INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

(ESI

Laboratorio de Química Analítica III

PROFESORA:

KARLA YENNI LOZANO ROJAS

ALUMNAS:

CISNEROS CARRILLO DARINELA

DUQUE ROMERO ARELY GABRIELA

GRUPO: 6IM6

Sección: “A”

Objetivo Comprobar experimentalmente la propiedad aditiva de la absorbancia en un sistema de dos componentes y su aplicación para su análisis cuantitativo en mezclas.Introducción En el estudio de los efectos del solvente la determinación de diferentes parámetros, por ejemplo velocidad de reacción y constantes de equilibrio resultan de interés tanto para la optimización de síntesis orgánica como para realizar estudios mecanísticos específicos. Numerosos son los ejemplos que demuestran la poderosa influencia de los solventes en las reacciones químicas y en los espectros de absorción. Los diferentes efectos del medio se verifican a través de la solvatación diferenciada de reactivos y productos (posición del equilibrio químico); reactivos y complejos activados (velocidad de reacción química); y/o de moléculas en los correspondientes estado fundamental y excitado (absorción física y radiación electromagnética). Por su parte resulta interesante en determinados casos profundizar en la interpretación de los mecanismos de reacción, verificando la influencia del solvente en los equilibrios de basicidad. De esta manera es posible analizar el cambio en la basicidad del núcleofilo con el solvente y su influencia en el proceso reactivo a través de gráficos del tipo Bronsted. Si bien en la bibliografía es posible encontrar numerosos datos sobre el pka de diferentes aminas en solventes acuosos, pocos han sido datos son reportados en solventes no acuosos y mucho menos en sus mezclas binarias. Al utilizar mezclas binarias de solventes es muy frecuente observar el fenómeno de solvatación preferencial. Este proceso resulta dependiente de la polaridad del medio, del número y del tipo de moléculas (concentración) presentes en la zona cibotáctica de las moléculas de soluto. El estudio de las propiedades fisicoquímicas que dependen de las interacciones soluto-solvente es mucho más complejo en mezclas binarias que en solventes puros. El soluto puede resultar preferencialmente solvatado por uno de los solventes integrantes de la mezcla y complementariamente, las interacciones solvente-solvente pueden afectar aquellas soluto-solvente. En este sentido han sido reportados1 efectos específicos de solvente en mezclas del tipo Acetato de etilo (EAc) + cloroformo (Cl3CH), observándose, un efecto sinérgico sobre el parámetro ET(30). Este efecto fue interpretado en base a la posibilidad que presentan estas mezclas de formar complejos intersolventes vía enlace hidrógeno, los cuales resultan frecuentemente más polares que cualquiera de los solventes puros que forman parte de la mezcla. A su vez, en este mismo tipo de mezcla fue observado un efecto sinérgico cinético2 a bajas concentraciones de aminas para una reacción de sustitución nucleofílica aromática (SNAr), específicamente empleando aminas secundarias que ofrecen la posibilidad de catálisis básica. En este sentido resultó interesante, desarrollar y optimizar un método relativamente sencillo y confiable para la determinación de las constantes de aquellas aminas que promueven el citado fenómeno sinérgico cinético. Cuando se prepara una solución de dos sustancias coloreadas, la presencia del segundo componente generalmente producirá un cambio en las propiedades de absorción de luz de la primera sustancia. En estas condiciones, la absorbancia de los componentes no es aditiva debido a la mutua interacción y un experimento como el presente no podría hacerse de una manera simple y directa. Sin embargo, hay muchas circunstancias en que los componentes no reaccionan o interactúan entre sí y no afectan ninguna de las propiedades de absorción del otro. La absorción de luz de estos componentes es aditiva. Es decir, la absorbancia total de la solución es justamente la

