EQUILIBRIO DE LAS SOLUCIONES

7/23/2019 EQUILIBRIO DE LAS SOLUCIONES

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4° LABORATORIO: EQUILIBRIO EN LAS SOLUCIONES

EQUILIBRIO DE LAS SOLUCIONES

“METODO COLORIMETRICO”

I. OBJETIVO:

- Determinación y análisis cualitativo y cuantitativo de sustancia por

método calorimétrico basado en la propiedad que poseen todas las

sustancias de absorber la emisión de la luz.

- Adiestramiento en el buen uso del aparato de medición de intensidad de

una sustancia estudiada, colorímetro.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

El método colorimétrico es un método basado en la propiedad que tiene todos

los cuerpos de absorber la radiación solar para la cual previamente el alumno

debe revisar alunos conceptos.

!na sustancia en solución absorbe cierta cantidad de enería de la radiación

electromanética, esta varía directamente proporcional a la concentración de

la sustancia" cuando esta absorción es en la reión visible del espectro, el

análisis se denomina colorímetro debido esta absorción podemos saber que

tan concentrada es un solución por medio de su coloración por supuesto con la

ayuda de un espectrómetro.

Radiación elec!"#a$n%ica& Es una #orma de enería que se transmite por el

espacio a velocidad muy alta por medio de ondas sinusoidales.

E'(ec!" elec!"#a$n%ic": Es el con$unto de distintos tipos de radiación

electromanética que abarcan las distintas lonitudes de onda.

UNI - FIGMM Página 1




L)* +i'i,le& !na parte del espectro electromanético cuyas lonitudes de

ondas pueden ser percibidas por la vista %umana. &ambién es conocida como

luz blanca.

ABSORCIÓN DE LA LU- LE/ DE BEER0& 'onsidérese un %az de luz

monocromática que pasa a través de una placa de un absorbente de espesordx

.

(ea I

la intensidad del %az incidente edI I +

, la intensidad del %az emerente.

)a intensidad del %az es el n*mero de cuantos de luz que atraviesan un

plano perpendicular a la dirección del %az de área unidad en la unidad de

tiempo. (ea este n*mero I

. Entonces,

dI −

es el n*mero de cuantos absorbidos

en la distanciadx

. )a probabilidad de absorción en la distanciadx

es I

dI −

"

si la placa es delada, la probabilidad de absorción es proporcional al espesor

de la placa y al n*mero de moléculas que absorben en la placa, esto es, a la

concentración de la especie absorbente. &enemos:

dI

k c dx I

− = %

.......+

Donde es la constante de proporcionalidad,c/

es la concentración

0+m

mol

,

ydx

es el espesor de la placa.

)a ecuación + establece que la disminución relativa en intensidad del

%az es proporcional al n*mero de moléculas absorbentes en la palca de

material. (i %ay varias clases de moléculas presentes, cada una con distinta

capacidad para absorber la luz de la #recuencia en cuestión, entones:

1 1 2 2( ........)dI

k c k c dx I

− = + +% %

.......+1





)as constantes,....,, 1 k k

son características de las sustancias en cuestión. 2ara

cualquier sustancia, el valor de depende de la lonitud de onda. (i la

sustancia es transparente a una lonitud de onda determinada, pasara toda la

luz y

3=k

. (i a una lonitud de onda determinada todas las sustancias sontransparentes e4cepto una, entonces la ecuación +1 se reduce a la ecuación

+. )a interación de la ecuación + da

0 0

I l

I

dIkc dx

I= −∫ ∫ %

Donde

3 I

es la intensidad de %az incidente e I es la intensidad del %azemerente después de pasar a través de la lonitud total de la celda de lonitud

l . 5nterando, obtenemos:

0

ln I

kclI

= − ÷

o bien

0

kclI I e

−

=%

....... +0

Es costumbre usar en espectro#otometría usar loaritmos comunes en luar de

loaritmos naturales" así en la ecuación +0 reemplazamos la base natural, e ,

por

60617.3,3

y obtenemos

l ck I I

/6060.3

3,3−=

. De#inimos"6060.3

/k E =

entonces,

010 Ecl

I I −

=%%

. ......+6

)a constante, E /

, es el coe#iciente de absorción molar de la sustancia" E /

se

denomina también coe#iciente de e4tinción. )a transmitancia, T , se de#ine por:

