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• Danna Sofia Avila

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ASSIGNATURA IA19 PART QUÍMICA ANALÍTICA

DATA D’EDICIÓ: 04.04.2011 DATA DE REVISIÓ:

CURS: 201O-11

PRÀCTICA N- 5

TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría

Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría

REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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PRÀCTICA N- 5

TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría

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PRÀCTICA N- 5

TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría Objetivo práctica- determinación de la concentración de manganeso y cromato de una muestra problema mediante medidas espectrofotométricas. Datos recogidos: 1) Normalización de la disolución de KMnO4 (Masa C2 O−2 5 ± 0,0001) g VKMnO4 (ml) Tabla 1. Normalización KMnO4

0,1972 20

0,2021 20

0,2005 20,5

2) Medidas de absorbancias para la disolución de KMnO4 a 545 y 440 nm Alícuota 1 ml 2 ml A (545nm) 0,137 0,271 A (440 nm) 0,023 0,029 Tabla 2. Absorbancias para KMnO4

3 ml 0,384 0,035

4 ml 0,516 0,041

5ml 0,655 0,057

3) Medidas de absorbancias para una disolución de K2CrO7 a 545 y 440 nm Alícuota 1 ml 2 ml A (545nm) 0,004 0,018 A (440 nm) 0,125 0,255 Tabla 3. Absorbancias para K2CrO7

3 ml 0,016 0,335

4 ml 0,028 0,431

5ml 0,018 0,546

4) Medición absorbancias para la muestra problema muestra 1 A (545nm) 0,152 A (440nm) 0,300 Tabla 4. Absorbancias para la muestra problema

2 0,156 0,309

3 0,153 0,303

Cálculos 1) Normalización de la disolución de KMnO4 La reacción que tiene lugar es: − + +2 5C2 O−2 + 8𝐻2 𝑂 4 + 2 MnO4 + 16 𝐻 → 10𝐶𝑂2 + 2𝑀𝑛

2nC2 O−2 = 5nMnO−4 4 nMnO−4 =

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2nC2 O−2 4 5

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría nC2 O−2 = 4

mC2 O−2 4 µC2 O−2 4

Para m1 = 0,1972 g ∶   

0,1972 = 0,00147 moles de C2 O−2 4 134 2 nMnO−4 = 5 ∗ 0,00147 = 0,000588 moles de MnO− 4 nMnO4− 0,000588 MMnO−4 = = = 0,02943 𝑀 VMnO− 0,02 4

nC2 O−2 = 4

Masa C2 O−2 4 (g) 0,1972 0,2021 0,2005 Promedio MMnO−4 (mol/l) 0,029595 Tabla 5. Molaridad disolución de KMnO4 inicial

MMnO−4 (mol/l) 0,02943 0,03016 0,029195 desviación estándar 0,000503215

MMnO−4 = (0,0296 ± 0,0005) mol/l

2) Calculo absortividad para la disolución de KMnO4 a 545 y 440 nm Si se diluye 10 veces la disolución de KMnO4 se recalculan las concentraciones de la disolución de KMnO4 de la siguiente forma: MMnO−4 =

moles 0,01 ∗ 0,0296 = = 0,00296 M V 0,1

A continuación se calculan las concentraciones de cada una de las alícuotas que se cogen de esta disolución y se representan frente a las absorbancias. Para la alícuota de 1ml: M=

Valícuota 10−3 ∗ MMnO−4 = ∗ 0,00296 = 5,92 ∗ 10−5 M Vdil 50 ∗ 10−3

alícuota M (mol/l) A (545nm) 1ml 0,0000592 0,137 2ml 0,000118 0,271 3ml 0,000178 0,384 4ml 0,000237 0,516 5ml 0,000296 0,655 Tabla 6. Molaridades disoluciones de KMnO4 y absorbancias a 545 y 440 nm REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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A (440nm) 0,023 0,029 0,035 0,041 0,057

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría 0.8

y = 2,161.44x + 0.01 R² = 1.00

0.6 0.4 0.2 0 0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

Gráfico 1. Absorbancias a 545 nm frente a la molaridad 0.06 0.04 y = 134.95x + 0.013 R² = 0.9405

0.02 0 0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

Gráfico 2. Absorbancias a 440 nm frente a la molaridad 0,7

y = 2161,4x + 0,0086 R2 = 0,9987

0,6 0,5

545 nm

0,4

440 nm 0,3

Lineal (545 nm)

