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• Roger Ramos

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Universidad Autónoma de Chiriquí, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Escuela de Biología

Química analítica cuantitativa (QM-L 228)

Experimento 11 ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN

Autores Miranda, Yismerais, 4-812-1826 [email protected]

Rovira, Angie, 4-823-392 [email protected]

Coordinadora: Joyce Lezcano

Semestre I 17 de junio del 2019

Resumen El objetivo primordial de esta experiencia fue realizar un análisis espectrométrico UV-VIS para determinar la absorbancia de soluciones de permanganato de potasio, nitrato de cromo y sulfato de níquel, a diferentes concentraciones. En donde se basó en la interacciones entre las ondas electromagnéticas y la materia de la región UVVIS, conocido mejor como un análisis espectrofotométrico de absorción, que fue el estudio de la cantidad de luz absorbida por la materia presente en la solución que es característica de cada compuesto. Por ende se conoció que la respuesta de dicho componente es función de las características del haz de luz incidente en cada muestra, lo que permite determinar la respuesta en función de la calidad del haz proporcionado. Del cual dicho conjunto de respuesta en el rango de longitud de onda de la gama UV-visible se denomina espectro de absorción; dicha respuesta es el código de cada compuesto.

Palabras claves: Concentración, espectrofotometría, ley Lambert-Beer, solución patrón, absorbancia, región UV-VIS. Objetivos 

Adquirir conocimiento de la absorción de luz en algunos compuestos junto al manejo adecuado del espectrofotómetro.



Determinar el aspecto que presenta el espectro de absorción de una muestra de KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3].



Explicar el proceso de absorción de energía radiante y las leyes que la rigen.

Marco teórico De acuerdo con Kalimi y Sohonie, (1965), la espectrofotometría UV-visible es una técnica analítica que permite determinar la concentración de un compuesto en solución. Se basa en que las moléculas que absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida dependen de forma lineal de la concentración. Además es usada para identificar compuestos por su espectro de absorción y conocer la concentración de un material o sustancia, esto

último permite, seguir el curso de reacciones químicas y enzimáticas así como determinar enzimas y proteínas incluso ácidos nucleicos.

Para hacer este tipo de medidas se emplea un espectrofotómetro, como ya sabemos es un equipo de laboratorio que mide la cantidad de luz que pasa por medio de una longitud de onda especifica. La cantidad de luz absorbida por un medio es proporcional a la concentración del soluto presente, es entonces así que la concentración de un soluto colorido en solución puede ser determinada en el laboratorio mediante la medición de su absorción de luz a una longitud de onda específica. Las muestras en estos equipos se utilizan en estado líquido y se colocan en el compartimiento de las muestras de celdas transparentes de diferentes tamaños y materiales. (Harris, 2001).

Según Gart, (2009), en espectroscopia el término luz no sólo se aplica a la forma visible de radiación electromagnética, sino también a las formas UV e IR, que son invisibles. En espectrofotometría de absorbancia se utilizan las regiones del ultravioleta (UV cercano, de 195-400 nm) y el visible (400-780 nm). La región UV se define como el rango de longitudes de onda de 195 a 400 nm. Es una región de energía muy alta. En la región visible apreciamos el color visible de una solución y que corresponde a las longitudes de onda de luz que transmite, no que absorbe. El color que absorbe es el complementario del color que transmite. Por tanto, para realizar mediciones de absorción es necesario utilizar la longitud de onda en la que absorbe luz la solución coloreada. La fuente de radiación visible suele ser una lámpara de tungsteno y no proporciona suficiente energía por debajo de 320 nm.

Cita

Clavijo, (2002), la transmitancia (T) de una sustancia en solución es la

relación entre la cantidad de luz transmitida que llega al detector una vez que ha atravesado la muestra y la absorbancia (A) es un concepto más relacionado con la muestra puesto que nos indica la cantidad de luz absorbida por la misma.

Ley de Lambert-Beer, esta ley expresa la relación entre absorbancia de luz monocromática (de longitud de onda fija) y concentración de un cromóforo en solución: A = log I/Io = ε.c.l La absorbancia de una solución es directamente proporcional a su concentración a mayor número de moléculas mayor interacción de la luz con ellas; también depende de la distancia que recorre la luz por la solución a igual concentración, cuanto mayor distancia recorre la luz por la muestra más moléculas se encontrará; y por último, depende de ε, una constante de proporcionalidad denominada coeficiente de extinción que es específica de cada cromóforo. (Zago, 2010). Materiales y reactivos Cuadro 1. Materiales Descripción Vasos químicos Bureta Espectrofotómetro UV-VIS (Gennessys) Matraz volumétrico Celdas de plástico

Capacidad 100 mL 50 mL (100-400) nm (200-300) mL -

Cantidad 2 1 1 2 4

Cuadro 2. Reactivos Reactivo Permanganato de potasio (KMnO4)

Cantidad 250 mL

Sulfato de níquel (NiSO4)

250 mL

Nitrato de cromo [Cr(NO3)3]

250 mL

Toxicidad Ingestión: quemadura, edema, pulso lento, shock con caída de la presión sanguínea. Inhalación: irritación del tracto respiratorio, tos, falta de respiración. Contacto: enrojecimiento, dolor, quemaduras severas, manchas de color café al contacto. Ingestión: dolor abdominal, diarrea, náuseas y vómitos. Inhalación: irritaciones en vías respiratorias, tos, dolor de garganta y dificultad para respirar. Contacto: irritaciones, enrojecimiento y dolor. Ingestión: irritación gastrointestinal. Inhalación: tos. Contacto: irritación, enrojecimiento.