0

IT

I=

.......+8

9 la absorbancia, A, se de#ine por





T A ,3lo−= o bien

AT

−

= ,3 .......+

(i la absorbancia aumenta en una unidad, la transmitancia disminuye en un

#actor de diez. )a ecuación +6 es una e4presión de la ley de ;eer-)amber,

llamada a menudo simplemente ley de ;eer. )a ley de ;eer es la ecuación

básica para los diversos métodos de análisis colorimétricos y

espectro#otométricos. (i se cumple la ley de ;eer, entonces la absorbancia está

dada por:

A E c l=%%

.......+<

'omoc/

esta en

0= mmol

, l lo esta en metros y A debe ser un numero puro,

tenemos que las unidades (5 para E /

sonmol

m1

. El coe#iciente de absorción

molar, E, %a sido de#inido tradicionalmente por A>Ecb, donde c esta en mol=l

y b es la lonitud de las celdas en centímetros. esto le da a E la unidad

patolóica + pero mane$able de mol-cm-. en consecuencia E>3 E /

donde E

y E /

son los coe#icientes de absorción molar e4presados en las unidades

clásicas y (5, respectivamente.

?iura

E'(ec!"1""#e!2a de A,'"!ción

2ara que la concentración de una sustancia pueda ser determinada con

base en su propiedad de absorber enería radiante, debe e4istir una





correspondencia lineal entre su concentración y la manitud de su absorción,

en aluna reión del espectro electromanético. Este requisito se e4presa

también diciendo que la sustancia debe cumplir la ley de )ambert-;eer,

ecuación que e4presa la relación matemática entre la concentración de una

substancia y la manitud de su absorción de enería, ?iura 1. De ac)e!d"c"n e'a le34

5Ln IE 6 IO 7 8,c 7 5 Ln T 7 8,c

En donde & es la @Transmitancia o cociente entre la intensidad de la luz

emerente, 5E y la intensidad de la luz incidente, 5B. & > 5E = 5B.

?iura 1.- Cadiación que Atraviesa un edio Absorbente

A su vez, @b es el camino óptico o anc%o de celda y @, la @absortividad del

medio, una constante de proporcionalidad. El &érmino @- Ln T ” 'e c"n"cec"#" la “A,'"!,ancia” 3 a'24

--)n 5E = 5B > 8,c 7 A Le3 de La#,e!5Bee!

B bien, en términos de loaritmos decimales,

A > 1,030 bc

ótese que si el @camino óptico, b se mantiene constante para un

con$unto de mediciones, entonces la @Absorbancia dependerá solo de la

concentración de la sustancia absorbente, A > c.





En los inicios de esta técnica, las mediciones se e#ectuaban construyendo

primero una curva de calibración de Absorbancia @vs 'oncentración para la

especie en estudio y lueo se interpolaba en ella, las absorbancias de las

muestras.

En la actualidad, los espectro#otómetros disponibles en el mercado,

almacenan en su memoria un ran n*mero de curvas de calibración, para el

análisis de diversas especies, en diversas escalas de concentración, de tal

suerte, que el procedimiento de medida eneralmente se limita a la selección

del método en el instrumento y a la lectura de las muestras.

'uando un %az de radiación monocromática, con intensidad 5o, incide

sobre una cubeta conteniendo una solución, varios #enómenos pueden ocurrir.

El e#ecto más sini#icativo ocurre cuando parte de la radiación es absorbida

por el medio que está siendo analizado. (in embaro, este no es el *nicoe#ecto que puede ser observado

El termino espectro#otometría se re#iere al uso de la luz para medir las

concentraciones

de sustancias químicas, en este in#orme consideraremos los principios

#undamentales de la absorción y la emisión de la luz.

(abemos que una sustancia en solución absorbe cierta cantidad de enería de

radiación electromanética, esta varía directamente proporcional a la

concentración de las sustancias.

)a absorción de la luz se puede medir en términos de la absorbancia +A

o de la transmitancia +&, que se de#inen como A > )BF + 2o = 2 y &

> 2 = 2o, donde 2o es la potencia radiante de la luz que incide la muestra y 2

es la potencia que emere del otro lado. )a principal aplicación analítica de la

espectroscopia de absorción deriva del %ec%o de que la absorbancia es

proporcional a la concentración de la especie absorbente en una solución

diluida +(B)!'5B DE ;EEC : A > E.;.'. de donde ; es el espesor

de la celda, ' es la concentración, y la constante de proporcionalidad es la

absortividad molar +E.

