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Universidad Nacional Andrés Bello Laboratorio Química Analítica e Instrumental QUI-141 Profesora: Karina González

LABORATORIO 8:

“Determinación de la concentración de Co (II) y Ni (II) por Espectrofotometría Visible”

Integrante: Eduardo Valderrama Curso: QUI141 – Sección 03 Fecha de entrega: sábado 26 de Octubre del 2013

Introducción La espectrofotometría Uv-Visible se aplica al análisis de analitos que absorban radiación electromagnética en longitudes de onda correspondientes a la región ultravioleta, aproximadamente entre 180 y 350 nm. En esta región las moléculas se someten a transiciones electrónicas. La espectrometría UV/Vis se utiliza habitualmente en la determinación cuantitativa de soluciones de iones metálicos de transición y compuestos orgánicos muy conjugados. Las soluciones de iones metálicos pueden absorber la luz visible, de 400 a 800 nm, porque los electrones en los átomos del metal se pueden excitar desde un estado electrónico a otro. Así en esta zona no absorben dobles ni triples enlaces aislados y sólo se van absorber enlaces pi conjugados y heteroátomos con pares de electrones no compartidos (O, N), como los grupos cromóforos. A menudo los disolventes para estas determinaciones son agua para compuestos solubles en agua o etanol para compuestos orgánicos solubles. No todos los disolventes son útiles para espectrofotometría Uv pues no todos tienen una significativa absorción de Uv. La espectrofotometría we rige por una ley muy importante: la ecuación de Beer-Lambert. La ley de Beer permite cuantificar la concentración de una muestra en solución por UV, que puede ser expresada de la siguiente manera:

Donde A es la absorbancia

la absortividad molar, C la concentración y b el paso optico.

Además la ley de beer se puede aplicar también a un medio que contenga más de una clase de sustancias absorbentes. Así que siempre que no haya interacción entre las distintas especies la absorbancia total para un sistema multicomponente, a una determinada longitud de onda, será igual a la suma de las absorbancias individuales de las especies que absorben.

Para encontrar las concentraciones de dos especies absorbentes en una mezcla, primero se debe encontrar la longitud de onda de máxima absorción para cada especie por separado a una concentración conocida y después se debe realizar las correspondientes curvas de calibración de patrón externo, que se construyen obteniendo la respuesta del método frente a soluciones exactamente conocidas (patrón) y de manera creciente. A partir de estos gráficos se obtienen las absortividades molares de las dos especies absorbentes a ambas longitudes de onda. La pendiente del correspondiente grafico (dado por la ecuación de beer con una celda de paso óptico igual a 1 cm) es igual a la absortividad molar. Luego con las absortividades se pueden encontrar las concentraciones respectivas de las especies.

Objetivos 

Comprender los principios de la espectrofotometría visible y de igual manera sobre el uso del espectrofotómetro.



Determinar la concentración de Co (II) y Ni (II) en una mezcla.

Parte experimental 1. Materiales y reactivos        

Espectrofotómetro de doble haz UV-Vis. Bureta de 10 mL Matraces aforados de 50 mL Matraces aforados de 25 mL Celdas de plástico Pizeta Soluciones patrón de Co(II) y Ni(II) 0.5 mol/L Muestra Problema

2. Métodos y Condiciones Experimentales: Preparación de las soluciones: A partir de una solución patrón de Co (II) 0,5 M, se tomó una alícuota de 7,5 mL para preparar una solución de 0,075 M en un matraz aforado de 50 mL. A partir de una solución patrón de Ni (II) 0,5 M, se tomó una alícuota de 10 mL para prepara una solución de 0,1 M. Finalmente se prepara una solución mezcla de Co (II) 0,1 M y 0,05 M a partir de las soluciones patrón de 0,5 M respectivas, en un matraz aforado de 50 mL. Determinación de espectro de absorción: Con las soluciones preparadas anteriormente, utilizando el espectrofotómetro, se seleccionó un rango entre 370 nm a 570 nm y se midieron las absorbancias. Luego el equipo entrego el grafico respectivo de absorbancia vs Longitud de onda. Así con este espectro se determinaron las longitudes de onda de máxima absorción para el níquel y el cobalto.

