UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA
SUR
“CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
AMBIENTAL”
FÍSICO-QUÍMICA
Determinación de Cu por Espectrometría
PROFESOR:
César Gutiérrez Cuba
CICLO: V
ALUMNA:
Gonzales Canhuire Linda Isamar
CODIGO:
2013100105
AÑO:
2015
INTRODUCCIÓN
La Espectrofotometría es una de las técnicas experimentales más utilizadas para la detección específica de
moléculas. Se caracteriza por su precisión, sensibilidad y su aplicabilidad a moléculas de distinta naturaleza
(contaminantes, biomoléculas, etc) y estado de agregación (sólido, líquido, gas). Los fundamentos físico-
químicos de la espectrofotometría son relativamente sencillos. Las moléculas pueden absorber energía
luminosa y almacenarla en forma de energía interna. Esto permite que se inicien ciclos vitales de muchos
organismos, entre ellos el de la fotosíntesis en plantas y bacterias. La Mecánica Cuántica nos dice que la luz
está compuesta de fotones cada uno de los cuáles tiene una energía: Efotón = h⋅ν = h⋅c/λ , donde c es la
velocidad de la luz, ν es su frecuencia, λ su longitud de onda y h= 6.6 10 -34 J⋅s es la constante de Planck.
Cuando decimos que una sustancia química absorbe luz de longitud de onda λ, esto significa que las moléculas
de esa sustancia absorben fotones de esa longitud de onda.
OBJETIVOS
Demostrar de forma experimental la ley de beer.
Funcionamiento del espectrómetro.
Graficar curvas espectrales.
Para que sirve una curva espectral.
MARCO TEÓRICO
Espectrofotometría ultravioleta visible. Ley de Lambert-Beer. Los métodos espectroscópicos de
análisis están basados en la medida de la radiación electromagnética que es absorbida o emitida por
una sustancia. En función de ello se clasifican fundamentalmente en:
Métodos de absorción: Se basan en la disminución de la potencia de un haz de radiación
electromagnética al interaccionar con una sustancia.
Métodos de emisión: Se basan en la radiación que emite una sustancia cuando es excitada
previamente por medio de otro tipo de energía (térmica, eléctrica…).
Métodos de fluorescencia: Se basan en la radiación que emite la sustancia cuando es excitada
previamente por un haz de radiación electromagnética.
Otras clasificaciones de los métodos espectroscópicos se establecen en función de la región del
espectro electromagnético que interviene en la técnica. Así, pueden utilizarse regiones como rayos
X, ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas, etc. En la Figura 1 pueden verse las regiones del
espectro electromagnético, en función de los valores de la longitud de onda (λ) de cada radiación:
En esta figura puede también observarse como la luz visible para el ojo humano constituye
únicamente una pequeña parte del espectro electromagnético. Dado que los primeros métodos
espectroscópicos desarrollados corresponden a la región del visible recibieron la denominación de
métodos ópticos, la cual se utiliza todavía con frecuencia. A continuación, se ofrece una breve
información sobre la ley de Lambert-Beer y la espectrofotometría de absorción en la región visible
del espectro. Si se considera que se dispone de una fuente de radiación que hace llegar a la muestra
un haz de radiación, de longitud de onda previamente seleccionada, cuya potencia es P0 T=P/P , la
muestra de espesor b absorbe una parte de esa radiación incidente, de forma que la potencia del haz
disminuye después de atravesar la muestra siendo su nueva potencia P. El cociente entre la potencia
de la radiación que sale de la muestra y la de la que incidió sobre ella, se define como transmitancia:
0 La transmitancia también puede expresarse en tanto por ciento, multiplicando el cociente anterior
por 100. Es más frecuente utilizar el concepto de absorbancia, o densidad óptica, que se define como
el logaritmo de la transmitancia cambiado de signo: . A = log (P0 De acuerdo con estas expresiones,
si la muestra no absorbe radiación, P y P /P) = - log T 0 coinciden, por lo tanto A=0, y se transmite
toda la radiación T=1 (100% de transmitancia). Si, en otro caso, se transmite solo un 1% de radiación
(T=0.01), P=P0 Al incidir radiación electromagnética visible sobre la materia puede ser totalmente
absorbida o totalmente reflejada. En el primer caso el objeto aparecerá de color negro y en el segundo
de color blanco. Puesto que nosotros percibimos los objetos por medio de la luz reflejada, si hacemos
incidir un haz de luz blanca (que contiene todas las longitudes de onda) sobre un objeto, éste absorberá
ciertas longitudes de onda y reflejará otras, siendo éstas últimas las responsables del color. Se dice
que este color (observado) es complementario del que se percibiría si la luz absorbida se pudiera
detectar. Dado que en la parte experimental de esta práctica las medidas van a realizarse con
espectrofotometría visible, es conveniente conocer para qué longitud de onda tiene cada color su
máxima absorción, lo que se muestra en la tabla siguiente: /100, la absorción de radiación que ha
tenido lugar corresponde a A=2:
Para medir los valores de absorbancia y transmitancia de una disolución se utilizan
espectrofotómetros UV-Vis, que, como puede verse en la Figura 2, se componen de cinco elementos
principales:
Una fuente de radiación que suele ser una lámpara de filamento de wolframio
Un monocromador que permite seleccionar una longitud de onda determinada originando un
haz monocromático.