)a aplicación analítica más com*n de la espectro#otometría se basa en

la proporcionalidad entre absorbancia y concentración. (i se mide la

concentración de una serie de patrones, puede concentrarse por comparación

directa de la concentración de una muestra problema tratada en la misma

#orma que los patrones.





2ara encontrar las concentraciones de @n componentes que absorben en

una mezcla, es su#iciente en principio %acer una serie de modi#icaciones de

absorbancia de @ n di#erentes lonitudes de onda.

USO DEL ES9ECTROFOTOMETRO ULTRAVIOLETA 6 VISIBLE

. 2ara cada medición se debe calibrar el espectro#ometro al 33G usando

una solución incolora +aua destilada, debido a que la maquina es muy

sensible a las variaciones de presión y temperatura.

1. El selector de lonitud de onda como su mismo nombre lo dice permite

seleccionar la lonitud de onda en este e4perimento.

0. )a escala que se ve nos muestra el porcenta$e de transmitancia de la

muestra.

6. En el comportamiento de la celda se introduce la muestra a analizar.

III. 9ROCEDIMIENTO&A. 9!e(a!ación de la '"l)ción e':nda! ;<<< #$!6L0&

2ara e#ectos de a%orrar reactivos y anar tiempo la solución #ue

preparada por el encarado del laboratorio: se utiliza r de cobre, este se

disuelve en ácido nítrico, y a esta solución se area unas 0 a 6 otas de

H6BH, esta solución resultante se vierte en una #iola de 333 ml y se

enrasa con aua destilada.

B. Dee!#inación de la c)!+a de !a,a="

A partir de la solución patrón necesitamos preparar soluciones en las #iolas de 83 ml

con las siuientes concentraciones:

uestra patrón de 'uB0 333 mr=)

)as concentraciones pedidas se calcularon por dilución +'.I > '1.I1

JIolumen requerido IC , volumen de #iola I?, concentración pedido '1 concentración

inicial ' +333mr=)K.

(e sabe:

'IC > '1I?





IC >

,333

11

,

1 F C

C

V C F =

Ceemplazando:

)ueo de obtener todas las concentraciones pedidas sacar una muestra

de cada una de ellas en los tubos de ensayo para obtener el porcenta$e de

transmitancia de cada muestra.


N>C"ncen!ación C?

#$6l

V"l)#en deLa 1i"la

#l0

V"l)#en deS"l. E':nda!

#l0 83 33 8

1 33 33 3

0 033 33 03

6 683 33 68

8 33 33 3



T

Aj!"# $# T 0%

&'a"i'i#n"& $# *#l"a

SPECTROFOTOMETRO


2ara cada medida se debe llevar el espectro#otómetro al 33G usando la

solución incolora de aua destilada debido a que el colorímetro es muy

sensible a las variantes en temperatura y en la corriente eléctrica.

A$ustar el selector de lonitud de onda a 13 nm.

IV. CALCULOS / RESULTADOS&

CURVA DE TRABAJO

N> #)e'!aC"ncen!ación

#$6L0@T

A,'"!,anciaA0A7l"$;<<6@T0

+H1B 3 33 3

83 L 3.37

UNI - FIGMM Página +




1 33 L 3.<

0 033 6L 3.0L

6 683 1 3.8L8

8 33 1 3.<<

0 100 200 300 400 500 600 7000

0.2

0.4

0.6

0.8

,() 0 / 0.04

ABSORBANCIA Y COMCENTRACION

CONCENTRACION (mg/L)

ABSORBANCIA

CUESTIONARIO

;.5De'c!i,e en 1"!#a ,:'ica la' (a!e' de )n 1"ó#e!" 3 có#" 1)nci"naEl #otómetro mide la atenuación de un %az de luz, debido a la absorción de

electrolito coloreado en una solución, éste parámetro depende de la

concentración de la especie responsable de la absorción.





2ara su #uncionamiento, primero se coloca el patrón en la en la otra celda y se

a$usta el instrumento al 33G de trasmitancia.

Después se retira el patrón y se mide el G& de las muestras con un

instrumento de doble %az, el rayo de luz eneralmente se divide en dos" una

parte se dirie a través del patrón y la otra a través de la muestra en #orma

simultánea. Así un instrumento de doble %az compensa los cambios a corto

plazo en la intensidad de la lámpara y en la respuesta del detector.

