UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. MÉRIDA – VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA DEPARTAMENTO DE QUIMICA INDUSTRIAL Y APLICADA LABORATORIO DE ANALISIS INSTRUMENTAL D. Canro, O. Garca, !. G"#rr#ro. D#$#r%&nac&'n (#) P"n$o I*o*+*$&co - )a con*$an$# (# (&*oc&ac&'n (# "n &n(&ca(or Ac&(o. Ba*#. R#*"%#n Mediante medidas espectrofotométricas se determinan las concentraciones de la forma asociada y de la disociada de una sustancia sobre la base de que ambas formas obedecen la ley de LambertBeer y las concentraciones de las mismas son determinables, ya sea porque absorben a diferentes longitudes de onda o bien porque cumple la condición de aditividad. Las dos formas tienen la misma absortividad a una misma longitud de onda lo que se conoce como punto isosbéstico. Experimentalmente Experimentalmente se determinó midiendo absorbancias a varias longitudes de ondas, de soluciones acida, basica y neutra con indicador de aul bromotimol. !onstruyendo el espectro de absorción se determino que el aul de bromotimol bromotimol presenta un punto isosbestico a longitud de onda de "##$%nm y a una absorbancia de #,%$#,##%. &tiliando las expresiones del equilibrio quimico del indicador y la ley de beer se determino para el aul de bromotimol un valor de p'a de (,#()* con una discrepancia del valor teórico de #,+. Los métodos de anlisis por espectrometr/a de lu visible permiten identificar sustancias presentes en una solución y determinar constantes de equilibrio de cidos débiles con bastante precisión. In$ro("cc&'n La ley ley de de Bee Beer, r, 0 1 ε b ! 2donde ε es una constante caracter/stica del soluto denominada coeficiente de extinción extinción molar, b es la longitud longitud recorrida por por la radiación electromagnética electromagnética y c es la concentración del soluto en la disolución3 es una ley experimental que se 4a tratado de establecer teór teóric icam amen ente te,, est est ley ley rige rige el pro proceso ceso de abso absorc rció iónn en cual cualqu quie ierr reg región ión del del espe espect ctro ro electr electrom omagn agnéti ético, co, ya sea absorc absorción ión de radiac radiación ión visibl visible-u e-ultr ltrav aviol ioleta eta,, absorc absorción ión de rayos rayos 5, absorción de rayos g, entre otros. La absorbancia es una propiedad aditiva, es decir, en disoluciones que contengan ms de una especie absorbente la absorbancia total es la suma de las absorbancias individuales de cada especie absorbente /0. /0. La relación es valida cuando existe una sola especie absorbente a la longitud de onda estudiada, sin embargo cuando no ocurre la relación se modifica como se muestra en la ecuación *. 6uponiendo que no 4ay interacción entre las distintas especies absorbentes 2es decir, que estas sean independientes entre s/3, la absorbancia total para un sistema absorbente multicomponente %, *, +,... n, cuyas absorbancias individuales sean 0 %, 0*, 0+,....0n viene dado por7 A 1 A & 1 A/ 2 A3 2 A4 2.......... 2 An
La absorbancia de la energ/a radiante de las moléculas que estn en solución, dependen de la forma forma que que ests ests se encuen encuentre trenn en equili equilibri brio. o. En partic particula ularr para para las especi especies es que que presen presentan tan propiedades acido- base la absorción de la lu ser diferente si dic4a especie se encuentra protonada