0,2 0,1 0 0

0,00005

0,0001

0,00015

0,0002

0,00025

0,0003

0,00035

Gráfico 3: absorbancias a 440 nm y a 545 nm frente a la molaridad del KMnO4

Teniendo en cuenta la ley de Beer se puede obtener ε, que es la pendiente de las rectas. A= εbc, (b=1 cm, c es la concentración de la disolución y ε es la absortividad molar)

ε (L/molcm) Tabla 7. Valores absortividad KMnO4

545nm 2161,44

440nm 134,95

3) Cálculo absortividad para una disolución de K2Cr2O7 a 545 y 440 nm REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría Se cogen alícuotas de 1, 2, 3, 4 y 5 ml y se diluyen a 50 ml. Se calculan las nuevas concentraciones y se representan frente a las absorbancias medidas a 545 y 440 nm. Para la alícuota de 1 ml: M=

Valícuota 10−3 ∗ MCr2 O−2 = ∗ 0,015 = 3 ∗ 10−4 M 7 Vdil 50 ∗ 10−3

alícuota M (mol/l) A ( 545nm) 1 0,0003 0,004 2 0,0006 0,018 3 0,0009 0,016 4 0,0012 0,028 5 0,0015 0,018 Tabla 7. Molaridades disoluciones de K2Cr2O7 y absorbancias a 545 y 440 nm 0.03

A( 440nm) 0,125 0,225 0,335 0,431 0,546

y = 12.667x + 0.0054 R² = 0.4932

0.025 0.02 0.015 0.01

0.005 0 0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

Gráfico 4. Absorbancias a 545 nm frente a la molaridad para K2CrO7

0.6 y = 349.33x + 0.018 R² = 0.9993

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

Gráfico 5. Absorbancias a 440 nm frente a la molaridad para K2CrO7 REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría 0,6

y = 349,33x + 0,018 R2 = 0,9993

0,5 0,4 440 nm 0,3

545 nm Lineal (545 nm)

0,2 0,1 0 0

0,0002 0,0004 0,0006 0,0008

0,001

0,0012 0,0014 0,0016

Gráfico 6: absorbancia a 440 nm y 545 nm frente a la concentración de K2Cr2O7

Teniendo en cuenta la ley de Beer se puede obtener ε, que es la pendiente de las rectas. A= εbc, (b=1 cm, c es la concentración de la disolución y ε es la absortividad molar)

ε (L/molcm) Tabla 7. Valores absortividad K2CrO7

545nm 12,67

440nm 349,33

4) Cálculo de la concentración de cromo y manganeso en la muestra problema Sabiendo que en la muestra problema se tiene KMnO4 y K2Cr2O7, la absorbancia total se debe a las dos especies. Entonces: At = AMnO−4 + ACr2 O−2 = εMnO−4 ∗ cMnO−4 + εCr2 O−2 ∗ cCr2 O−2 7 7 7 Muestra 1: cMnO−4 = x cCr2 O−2 =y 7 A 545 nm:  0,152= 2161,44x + 12,67y  0,300= 134,95x + 349,44 y Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtiene: REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría x = 6,54 ∗ 10−5 = cMnO−4 y = 8,34 ∗ 10−4 = cCr2 O−2 7 Concentración de Mn+7 y Cr +6 : +7 En MnO− , entonces nMn+7 = nMnO−4 4 hay 1 mol de Mn

Por tanto, MMn+7 = 6,54 ∗ 10−5 M +6 En Cr2 O−2 7 hay 2 moles de Cr , entonces nCr+6 = 2 ∗ nCr2 O−2 7

Por tanto, MCr+6 = 2 ∗ MCr2 O−2 7 MCr+6 = 16,68 ∗ 10−4 M

muestra

1

2

3

cMnO−4

0,0000654

0,000067

0,0000659

cCr2 O−2 7

0,000834

0,000858

0,000842

MMn+7

0,0000654

0,000067

0,0000659

0,001668 0,001716 MCr+6 Tabla 8. Concentración cromo y manganeso en la disolución problema