Un recipiente para contener la muestra denominado cubeta fabricado con un material que
permite el paso de la radiación en la región del espectro de interés. Suelen ser de vidrio,
plástico o cuarzo. El espesor de la cubeta más habitual es 1 cm.
Un detector que convierte la energía radiante en una señal eléctrica.
Una pantalla de visualización
ESPECTROFOTOMETRÍA
Espectro: espectro de radiación electromagnética
Foto: Luz visible Metría: medición
El termino espectrofotometría se refiere al uso de la luz para medir las concentraciones de sustancias
químicas.
Cuando una molécula absorbe un fotón, su energía se incrementa. Se dice que pasa a un estado
excitado. Si por el contrario emite un fotón, su energía disminuye. El estado de menor energía de una
molécula se denomina estado basal o fundamental.
En la siguiente figura se describe un esquema básico de un espectrofotómetro:
ABSORCION ELECTROMAGNETICA
Es la interaccion de los fotones con los electrones de una sustancia; en este proceso se transfiere la
energia a la molecula queprovoca una disminucion en la intensidad de la radiacion electromagnetica
del incidente. La absorbancia A de una solución se define mediante la ecuación:
La mayor parte de los trabajos analíticos se realizan con soluciones de manera que se desarrolla la
relación que existe entre la concentración de la solución y su capacidad de absorber radiación.
MEDICIÓN DE TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA
La transmitancia y la absorbancia se miden en un instrumento llamado espectrofotómetro, la solución
del analito se debe contener en algún recipiente transparente, tubo o celda.
ASPECTOS CUANTITATIVOS DE LAS MEDICIONES DE ABSORCIÓNLEY DE BEER
Cuantifica la radiación absorbida en función de la concentración de las moléculas del analito y
depende de la longitud que recorre el rayo en el medio absorbente.
CURVA DE CALIBRACIÓN
Denominamos espectro de una sustancia a la representación de absorbancia (A) en función de
longitud de onda (λ), este gráfico presenta ondulaciones con máximos y mínimos.
Para verificar el cumplimiento de la ley de Beer, se debe realizar la curva de calibración; absorbancia
(A) en función de concentración (c), para lo cual se preparan soluciones de la sustancia de
concentraciones conocidas y se mide la absorbancia a la longitud de onda elegida.
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. Como A es adimensional, las
dimensiones de ε dependen de las de c y l. La segunda magnitud (l) se expresa siempre en cm mientras
que la primera (c) se hace, siempre que sea posible, en M, con lo que las dimensiones de ε resultan
ser M-1·cm-1. Este coeficiente así expresado, en términos de unidades de concentración molar (o un
submúltiplo apropiado), se denomina coeficiente de extinción molar (εM). Cuando, por desconocerse
el peso molecular del soluto, la concentración de la disolución se expresa en otras unidades distintas
de M, por ejemplo g·L-1, las dimensiones de ε resultan ser distintas, por ejemplo g-1·L·cm-1, y al
coeficiente así expresado se denomina coeficiente de extinción específico (εs).
La ley de Lambert-Beer se cumple para soluciones diluidas; para valores de c altos, ε varía con la
concentración, debido a fenómenos de dispersión de la luz, agregación de moléculas, cambios del
medio, etc.