o no, consecuentemente las disoluciones de especie acido-base presentarn valores de absorbancia que dependern del valor de p8 en equilibrio. En el caso de un indicador acido base se genera un sistema de dos especies absorbentes, as/ que la absorbancia de la solución del indicador ser el resultado de la contribución de cada una de las especies de acuerdo a su concentración en el equilibrio. 30 6e observa un punto isosbéstico o un isoabsortivo cuando dos especies absorbentes en equilibrio7 5 ⇔ 9 5 e 9, tienen la misma absorbancia a una misma longitud de onda, es decir, si 5 e 9 estn en equilibrio, para la longitud de onda del punto isosbéstico la absorbancia total es independiente de las concentraciones relativas de 5 e 9. En general, para poder observar un punto isosbéstico la absorbancia debe permanecer constante durante la reacción o el cambio f/sico. En la prctica nos daremos cuenta que el puntos isosbéstico ser el mismo en medio :cido, en medio Bsico y;o en medio
=igura %. 0bsorbancia >s Longitud de ?ndas. El punto isosbéstico puede llegar a ser una longitud de onda @til anal/ticamente ya que, a esta longitud de onda se obtiene una curva de calibración lineal sin controlar las condiciones de la disolución. . 40 La presencia de un punto isosbéstico significa que la concentración anal/tica total se distribuye entre solamente dos especies 28An e An-3. 6i la absorbancia y longitud de onda de un presunto punto isosbéstico var/a ser porque existe una tercera o ms especies para la sustancia 2o indicador3 y que no se observa en los espectros. . 40 6e determinan las concentraciones de las formas cida y bsica de un indicador a un p8 determinado en el que ambas formas existen en concentraciones apreciables, mediante mediciones espectrofotométricas, sobre la base que ambas obedecen la ley de LambertBeer.
ara un indicador cido monopólico7 HIn1 H CC InD
[ H ] [ In ] +
K
=
*
[ HIn]
−
omando logaritmos7 log K 1logF H +GClogF In-G F HInG pK 1 PH ClogF HIn G
F InDG Heterminando la relación logar/tmica de esta ecuación para un p8 conocido, es posible obtener el correspondiente valor de p'. ara ello, se obtienen los espectros de absorción de tres soluciones que contengan la misma concentración total del indicador a diferentes p8. &na, cuyo p8 sea tal que la forma disociada del indicador sea la especie predominante, otra en que la especie predominante sea la no disociada y la tercera solución a un p8 intermedio en el que ambas formas se encuentren en equilibrio. 40 El punto isosbestico puede determinarsele a varios indicadores, en la practica se utilio el aul de bromotimol. Muc4os de los colores producidos por el indicador, se producen por mecla de otros colores, en el caso del aul de bromotimol, cuyos cambios de color se deben a las absorciones de la lu de las siguientes formas en equilibrio La aparición del color verde en el medio de la región, se debe a la combinación de los colores aul y amarillo de las formas en equilibrio entre p8 y I. Lo mismo ocurre con las combinaciones aul y roJo que produce una tonalidad violcea, a p8 elevado. 50 La medicion de la absorbancia, a diferentes valores de 4 impuesto en disolución permite obtener el intervalo de 4 util para que este sea usado para indicar el punto final de las valoraciones. La determinación espectrofotometrica del 4 aun se utilia para calibrar electrodos selectivos de p4 o en medios acuosos en los cuales dic4os electrodos no pueden utiliarse. or supuesto este metodo puede emplearse para determinar no solo el pKa de los indicador acido-base, sino el pK de pares redox o compleJos como es el caso de la determinación de E de citocromos mitocondriales y cloroplasticos en bioquimica. La determinación del punto isosbestico es utiliado en bioquimica clinica y quimica de los alimentos como criterio de control de calidad espectrofotometrico. 60 En esta experiencia experimental se busca principalmente determinar el punto isosbéstico de un indicador, mediante varios medios 2acido, bsico y neutro3. 0s/ como también calcular la constante de equilibrio del indicador.