Fase Experimental A. Preparación de las soluciones madres de KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3]. Se prepararon 250 mL de Realizamos caculos para soluciones patrones de preparar los patrones KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3] correspondientes de de concentraciones de dichas soluciones 0.0003M, 0.225M, 0.150M B. Determinación de la longitud de onda de máxima absorción por las soluciones permanganato de potasio, sulfato de níquel, nitrato de cromo. Se calibro el aparato Se verifico el equipo Fijamos los con un blanco de agua (condiciones parámetros destilada a 100% de operacionales ) y se correspondientes transmitancia y 0% de seleccionó modo absorbancia espectrofotométrico Determinamos la longitud de onda que corresponda a la máxima absorbancia de las soluciones de KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3]

Se realizó un barrido de (400700) nm

C. Construcción de la curva de calibración Una vez determinada las longitudes de onda de máxima absorbancia para las soluciones de diferentes concentraciones

Construimos una gráfica de la absorbancia vs concentración, con la longitud de onda de máxima absorbancia constante

Resultados y cálculos Cuadro 4. Datos de la Curva de calibración del Nitrato de cromo. Concentración (M) absorbancia 0.150 0.073 0.120 0.042 0.090 0.038 0.060

0.027

0.030 0.015

0.021 0.006

Preparación de las muestras patrones de nitrato de cromo  Solución madre de [Cr (NO3)3] 𝑔

𝑀 = (𝑃.𝑀.)(𝑉

𝐿)

237.93𝑔

𝑔 = (𝑀)(𝑃. 𝑀. )(𝑉) 𝑔 = (0.150𝑀 ) (

𝑚𝑜𝑙

) (0.250𝐿) = 5.985𝑔



Solución 0.120 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



𝑉1 =

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.090𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.150𝑀

60 mL

𝑉1 =

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.060𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.150𝑀

40 mL

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.030𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.150𝑀

20 mL

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.015𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.150𝑀

10 mL

Solución 0.030 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



80 mL

Solución 0.060 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.120𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.150𝑀

Solución 0.090 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



𝑉1 =

𝑉1 =

Solución 0.015 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2

𝑉1 =

Graficó 1. Curva de calibración del [Cr (NO3)3] Cuadro 5. Datos de la Curva de calibración del Permanganato de potasio a 526nm. Concentración (M) absorbancia 0.003 2.513 0.0024 2.462 0.0018 2.375 0.0012

2.160

0.0006 0.0003

1.217 0.523

Preparación de las muestras patrones de permanganato de potasio  Solución madre de (KMnO4) 𝑔

𝑀 = (𝑃.𝑀.)(𝑉

𝐿)



158.034𝑔

𝑔 = (𝑀)(𝑃. 𝑀. )(𝑉) 𝑔 = (0.003𝑀 ) (

Solución 0.0024 M

𝑚𝑜𝑙

) (0.250𝐿) = 0.1185𝑔

𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2 

𝑉1 =

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.0018 𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.003 𝑀

60 mL

𝑉1 =

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.0012𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.003𝑀

40 mL

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.0006𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.003𝑀

20 mL

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.0003𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.003𝑀

10 mL

Solución 0.0006 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



80 mL

Solución 0.0012 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.0024𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.003𝑀

Solución 0.0018 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



𝑉1 =

𝑉1 =

Solución 0.0003 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2

𝑉1 =

Graficó 2. Curva de calibración del KMnO4. Cuadro 6. Datos de la Curva de calibración del Sulfato de níquel. Concentración (M) absorbancia 0.225 0.402 0.18 0.302 0.135 0.232 0.090

0.163

0.045 0.025

0.077 0.057

Preparación de las muestras patrones de sulfato de níquel  Solución madre de (NiSO4) 𝑔

𝑀 = (𝑃.𝑀.)(𝑉

𝐿)



154.75𝑔

𝑔 = (𝑀)(𝑃. 𝑀. )(𝑉) 𝑔 = (0.225𝑀 ) (

𝑚𝑜𝑙

) (0.250𝐿) = 8.7047𝑔

Solución 0.18 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2

𝑉1 =

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.18𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.225𝑀

80 mL



Solución 0.135 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



60 mL

𝑉1 =

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.090𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.225𝑀

40 mL

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.045𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.225𝑀

20 mL

(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.025𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.225𝑀