MATERIALES Fiola
Vaso de precipitado
Luna de reloj
Piseta
Pipeta (1 mL)
Espátula
Reactivo: Sulfato de cobre (CuSO4)
Equipo: Espectrofotómetro
PROCEDIMIENTO
Pesar 1.27 g de CuSO4 en la balanza analítica.
Con ayuda de la pipeta y la fiola preparar muestras con las siguientes concentraciones: 0.01
M, 0.02 M, 0.04 M y 0.08 M.
Con la muestra de concentración 0.08 M comenzar a medir la absorbancia con diferentes
rangos de longitudes de onda (500-900 nm) en el espectrofotómetro, anotar los datos.
Identificar la longitud de onda óptima.
Con la longitud de onda óptima (800 nm) medir la absorbancia para todas las muestras, anotar
los datos.
CALCULOS Y RESULTADOS
Datos obtenidos del espectrofotómetro a diferentes longitudes de onda, con la muestra de
concentración de 0.08 M
Calculo de la masa del CuSO4.
PM del CuSO4 = 249.68 g/mol
𝑚𝑎𝑠𝑎 =0.1𝑚𝑜𝑙
𝐿 × 0.05𝐿 ×
248.69𝑔
𝑚𝑜𝑙× 100
𝑖𝑚𝑝𝑢𝑟𝑜
98.3 𝑝𝑢𝑟𝑜
𝒎𝒂𝒔𝒂 = 𝟏. 𝟐𝟕 𝒈
Calculo de las concentraciones del CuSO4
𝑚𝐿1 =0.01 × 50
0.1= 5 𝑚𝐿
𝑚𝐿2 =0.02 × 50
0.1= 10 𝑚𝐿
𝑚𝐿3 =0.04 × 50
0.1= 20 𝑚𝐿
𝑚𝐿4 =15 × 0.1
0.08= 3.75 𝑚𝐿
GRAFICA N°1
Longitud de onda
(nm)
Absorbancia
500 0.03
525 0.031
550 0.04
575 0.057
600 0.086
625 0.143
650 0.238
675 0.364
700 0.513
725 0.666
750 0.796
775 0.877
800 0.915
825 0.911
850 0.886
875 0.836
900 0.776
Datos obtenidos del espectrofotómetro de la absorbancia a diferentes concentraciones.
CONCENTRACION ABSORBANCIA
0.01 0.113
0.02 0.228
0.04 0.458
0.08 0.915
GRAFICA N°2
𝒀 = 𝟏𝟏. 𝟒𝟓𝟔𝑿 (𝒍𝒆𝒚 𝒅𝒆 𝒍𝒂𝒎𝒃𝒆𝒓𝒕 𝒃𝒆𝒆𝒓)
y = -2E-08x3 + 2E-05x2 - 0.0345x + 474.12R² = 0.9938
440
445
450
455
460
465
470
475
0 200 400 600 800 1000
Longitud de onda vs Absorbancia
474
longitud de onda
y = 11.456x R² = 1
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
0 100 200 300 400
ABSORBANCIA vs CONCENTRACION
474
Lineal (474)
Y es la absorbancia.
X la concentración.
11.456 es el producto de la absortividad con la longitud de camino óptico.
Calcular la concentración de una muestra el cual su absorbancia es de 0.385 nm
SOLUCION:
Por la ecuación de Lambert beer determinada experimentalmente podemos hallar dicha
concentración
0.385 = 11.456𝑋
𝑿 = 𝟎. 𝟑𝟑𝟔 𝑴
CONCLUSIONES
Obtuvimos que la longitud de onda en la que el cobre tiene mayor absorbancia, es decir donde absorbe
mayor cantidad de luz es la de 800 nm.
Conforme va aumentando la concentración las soluciones también aumenta la absorbancia.
Hallamos que la concentración de la solución desconocida tiene un valor de 0.336.
BIBLIOGRAFIA
http://materias.fi.uba.ar/6305/download/Espectrofotometria.pdf
http://copernico.escuelaing.edu.co/ceciba/dep_cnaturales/upload/file/Laboratorios/Q
UIM/ANALISIS%20ESPECTROFOTOMETRICO.pdf
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