Experimental Visible

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


50 mL de K2Cr2O7 0.3mM


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%



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.
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Anthocyanidins.svg


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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.

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