suma de las absorbancias individuales que tendrían ambas sustancias si estuvieran en soluciones separadas, con la misma concentración que en la solución mezcla y medidas bajo las mismas condiciones. Cuando esto es cierto para los componentes de una solución, existe la posibilidad de realizar un análisis espectrofotométrico simultáneo para ambos componentes. Para evitar la aparición de posibles interacciones no deseables, como primera medida es necesario investigar, en forma separada, la naturaleza del espectro de absorción de cada una de las sustancias que van a ser analizadas y el espectro de la solución mezcla constituida por las mismas sustancias. La absorción de radiación electromagnética es una propiedad aditiva, esto es, en el caso de encontrarse dos o más compuestos absorbentes en una misma muestra, la absorbancia de dicha muestra para cada longitud de onda será la suma de las absorbancias individuales de los diversos componentes para dicha longitud de onda: Amuestra= A1 + A2 + ...... + An = å1bc1 + å2bc2 + ..... + ånbcnEsto supone un problema cuando los espectros de absorbancia de los diversos componentes están muy cercanos entre sí, pues se produce el solapamiento entre ellos (interferencias espectrales), y el resultado obtenido al realizar el espectro de absorbancia de la muestra es un solo espectro como resultado de la suma de todos los espectros individuales. En este caso, no conocemos a priori la aportación de cada componente individual a la absorbancia total de la muestra (la que medimos con el espectrofotómetro), y por tanto no es posible cuantificar la concentración de cada uno de ellos siguiendo el mismo proceso de calibración utilizado cuando sólo tenemos un compuesto Para el caso de una mezcla de dos componentes, P y Q, cuyas máximas absorbancias se obtienen a dos longitudes de onda muy próximas entre si, ë1 y ë2, la absorbancia de la muestra medida a las longitudes de onda características de los dos compuestos será:Para ë1: A ë1 (muestra) = A ë1 (P)+ A ë1 (Q) = å ë1 (P) b cP + å ë1 (Q) b cQ Para ë2: A ë2 (muestra) = A ë2 (P)+ A ë2 (Q) = å ë2 (P) b cP + å ë2 (Q) b cQ Por tanto, para conocer las concentraciones de los compuestos P y Q en la muestra, cp y cQ, necesitamos en este caso conocer el valor de cuatro constantes de absortividad molar: å ë1 (P), å ë1 (Q), å ë2 (P) y å ë2 (Q). (Recordar que la absortividad molar depende del compuesto analizado y de la longitud de onda). El proceso que nos permite calcular los valores de estas cuatro constantes, llamado calibración, será el siguiente: Si preparamos disoluciones individuales de los dos compuestos, y con concentración conocida, cP y cQ, al medir su absorbancia para las dos longitudes de onda obtendremos:Para el compuesto P: A ë1 (P) = å ë1 (P) b cP A ë2 (P) = å ë2 (P) b cPPara el compuesto Q: A ë1 (Q) = å ë1 (Q) b cQ A ë2 (Q) = å ë2 (Q) b cQ Ahora, en cada una de las ecuaciones, todos los términos son conocidos excepto las constantes de absortividad molar, por lo que podemos despejarlas y calcular el valor de las cuatro constantes de proporcionalidad. Una vez conocidos los valores de estas constantes, ya podemos sustituirlas en las ecuaciones 1 y 2, quedándonos un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, de cuya resolución obtendremos los valores de concentración de los dos analitos, P y Q, en nuestra muestra.

Desarrollo experimental

Material y equipo:Matraz aforado de 500mlMatraces aforados de 100mlMatraces aforados de 10mlPipetas graduadas de 1mlBalanza analíticaEspectrofotómetro UV-VIS Celdas de cuarzo de 1cmReactivos:KMnO4 Q.P.K2Cr2O7 Q.P.H2SO4 Q.P.Preparación de soluciones:Solución de H2SO4 0.2NMedir 2.7ml de H2SO4 y aforar a 500ml con agua destiladaSolución de KMnO4 5X10-4M

Pesar .007902g de KMnO4 disolver con H2SO4 .2N y aforar a 100ml con el mismo solvente.Solución de K2Cr2O7 5X10-4M

Pesar .014709g de K2Cr2O7 disolver con H2SO4 .2N y aforar a 100ml son el mismo solvente.Desarrollo: Correr el espectro de la solución de dicromato de potasio 5X10-4M bajo las siguientes condiciones:Lámpara UV-VISModo ABSOrdenada al limite 0-2Intervalo de λ de 600 a 300 nmVelocidad de barrido: 120 nm/minVelocidad de carta: 60 mm/min Correr el espectro de la solución de permanganato de potasio 5X10-4M a las mismas condiciones utilizadas para la solución de dicromato de potasio.Determinar las absorbancias de cada solución a 525 y 350 nmCorrer el espectro de una mezcla de permanganato de potasio y de dicromato de potasio de concentración desconocida y determinar el valor de la absorbancia a 525 y 350 nm

Cálculos y resultados

Tabla de datos experimentales

λ1= 350 λ2= 525A1 KMnO4= .51229 A1 KMnO4=1.0414A2 K2Cr2O7= 1.6412 A2 K2Cr2O7=.011925A mezcla=.92367 A mezcla=.7088

Primeramente con los datos anteriores se calcularan las absortividades molares para cada longitud de onda para cada compuesto mediante la siguiente ecuación:

ϵ= Ab∗C

Cálculos para longitud de 350nm

ϵ 1= A KMnO 4b∗C KMnO 4

= .51229(1cm )(5 X 10−4 mol /l)

=1024.58L

molcm

ϵ 2= A K 2Cr 2O 7b∗C K 2Cr 2O 7

= 1.6412(1cm )(5 X 10−4 mol/ l)

=3282.4L

molcm

Cálculos para la longitud de 525 nm

ϵ 1= A KMnO 4b∗C KMnO 4

= 1.0414(1cm )(5 X 10−4 mol /l)

=2082.8L

molcm

ϵ 2= A K 2Cr 2O 7b∗C K 2Cr 2O 7

= .0065(1cm )(5 X 10−4 mol/ l)

=23.85L

molcm

Posteriormente se calcula la concentración de cada especie involucrada mediante las ecuaciones para mezclas binarias:

Amezcla@350=bϵ 1C1+bϵ 2C2

Amezcla@525=bϵ 1C1+bϵ 2C2

*Nota los valores de 1 pertenecen a KMnO 4 y los de 2 son los de K 2Cr 2O 7

Sustituyendo los valores se tiene

Amezcla@35 0=.92367=(1cm )(1024.58L

mgmolcm )C1+(1cm )(3282.4L

mgmolcm )C2…

(1)