Curva de calibración: Se prepararon cinco disoluciones de Co (II) y otras cinco de Ni (II): 0.15; 0.10; 0.08; 0.04; 0.02 M, todas ellas a un volumen de 25 mL en los respectivos matraces aforados. A continuación se comenzó a medir las absorbancia para las soluciones de Co (II) primero a su longitud de onda de máxima absorción determinada anteriormente y luego a la longitud de onda de máxima absorción del Ni (II). Luego de la misma manera se realizó la medición de absorbancia con las soluciones de Co (II) y también de la muestra problema a las dos longitudes anteriormente ocupadas. Finalmente a partir de los respectivos gráficos de absorbancia vs concentración se calcularon los coeficientes de absortividad molar para ambos compuestos y luego a partir de esto se calculo de la manera adecuada las concentraciones de Ni (II) y Co (II) en la muestra problema.

3. Descripción de la técnica: La técnica ocupada hace uso de un instrumento comúnmente utilizado en la espectrometría ultravioleta-visible llamado espectrofotómetro UV-Vis, que mide la intensidad de luz que pasa a través de una muestra, y la compara con la intensidad de luz antes de pasar a través de la muestra. Los componentes básicos son: una fuente de radiación, un sistema que permita seleccionar una banda estrecha de longitudes de onda, una cubeta o recipiente que contenga la muestra, un detector, y un sistema de tratamiento y lectura de la señal.

Resultados 

Longitudes de máxima Absorción encontradas a partir del espectro: 512 nm y



394 nm

Curvas de calibración:

Tabla 1. Absorbancias medidas a Concentraciones de Cobalto (II) a 512 nm: Concentración (M) 0,15 0,10 0,08 0,04 0,02

Absorbancia 0,694 0,462 0,376 0,186 0,091

Grafico 1. Absorbancia vs Concentración de Cobalto (II) a 512 nm: 0.8 0.7 Absorbancia

0.6 0.5 0.4

y = 4.6315x + 0.0005 R² = 0.9999

0.3 0.2 0.1 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Concentración de Co (II) [M]

Por tanto la absortividad molar es: Tabla 2. Absorbancias medidas a Concentraciones de Cobalto (II) a 394 nm: Concentración (M) 0,15 0,10 0,08 0,04 0,02

Absorbancia 0,039 0,024 0,020 0,010 0,008

Grafico 2. Absorbancia vs Concentración de Cobalto (II) a 394 nm: 0.045 0.04

Absorbancia

0.035 0.03 0.025 0.02 y = 0.2416x + 0.0014 R² = 0.9854

0.015 0.01 0.005 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Concentracion de Co (II) [M]

Por tanto la absortividad molar es: 0,2416 Tabla 3. Absorbancias medidas a Concentraciones de Níquel (II) a 394 nm: Concentración (M) 0,15 0,10 0,08 0,04 0,02

Absorbancia 0,718 0,482 0,382 0,190 0,102

Grafico 3. Absorbancia vs Concentración de Níquel (II) a 394 nm: 0.8 0.7 Absorbancia

0.6 0.5 0.4 y = 4.7605x + 0.0037 R² = 0.9999

0.3 0.2 0.1 0 0

0.05

0.1

0.15

Concentración de Ni (II) [M]

0.2

Por tanto la absortividad molar es: Tabla 4. Absorbancias medidas a Concentraciones de Cobalto (II) a 394 nm: Concentración (M) 0,15 0,10 0,08 0,04 0,02

Absorbancia 0,011 0,010 0,006 0,003 0,003

Grafico 4. Absorbancia vs Concentración de Níquel (II) a 512 nm: 0.014 0.012 Absorbancias

0.01 0.008 0.006

y = 0.0702x + 0.0011 R² = 0.9036

0.004 0.002 0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Concentración de Ni (II) [M]

Por tanto la absortividad molar es:

0.12

0.14

0.16



Calculo de la Concentración de Ni (II) y Co (II) en la muestra problema:

Longitudes de onda [ ]

Absortividad Molar de Ni (II) [L cm-1 mol-1]

Absortividad Molar de Co (II) [L cm-1 mol-1]

Absorbancias Total (Muestra Problema)

512 nm

0,488

394 nm

0,2416

0,618

[Ec. 1]

(

)

Ni (512 nm)

Ni]

Co (512 nm)

Co]

[Ec. 2]

(

)

Ni (394 nm)

Ni]

Co (394 nm)

Co]

Donde

que es el paso óptico es de 1 cm.