0,001684

Promedio: MMn+7 = (6.61 ± 0.08) E-5 M 0.0000661 mol/l * 54.94 * 1000 mg/mol = 3.6315 ppm  3.63 ± 0.04 ppm MCr+6 =(1.689 ± 0.024) E-3 M 0.001689 mol/l * 51.99*1000 mg/mol = 87.811 ppm  87.8 ± 1.2 ppm Medioambiente En esta práctica estamos trabajando con K2Cr2O7 y KMnO4, dos compuestos muy peligrosos tanto para la salud como para el medio ambiente. En el caso del permanganato, REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría puede causar irritación en el tracto respiratorio si se inhala, así como sensación de asfixia y malestar. En altas concentraciones, puede producir edemas pulmonares. Si se ingiere, produce quemaduras internas y graves trastornos físicos internos. También produce quemaduras en contacto con la piel. Si entra en contacto con los ojos, puede producir visibilidad borrosa permanente, dependiendo de la concentración y el tiempo de contacto. En cuanto a sus efectos en el medio ambiente, es extremadamente dañino por ser un oxidante tan fuerte, destruyendo gran cantidad de superficies, y afectando a los seres vivos. Es muy tóxico en medios acuosos, los cuales pueden verse afectados de manera permanente. Por otro lado, con respecto al dicromato, debemos saber que el cromo es uno de los elementos con mayor importancia toxicológica en la actualidad. Se encuentra presente en gases, plantas, minerales… cuando el dicromato entra en contacto con el agua, se reduce a Cr (III), el cual se podrá absorber o formar complejos insolubles. Estos compuestos son altamente tóxicos, produciendo sensibilización de la piel y alergias, además de ser cancerígenos, ya que los compuestos de cromo (III) atacan a las cadenas de AND. La cantidad máxima que puede entrar en contacto de manera oral sin ser potencialmente peligrosa es de 25 mg/Kg, mientras que es de 1170 mg/kg para el contacto con la piel. Además, como el permanganato, es muy tóxico para los sistemas acuáticos, pudiendo producir daños irreversibles. Así pues, los valores límite para el dicromato son: En el aire urbano: 50 ng/m3. Agua de ríos: 10 mg/m3. Agua de océanos: 5 mg/m3. Agua potable: 0.05 mg/L. Suelo: 125 mg/kg.

En cuanto a los métodos alternativos para la determinación de cromo y manganeso, tenemos la fluorescencia de rayos X en reflexión total, que es una técnica analítica que permite la determinación de elementos traza en muestras líquidas, de forma directa y con un mínimo de manipulación. Los límites de detección están en el orden de 15-50 ng/g, lo que demuestra la alta sensibilidad de la técnica y su gran campo de aplicación en el análisis de aguas naturales. Sin embargo, esta técnica no se puede utilizar en la práctica, a causa de dos factores: en primer lugar, la exposición continuada a los rayos X puede causar mutaciones. En segundo lugar, el equipo para llevar a cabo estas detecciones es demasiado caro.

Conclusión Hemos obtenido los siguientes valores: MMn+7 =3.63 ± 0.04 ppm MCr+6 =87.8 ± 1.2 ppm REALITZAT PER: Cristina Pentelescu y Lorena Polo REVISAT PER:

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TÍTOL: Determinación de cromo y manganeso por espectrofotometría Al no tener los datos teóricos, no podemos comparar el valor de nuestros resultados con el valor teórico, pero podemos calcular los intervalos de confianza para una confianza del 95%:

n = 3, t= 4.3027 Para el Mn7+ : [3.73 – 3.53] Para el Cr6+: [90.78 – 84.82] Podemos comentar que los datos obtenidos de las distintas absorbancias son aceptables, ya que se han realizado buenos ajustes en las gráficas, obteniendo unos coeficiente de error muy próximos a 1. La excepción la encontramos en la gráfica 4, donde representamos las absorbancias a 545 nm frente a la molaridad de K2CrO7. Este ajuste tan poco acertado (donde obtenemos un R2 de 0.49) puede deberse a que, a 545 nm, el espectro del K2Cr2O7 apenas se ve, lo que puede inducir errores a la hora de medir la absorbancia. Sin embargo, hemos representado los valores de absorbancia para las dos longitudes de onda en la misma gráfica, para demostrar de forma visual que, mientras el espectro del K2Cr2O7 absorbe más a 440 nm (lo que nos permite obtener la recta correspondiente) y no presenta apenas absorción a 545 nm, el espectro del KMnO4 absorbe mejor a 545 nm, y no presenta absorción a 440 nm. Por otro lado, podemos decir que la desviación estándar obtenida para las concentraciones de cromo y manganeso no es muy grande, ya que, al medir las absorbancias de cada muestra problema, los valores obtenidos resultaron muy parecidos. Así pues, podemos decir que, a pesar de los posibles errores de medición o en el procedimiento (errores al hacer las disoluciones, o al realizar la valoración del permanganato) la práctica se ha realizado de forma correcta.

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