Amezcla@525=.7088=(1cm )(2 082.8mgL

molcm )C1+(1cm )(23.85L

mgmolcm )C2…(2)

Se resuelve el sistema para conocer C1 y C2 como sigue:

C1= 3.38X10-4

C2= 1.76x10-4

Tabla de resultados

Concentración de KMnO4= 3.38X10-4 ppm Concentración de K 2Cr 2O 7=1.76x10-4 ppm

Observaciones

En esta practica las medidas que se tomaron para llevar a cabo la experimentación fueron iguales que las anteriores solo con la diferencia de que el equipo utilizado era uno distinto el cual ya nos da todos los valores y no hay necesidad de realizar pasos que se hace en el que es un poco mas antiguo la diferencia es el software por el que este se basa.Se realizo un análisis de 3 muestras dos de ellas eran diferente y la tercera es la mezcla de las 2 muestras con esta practica se demostró que es posible la determinación de los 2 componentes individuales presentes ya que se hace posible determinar cuantitativamente los constituyentes de la muestra incluso si el espectro se superpone.Mediante los valores de las longitudes de onda de cada una de las muestras es posible determinar el valor de las concentraciones incluyendo también en la ecuación la longitud de la muestra correspondiente a la Absorbancia.

Conclusiones

En la experimentación realizada se comprobó que en la absorbancia la propiedad de adición existe ya que la suma de las absorbancias es igual a la de la mezcla, para llevara a cabo este análisis es necesario que los reactivos no reaccionen entre si y mucho menos con el solvente ya que no se llevaría a cabo la experimentación y no estaríamos cuantificando los valores por separado sino mas bien una interferencia y por lo tanto una mala lectura de las absorbancias.El valor de las concentraciones y el análisis fue comprobado por medio de la ley de lambert-beer así sustituyendo los valores para verificar que tanto como las concentraciones de cada una de las especies tanto como en muestra como en la mezcla las absorbancias son las mismas para las especies comprobando así el objetivo primordial de la práctica.

CISNEROS CARRILLO DARINELA

Durante el desarrollo experimental se utilizo el disolvente acido sulfúrico como blanco y para calibrar el equipo se utilizaron 2 blancos de este, posteriormente se procedió a leer las absorbancias del dicromato de potasio, permanganato de potasio y la mezcla a diferentes longitudes de onda. Finalmente se obtuvo la concentración molar de estos reactivos y de la mezcla. Y gracias a los datos experimentales se pudo comprobar la propiedad aditiva de las absorbancias en un sistema de componentes. Algunos otros ejemplos de mezclas binarias que se pueden determinar por espectroscopia UV-VIS son la cafeína-cocaína y complejos metálicos.

DUQUE ROMERO ARELY GABRIELA

Bibliografía

http://www2.uca.es/grup-invest/corrosion/integrado/P5.pdfhttp://ojs.uo.edu.cu/index.php/cq/article/viewFile/2337/1873http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2001184/lecciones/Cap13/03_01_01.htmwww.uclm.es/profesorado/mssalgado/.../volmolpar.pdf Similares

Cuestionario No. 3

1.-¿En qué consiste la cuantificación de dos o más componentes por la técnica UV-VIS?La absorbancia total de una mezcla a determinada longitud de onda es igual a la suma de las absorbancias de sus componentes.

2.-¿Qué características deben tener los compuestos que se determinan simultáneamente?Que absorban en la región UV-VIS, que tengan características químicas similares, que no reaccionen entre sí y ni con el solvente y que exista una diferencia considerable de absortividades.

3.-Mencione ejemplos de mezclas binarias que se puedan determinar simultáneamente por medio de la espectrometría UV-VIS.Cafeína-ácido acetilsalisílico, cafeína-cocaína y complejos metálicos.

4.- Explique en una mezcla de 3 componentes en que forma puede calcularse la concentración de cada uno de ellos mediante la técnica UV-VIS.

Primero se determina la absortividad molar de las 3 especies a sus respectivas longitudes de onda.

La absorbancia de la mezcla se determina a las mismas 3 longitudes de onda Con los valores conocidos de la absortividad y el ancho de la celda se arma un

sistema de 3 ecuaciones con 3 incógnitas. Se resuelve dicho sistema para obtener así las concentraciones de las 3 especies que

conforman la mezcla, cumpliéndose así el principio de aditividad.

5.-Si se tiene una mezcla de SiO2 y un alquil sulfonato lineal (detergente aniónico), explique en forma breve si pueden determinarse simultáneamente.

Nota: λmáx para alquil sulfonato=652nm y para el SiO2=410 nm.Si, debido a que las λmax de cada componente se encuentran dentro del rango del UV-Visible y no estan muy cerca entre sí lo cual se pueden distinguir en el espectro.

6.- Explique si es posible mediante esta técnica analizar una mezcla de “n” componentes.Si es posible siempre y cuando no haya interacción entre las distintas especies tal como una reacción.