Así se resuelve el siguiente sistema de ecuaciones: Ni]

Co]

Ni]

Co]

Multiplicando por términos comunes, en ecuación 1 por 0,2416 y la ecuación 2 por 4,6315: Ni] Ni]

Co] Co]

Restando ambas ecuaciones queda: 2,7443 = 22,031

Ni]

Por lo tanto la concentración de Ni (II) en la muestra problema es 0,1245 M.

Remplazando el término anterior obtenido en la ecuación 1 se obtiene:

Por lo tanto la concentración de Co (II) en la muestra problema es 0,1035 M.

Discusión Tanto en el grafico 1 como en el grafico 3 se obtuvo una correlación lineal casi perfecta (0,9999), lo que demuestra una buena preparación en las soluciones y gracias a esto las pendientes obtenidas que se traduce en las absortividades molares son confiables. Lo anterior muestra que las longitudes de onda de máxima absorción elegidas para ambas especies fueron las correctas. Con respecto a los gráficos 4 y 2 era de esperar que los r2 fueran alejados de 1 (0,9036 para el cobalto y 0,9854 para el níquel) porque ambos compuestos a esas longitudes de onda no presentan un pico máximo de absorción que es un requisito para llegar a obtener un grafico de absorbancia vs concentración en donde se forme una recta en donde se cumpla la ley de beer, que para este caso, la tendencia de las rectas en el grafico 4 y 2 demuestra que las absortividades molares calculadas no son confiables. En el siguiente esquema se explica como al elegir la longitud de onda de máxima absorción para medir la absorbancias, se obtengan las de mayores valores y que al construir el respectivo grafico la curva que se forme siga la ley de beer y no presente desviaciones con respecto a la linealidad de esta.

Según el grafico la banda A presenta una pequeña desviación debido a que la absortividad varía poco a lo largo de la misma, en cambio en la banda B presenta una apreciable desviación por el cambio significativo que sufre la absortividad molar en esta región.

Por lo tanto las absortividades molares calculadas a partir del gráfico 1 y 3 son mas cercanas a la realidad; no así para el caso de los gráficos 2 y 4 por la desviación que se produce. A pesar de que las concentraciones obtenidas de las especies en la muestra problema dependen de las absortividades molares para el cobalto (II) a 394 nm y de Níquel a 512 nm, (porque es una sumatoria de las absorbancias), en estas zonas ambos compuestos presentan una baja absorción electromagnética que se condice con los valores obtenido para las absortividades, 0,0702 L mol-1cm-1 para el níquel y 0,000 L mol-1cm-1 para el cobalto, y a pesar de que estos valores no pueden ser despreciados no representan un gran peso en el calculo y las concentraciones obtenidas de níquel (0,1035 M) y cobalto (0,1245 M) en la muestra problema deben ser cercanas a las reales, aunque no podamos calcular el error absoluto sin tener un valor real con el cual comparar y así saber cuan alejados estamos de estos valores.

Conclusión: Se hizo cumplimiento de los objetivos en razón de que se pudo cuantificar, mediante espectrofotometría Visible, el contenido de níquel y cobalto en una muestra real (0,1245 M de cobalto y 0,1035 M de Níquel), utilizando primero un espectro para obtener las longitudes de onda de máxima absorción de las especies y luego a través de el uso adecuado de las curvas de calibración encontrar las absortividades molares. Por lo tanto el práctico se considera exitoso porque se aprendió sobre la utilización y el cuidado del espectrofotómetro cumpliéndose los objetivos del práctico.

Bibliografía



Principios de Análisis instrumental, D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman, Ed. Mc Graw Hill, 2001. pp.324-329.



F. Pino Pérez. D. Pérez Bendito, Análisis de elementos-traza por espectrofotometría de absorción molecular Ultravioleta-visible, Capitulo 6, espectrofotometría UVvisible, instrumentación. Universidad de Sevilla (1983). Pp. 123-124