL/1L = 6.329 x 10-5mol/L(T2) = 2 mg/dL x 1mol/158gr x 1gr/1000mg x 10dL/1L = 12.658 x 10-5mol/L

(T3) = 4 mg/dL x 1mol/158gr x 1gr/1000mg x 10dL/1L = 25.316 x 10-5

mol/L(T4) = 8 mg/dL x 1mol/158gr x 1gr/1000mg x 10dL/1L = 50.632 x 10-5mol/L

b. Hallar el coeficiente de extincin molar (e) para cada tubo:

e = A / lxCdonde:A=Absorbancial = longitud que atraviesa el haz de luzC = concentracin de la solucin coloreadae = coeficiente de extincin molar

e1= 0.145 / 1cm x 6.329x10-5mol/L = 2291.041 cm-1mol-1L




c. Tambin se sabe que el promedio de los coeficientes de extincin molar

(epro) se calcula de la siguiente manera:

epro= e1+e2+e3+/n (nmero de e)

Entonces: eprom= 2291.041+2425.344+2425.344+2385.843/4 = 9527.572/4epro= 2381.893 cm

-1mol-1L

BIBLIOGRAFA

- Douglas A. Skoog,Stanley R. Crouch,F. James Holler/Principios de anlisis instrumental.

Sexta Edicin. Mxico D.F; 2008

- Day and Underwood/Qumica Analtica Cuantitativa. Quinta Edicion. Mxico; 1997- Douglas A. Skoog,Donald M. West/Fundamentos de Qumica Analtica. Octava Edicin.

Mxico; 2005

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