11.11 mL

Solución 0.045 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



(𝐶2 )(𝑉2 ) (0.135 𝑀)(100𝑚𝐿) = = 𝐶1 0.225 𝑀

Solución 0.090 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2



𝑉1 =

𝑉1 =

Solución 0.025 M 𝐶1 𝑉1 = 𝐶2 𝑉2

𝑉1 =

Graficó 3. Curva de calibración del NiSO4. Discusión El espectro de absorción de las muestras patrones asignado muestra una creciente al comenzar porque la concentración de las muestras van aumentando y alcanza su punto máximo de absorbancia, para así, entonces, permitir asegurar que la concentración es la que juega el papel más importante dentro de la solución, puesto que si tiene muy poca, va a ser una absorbancia baja, porque “se absorben aquellas frecuencias que son capaces de producir excitación electrónica”. Es decir la absorbancia es directamente proporcional a la concentración, por lo tanto. Siempre que la concentración de los patrones aumente, la absorbancia aumenta también. (Brown, 2009).

La determinación del espectro de absorción tanto para la soluciones de KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3] se hace para conocer la concentración donde ocurre la absorción

máxima de energía que permite el mayor salto energético, es decir, que las sustancias pasen de un estado menor a uno mayor conocido como estado excitado. Además, para cada especie existen bandas de absorción que especifican la energía necesaria para lograr esos saltos energéticos, siendo esto una huella digital para identificar las sustancias, según Whitten, K (2008).

En consecuencia, un espectro de absorción no es más que una representación gráfica que indica la cantidad de energía absorbida en función de la concentración por cada especie química. En la práctica la concentración donde se daba la mayor absorción para el permanganato de potasio fue de 0.003M, para el nitrato de cromo fue de 0.150M, y la del sulfato de níquel a 0.225M, indicando así la concentración donde se absorbe la cantidad de energía necesaria para dar el mayor salto energético. Igualmente, muchos autores señalan que el espectro de absorción puede verse afectado por los otros componentes de la solución, entonces, la concentración donde ocurre la máxima absorción de las especies estudiadas se encuentra sujeta al error de tal asociación, manifiesta Underwood, (1986).

Se recuerda que el espectro de absorción tanto para el KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3], se determinó a partir de una solución madre. Por otra parte, al tener para cada especie determinada la concentración donde ocurre la absorción máxima, se procede a construir la curva de calibración, que fue lo que se logró con las muestras hijas, que nacen de porciones de la muestras madres diluidas a volúmenes fijos; ya que para obtener los espectros en el ultravioleta con fines cualitativos se suele emplear disoluciones diluidas del analito según Skoog, D (2010). Y aquí se determina el valor de absorbancia para cada hija, referida en los cuadros de datos 4, 5, 6, y encontrado sustento en la ley de Beer, que establece que a bajas concentraciones es menor la absorbancia, y a mayores concentraciones mayor absorbancia. En tal sentido, las curvas de calibración se relacionan por medio de una tendencia lineal o correlación lineal, donde los valores se grafican en función de la absorbancia y la concentración, para cada curva de las especies (KMnO4, NiSO4, [Cr (NO3)3]); dando así la linealidad explicada anteriormente, estableciéndola

mediante el coeficiente de correlación, el cual, según los valores reportados estuvo en el rango 0 y 1 lo que implica una correlación positiva entre tales variables (absorbancia y concentración).

Respecto al instrumento estadístico, fue usado el método de regresión lineal para obtener los datos referentes a las variables de la función que correspondían a las cifras obtenidas en cuanto a absorbancia y concentración; en este tópico es de notar que la confiabilidad de los datos del sulfato de níquel son altos debido a poseer un coeficiente de correlación igual a 0.9955; mientras que para el caso de nitrato de Cromo y de permanganato de potasio los datos empíricos no arrojan una confiabilidad tan precisa debido a que el coeficiente de correlación arrojo valores de 0.9148 y 0.7741 respectivamente; postulado que se corrobora al examinar las gráficas correspondientes. Conclusiones 

La absorbancia es la capacidad que tiene algunos compuestos para absorber la radiación electromagnética, pudimos observar cómo, dependiendo de la concentración y la longitud a la cual se le aplique un rayo, puede alcanzar un punto máximo de absorción.



Por medio de esta práctica se logró familiarizarse y aprender el uso correcto y manejo del espectrofotómetro de absorción UV-visible por medio de sustancias que presentan color y que por medio de la espectrofotometría se puede observar su región de absorbancia en determinada concentraciones que nosotros podemos manejar de acuerdo a nuestras necesidades.



Por lo tanto, se manifiesta las ventajas y facilidades de este método, que se simplifica gracias a equipos analíticos adecuados como el espectrómetro UVVisible, a disposiciones teóricas comprobadas como la Ley de Beer, a las facilidades gráficas, proporcionadas por cualquier computador. En fin queda expresado que es posible determinar la presencia y absorbancia de cualquier sustancia, (para el particular: Potasio, Níquel y Cromo) contenida en muestras de diferentes concentraciones, aplicando la espectrofotometría UV- Visible.

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O,

(2002).

Fundamento

de

química

analítica,

equilibrio

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