METODOLOGIA E7PERIMENTAL ara la determinación del especto de absorción del indicador en su forma acida, bsica y neutra se prepararon soluciones de *"ml de 8!l,
ara la determinación de espectro de absorción se 4icieron mediciones de abs para las tres soluciones utiliando un espectrofotómetro 6pectronic *# enesys con una aprecisión de con apreciacion #,##% de absorbancia y %nm en longitud de onda . 6e realio la calibración del equipo utiliando como blanco agua destilada, para el aJuste de %##, esto para cada cambio del longitud de onda. 6e realio el barrido para la construcción del espectro midiendo absorbancias a cada solución a longitudes de onda desde +(" a N"nm. Los valores obtenidos fueron graficados y utiliados para la determinación del punto isobestico. ara la determinación del p'a del indicador acido base se utilio una ecuación que se deduce relacionando las ecuaciones de los equilibrios qu/micos y la ley del Lambert Beer, como se muestra a continuación7
R#*")$a(o* - D&*c"*&on#* El aul de bromotimol es un cido débil utiliado com@nmente como un indicador acido-base cuya estructura y reacción de disociación es7
=igura %. Oeacción de disociación del aul de bromotimol.
resenta color amarillo en solución acida 2forma no disociada3, color verde a p8 neutro y en su forma disociada a p8 alcalino es de color aul. !on un valor de p'a de (,%. Este tipo de compuestos presentan grupos cromóforos unidos a los anillos bencénicos, originalmente incoloros, que le otorgan el color. Esto se debe a que estos compuestos presentan gran cantidad de electrones capaces de absorber radiación visible a ciertas longitudes de onda, refleJando otras longitudes correspondientes a los colores que presentan. 6e realió el espectro de absorción de lu visible para una solución acida 2p81%,)3 del aul de bromotimol y se obtuvo la siguiente figura.
=igura *. Espectro de absorbancia del aul de bromotimol en solución cida 2p81+3. En la figura * se puede notar que la absorbancia alcana un mximo a una longitud de onda de )*"nm, a partir de esta longitud la absorbancia de la solución cae 4asta 4acerse igual a cero. La solución acida contiene la forma no disociada de indicador, la cual absorbe a baJas longitudes de onda, dentro del rango estudiado de lu visible, y refleJa las altas, observndose que la solución presenta coloración amarilla. En el caso de la disolución a p8 alcalino las longitudes de onda a las cuales absorbe la solución del indicador tienden a ser las ms altas dentro del rango estudiado. El espectro de absorción se presenta en la figura siguiente.
=igura +. Espectro de absorbancia del aul de bromotimol en solución alcalina 2p81%*,(3. El espectro representado por la figura + presenta un mximo de absorbancia a una longitud de onda de *"nm. La absorbancia desciende 4asta )"#nm longitud en la cual se encuentra un m/nimo, y luego aumenta 4asta su mximo y después la absorbancia cae 4asta alcanar valores cercanos a cero. En este caso, en la solución se encuentra predominantemente la especie disociada del indicador, al contrario de la solución acida, esta absorbe longitudes de onda relativamente grandes y refleJa las ms pequePas, encontrndose una disolución de color aul. or otro lado, si se estudia la absorbancia de una solución neutra de aul de bromotimol el espectro obtenido est representado en la figura ). En este espectro se observan dos mximos de absorbancia a longitudes de onda de )*"nm y *"nm que corresponden con los mximos de los espectros de las soluciones cida y bsica respectivamente. Esto se debe a que en la solución neutra se encuentra presente el indicador en sus dos formas, disociada y sin disociar 28An y An -3, por lo tanto, la solución absorbe en ambas longitudes. 6in embargo, se puede notar que la absorbancia en estos puntos es menor que la absorbancia de las soluciones anteriormente mencionadas debido a que la concentración de ambas especies es menor.
=igura ). Espectro de absorbancia del aul de bromotimol en solución neutra 2p81(3. Hebido a que la solución a p8 ( absorbe tanto en una longitud de onda alta como en una baJa, el color verde observado se debe a que la sustancia no absorbe a longitudes de onda intermedias, correspondientes a dic4o color. 6i se grafican los tres espectros en un mismo grafico se obtiene la siguiente figura.