?.5 Una '"l)ción )e c"niene ;4;<5 M iene )na !a'#iancia de<4<GH c)and" 'e #ide en )na celda de ?c#. Q)e c"ncen!ación de (e!#ii!: ene! )na !a'#iancia !e' +ece' #a3"! 'i 'e )ili*a )na celdade ;c# 5nicialmente:

'> ,8643-6 A > -lo & > -lo+3,3<L6

&> 3,3<L6 A > ,38L6LL

A> abc ,38L6LL > a+1cm+,8643-6

A > 060,8+=cm.

?inalmente:

'> MN A > -lo & > -lo+3,111

&> 0+3,3<L6 A > 3,8L0<01

Ceemplazando

A> abc

3,8L0<01>060,871+=cm.+cm'

' > ,743-6

.5 T!ae '",!e la i#("!ancia de la' '"l)ci"ne' c"l"!eada' (a!a )n)2#ic" anal2ic".

El análisis espectro químico por emisión es el método instrumental de análisis

más antiuos" por eso %a sido muy estudiado y los modernos espectrómetros

recoen toda la e4periencia de muc%os aOos de avance tecnolóico en éste

campo.





De aquí que su área de aplicación sea tan e4traordinariamente amplia que

abarca desde análisis cualitativo y cuantitativo de minerales y de rocas, al de

productos metálicos y sider*ricos, aleaciones de todo tipo y productos

comerciales diversos.

)a espectrora#ía de emisión aventa$a a las demás técnicas instrumentales en

el análisis cualitativo rápido particularmente en la identi#icación de impurezas

y trazas. Además, permite e#ectuar el análisis por un método prácticamente no

destructivo ni alterable de la muestra, bastando cantidades de esta del orden

inoránico. En análisis rutinarios o en series de ciertas industrias resulta

imprescindible, siendo también de ran utilidad en investiaciones #ísicas,

químicas, biolóicas, arqueolóicas, #orenses, etc.

Cecientemente su campo de aplicación se %a ampliado con la incorporación,como #uente de e4citación de la llamada @antorc%a o soplete de plasma.

El plasma es un as ionizado con iual n*mero de electrones que de iones

positivos, es conductor de la electricidad y sensible a un campo manético.

'uando se enera un plasma se libera una ran cantidad de enería que da

luar a temperaturas muy altas. Así con arón puro en estado de plasma se %a

alcanzado temperaturas %asta de .333PQ. A estas temperaturas tan elevadas

se e4citan muc%os elementos, incluso aquellos que por los métodos

convencionales de e4citación +llama, arco o c%ispa no oriinan líneas

espectrales por e$emplo con los compuestos de niobio, &ántalo y titanio o

bien otros, como ciertos compuestos de #ós#oro o de boro di#ícilmente

e4citables.

.5 De1ina l"' 'i$)iene' %!#in"'T!a'#ianc2a&

En la #iura se muestra una radiación solares antes y después de pasar a través

de una capa de solución absórbante a la concentración. 'omo consecuencia de

las interacciones entre #otones y la partícula absórbante se puede notar que la





radiación disminuye. (iendo la transmitacía la #racción o radiación incidente

transmitida por solución.

2or lo eneral la transmitancía se e4presa en porcenta$e+G.

,33+G-3 P

P T =

A,'"!,ancia&

)a absorbancia de una solución está de#inida por la ecuación:

A T P

P = − =lo lo

3

A,'"!i+idad 3 A,'"!i+idad M"la!

'omo se verá a continuación, la absorbancia es directamente proporcional a la

trayectoria de la radiación a través de la solución y a la concentración de la

especie que produce la absorción. Es decir

abc A =

Dónde:

a: es una constante de proporcionalidad llamada absortividad

Cesulta evidente que la manitud de a dependa de las unidades utilizadas para

b y c. cuando se e4presa la concentración en moles por litros y la trayectoria a

través de la celda en centímetros, la absortividad se denomina absortividadmolar y se representa con el símbolo R. En consecuencia, cuando b se e4presa

en centímetros y c en moles por litro se tiene:

A > Rbc

.5Q)e (!inci(i" $ene!al !aa la le3 de Bee!

)a ley de ;eer queda de esta manera: A > Rbc





)a ley de ;eer no se cumple para todas las concentraciones ya que la

absortividad se determina e4perimentalmente. El recorrido b suele ser de un

centímetro.

)a lonitud de onda con la que se va a traba$ar se #i$a en el espectro#otómetro

y con ella #i$a se traba$a con la ley de

1 2 3

1 1 2 2 3 3

..........