=igura ". Espectro de absorción del aul de bromotimol a distintos p8;punto isosbéstico. En la figura " es posible observar con claridad que existe un punto de absorbancia y de longitud de onda espec/fico en el cual coinciden los tres espectros. Encontrndose que para el aul de
bromotimol el punto isosbéstico se encuentra a una longitud de onda de "##$%nm y una absorbancia de #,%$#,##%. En el punto isosbéstico, la absorbancia sigue la ley de Beer, obteniéndose la siguiente ecuación7
Hado que el paso óptico 2b3 es el mismo en todas las experiencias y la concentración total del indicador es la misma en todas las soluciones estudiadas, los coeficientes de extinción molar de las formas cida y bsica del indicador son iguales a la longitud de onda del punto isosbéstico. He querer calcular la concentración del indicador por espectrometr/a, se utiliar/a la longitud de onda del punto isosbéstico, ya la absorción en este punto es independiente del p8, por lo que variaciones en el mismo no afectar/a la medida realiada. Los métodos espectrométricos permiten determinar la constante de disociación del indicador, obteniéndose un valor promedio de p'a de (,#()* con una discrepancia del valor teórico de #,+. En la tabla de los anexos se pueden apreciar los distintos valores de p'a calculados a las distintas longitudes de onda estudiadas, encontrndose que la mayor discrepancia con respecto al valor teórico se obtuvo en la longitud de onda correspondiente al punto isosbéstico, lo cual puede ser debido a que en este punto las diferencias entre las absorbancias son muy pequePas, tienden a #. Lo mismo ocurre a las longitudes de onda +(" y N#nm. Mientras que a longitudes de onda en las cuales las absorbancias son distintas, se obtuvieron los valores de p'a ms cercanos a la teórica. 6in embargo, los valores de discrepancia ms altos encontrados no superan el *, lo que comprueba la confiabilidad del los resultados obtenidos por anlisis espectrométricos.
Conc)"*&on#* •
Los espectros de absorción de una solución de un acido débil, como lo es el aul de bromotimol, presenta distintos comportamientos dependiendo del p8 del medio. ?bteniéndose unas longitudes de onda con grandes diferencias de absorbancia y otras
donde las absorbancias tienden a ser iguales, lo que ocurre en el punto isosbéstico. Este comportamiento es caracter/stico de compuestos que presentan equilibrios entre dos especies.
•
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El punto isosbéstico del aul de bromotimol se encuentra a una longitud de onda de "##$%nm y una absorbancia de #,%$#,##%.
Los métodos de anlisis por espectrometr/a de lu visible permiten identificar sustancias presentes en una solución y determinar constantes de equilibrio de cidos débiles con bastante precisión. ?bteniéndose para el aul de bromotimol un valor de p'a de (,#() con una discrepancia del valor teórico de #,+.
6e comprueba la existencia del punto isosbestico, en el cual a una longitud de onda la absorbancia es constante independientemente de p8.
R#8#r#nc&a* +&+)&o9r:8&ca* /0 6Koog y 8oller. 2*##%3 rincipios de 0nlisis Anstrumental. McraQ-8ill Anteramericana de EspaPa, 6.0.&. Madrid, EspaPa. !apitulo %). gina +N R +(#. 30 0leJandro Beaa. 2%NNI3. Espectrometr/a de lu &>;>A6 y Equilibrio qu/mico7 unto Asosbestico. &niversidad
604ttp7;;depa.pquim.unam.mx;amyd;arc4ivero;resentacion!L06E7TuntoTAsosbesticosT***+.pdf. consultada el %N de enero del *#%). 50 4ttp7;;QQQ.4eurema.com;SI.4tm. !onsultada el %N de maro del *#%).
An#;o*.
abla %. Hatos de absorbancia del aul de bromotimol a distintas longitudes de onda y p8. longitud +(" )## )*" )"# )(" "## "*" ""# "(" ## *" "# N"
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