...........

total n

total n n

A A A A A

A bc bc bc bcε ε ε ε

= + + + +

= + + + +

)ambert-;eer. Esta ley también se puede aplicar a mezclas, con la di#erencia

que se suman las absorbancia parciales de cada mezcla, traba$ando cada unade ellas a una lonitud de onda determinada.

Li#iaci"ne' de la A(lica,ilidad de le le3 de Bee!

E4isten limitaciones entre la relación lineal entre la absorbancia y la

concentración. Esta relación es lineal si se traba$a a concentraciones in#eriores

a 3-1. (i aumentamos la concentración se pone de mani#iesto las

interacciones de atracción y repulsión dentro del analito, modi#icando lacapacidad de absorber una lonitud de onda. &ambién e4isten limitaciones

cuando e4iste presencia de sales en la disolución +e#ecto salino.

2odemos %ablar de dos tipos de desviaciones, las químicas y las

instrumentales.

.5 En c)an" al e)i(" )'ad" )e c"n!"le' '"n l"' #:' )'ad"'

)os controles más importantes del equipo son:

'alibrador de lonitud de onda

'alibrador de la lectura de transmitancia

)ectura del porcenta$e de transmitancia.

2antalla de lectura de la lonitud de onda

2ortador de muestras





A9LICACIÓN A LA ES9ECIALIDAD

El método del 'olorímetro es usado por los metaluristas para el

análisis de muestras de sustancias y equilibrio de soluciones. En las minas es usado para el reconocimiento de aentes contaminantes

por e$emplo las auas contaminadas y relaves por medio de su lonitud

de onda.

2odemos usarlo en el campo de la mineraloía para el reconocimiento

de minerales.

Espectrora#ía amma super#icial, en per#oraciones y n*cleos: por

medio de los reistro de radiactividad en per#oraciones y muestras de

n*cleos y los ripios ayudan a los eóloos a predecir donde ocurren

estratos contenedores de petróleo e identi#icar secuencias litolóicas.

)os reistros de radiactividad indican el tipo de roca y líquidos

contenidos en ellas. Estos datos se correlacionan con otras

in#ormaciones para aumentar las probabilidades de encontrar petróleo.

Entre otras aplicaciones tenemos.

)evantamientos eolóicos-mineros reionales y de detalle.

2rospección y e4ploración minera+estudios eoquímicas, eo#ísicos,

etc.

Estudios mineralóicos, petrorá#icos, calcorá#icos y de alteración

%idrotermal.

5denti#icación de minerales mediante di#racción de rayos S y

microscopia electrónica.

Estudios y análisis eotermobarométricos de inclusiones #luidas.

Análisis químicos +determinación de elementos mayoritarios y traza en

minerales, rocas, aua y suelos por espectrometría de Absorción

Atómica.

2rocesamiento diital e interpretación de imáenes satelitales y

#otora#ías aéreas.

CONCLUSIONES





'oncluimos que la absorbancia de una solución depende linealmente de

su concentración, si %allamos dic%a relación, podremos %allar

concentraciones desconocidas de la misma solución.

El color de una solución es el complemento de la luz que absorbe.

)a ley de ;eer también se aplica a soluciones que contenan más deuna clase de especie absorbente +suponiéndose que no %ay interacción

entre ellas.

En el colorímetro la seOal de la célula #otovoltaica es lineal respecto a

la potencia de radiación que recibe, por ende se mide una relación ósea

la & en G.

)a muestra más coloreada +de concentración más alta presenta mayor

A y menor &.

RECOMENDACIONES

'uando usemos el espectrómetro de %az simple, el control de 33G de

transmitancia debe rea$ustarse cada vez que se modi#ica la lonitud de

onda debido a la respuesta del detector que puede obtenerse a cada

lonitud de onda, las lecturas posteriores se escalan a la lectura del

33G.

)a e4actitud de los datos espectroscópicos depende sustancialmente

del cuidado que se tena del uso y mantenimiento de las celdas , las%uellas, la rasa u otras manc%as que pueden a#ectar los cálculos o

a#ectar la transmisión de una celda por tanto es imprescindible que las

celdas se limpien per#ectamente antes como después de usarlas.

BIBLIOKRAFIA





(ydney H. Avner

5ntroducción a la etaluria ?ísica 'ap. I5

Adamson

Tuímica ?ísica Filbert U. 'astellan

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Filbert H.Ayres , análisis cuantitativo-seunda edición.

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