Los Salías, 20 de Octubre
2015
DETERMINACIÓN DE NI 2+ EN UNA MUESTRA DE ACERO POR ESPECTROFOTOMETRÍA (UV-VISIBLE). Blanco A. Julio; Hidalgo A. Adnil; Lasso V. V. Bertha I.U.T. Dr. Federico Rivero Palacio. Departamento de Química, Laboratorio de Ciencias 3 (Instrumental). Km 8 de La Panamericana, Municipio Los salías, Edo. Miranda, Venezuela. (Octubre/2015)
Resumen En el estudio realizado, se analizó una muestra de acero, para determinar la cantidad de níquel Ni2+ presente, la cual fue de 0.01123g Ni2+ y el porcentaje contenido en el acero fue de 0.026% Ni2+, para ello se utilizó la técnica de espectrofotometría UV-Visible, donde se realizó una curva de calibración en el rango de ( 4-12)ppm de Ni2+ aproximadamente, partiendo de una solución
madre de Ni2+ a una concentración de 40ppm y se realizó una dilución de la muestra de acero en HNO3 y H2PO4, para disociar el níquel ( Ni2+), la longitud de onda utilizado por el equipo espectrofotómetro espectrofotómetro fue de λ= 375nm.
Introducción La espectrometría UV-Visible se utiliza
visible) debido a que los electrones en los
con
forma
átomos del metal se pueden excitar desde
las
un estado electrónico a otro. El color de
concentraciones de especies absorbentes
las soluciones de iones metálicos se ve
en
muy afectado por la presencia de otras
mayor
cuantitativa
frecuencia para
solución,
en
determinar
usando
la
Ley
de
Beer-Lamber.
especies,
como
algunos
aniones
o
(1)
ligando. La ley de Beer-Lambert es útil para la caracterización de muchos compuestos,
La absorbancia está relacionada con la
además establece que la absorbancia de
concentración concentración de la sustancia, por la ley de
una solución es directamente proporcional
Beer-Lambert, que se resume con la
a la concentración de la solución. Por tanto,
ecuación:
la espectrometría UV/Visible puede usarse
concentración y se expresa en mol/l, b es
para determinar la concentración concentración de una
la longitud del camino óptico y se expresa
solución. Es necesario saber con qué
en cm, y ε es una constante conocida como
rapidez cambia la absorbancia con la
absortividad
concentración. (1)
extinción, propiedad característica de cada
A=
c , donde c es la
ε.b.
molar
o
coeficiente
de
sustancia correspondiente a la cantidad de Esto puede ser obtenido a partir de
radiación que absorbe a una longitud de
referencias (las tablas de coeficientes de
onda determinada, siendo sus unidades l
extinción molar) o, con más exactitud,
mol-1cm-1 (téngase en cuenta que la
determinándolo a partir de una curva de
absorbancia no tiene unidades).(3)
calibración. Las soluciones de iones metálicos
de
transición
pueden
ser
Debido a que A y ε varían con la longitud
coloreadas (es decir, absorben la luz
de onda es importante conocer para que
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longitudes de onda tienen su máximo valor,
para tener una concentración entre
para ello es necesario obtener previamente
4-12ppm de Ni2+.
el espectro de absorción de la sustancia, lo que
se
consigue
representando
Calcular la masa y el porcentaje de níquel en la muestra de acero.
gráficamente los valores de absorbancia frente a la longitud de onda expresada en
Metodología experimental
nanometros (nm).(3)
Un método habitual para la determinación de níquel consiste en formar su complejo
Dado que en la parte experimental de esta
con dimetilglioxima (DMG) y extraerlo
práctica las medidas van a realizarse con
con diclorometano utilizando un medio
espectrofotometría visible, es conveniente
neutro o ligeramente ácido (disolución
conocer para que longitud de onda tiene
tampón de pH 6 de ácido acético/acetato
cada color su máxima absorción, lo que se
sódico). La DMG forma con el níquel (II)
muestra en la tabla siguiente:
un complejo de color rojo-rosado insoluble en agua, por lo que se utiliza en determinaciones gravimétricas, y soluble en
disolventes
diclorometano,
orgánicos, presentando
como en
este
disolvente color amarillo, lo que permite la determinación
de
níquel
por
espectrofotometría, previa extracción con diclorometano. La absorción del complejo Si bien la ley de Beer-Lambert indica que a
una
representación
gráfica
de
la
absorbancia frente a la concentración le correspondería una línea recta, esto solo tiene lugar para disoluciones diluidas, por ello,
no
es
conveniente
utilizar
la
expresión matemática directamente, sino construir en cada caso la recta de calibrado que
confirme
que
la
ecuación
de
Beer-Lambert se cumple en el intervalo de concentraciones en el que se trabaja. (3)
Objetivo General Determinación de Ni2+ en una muestra de acero por espectrofotometría UV-Visible
Específicos
Determinar la curva de calibración experimental de 4-12ppm, partiendo de una solución de Ni 2+ a 40ppm.
Disociar la muestra de acero y diluir
de color amarillo que se extrae se mide con un espectrofotómetro y se compara con una recta de calibrado obtenida con el mismo
procedimiento
a
partir
de
disoluciones de concentración conocida de níquel, determinándose así la cantidad de níquel presente en la muestra problema. En la reacción que se produce el catión se coordina con los nitrógenos de los grupos oxima de la DMG, así los -OH libres dan lugar a la formación de puentes de hidrógeno intermoleculares, que confiere a la molécula una estructura plana.
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Curva de calibración
esta dilución se tomó 2mL y se trasvaso a
Para la curva de calibración se toman
un embudo de separación. Se añadió 5mL
varias
alícuotas (1 - 1,5 - 2 - 2,5 - 3) mL
de la solución buffer pH-6 (acetato), luego
para obtener un rango (4 – 6 – 8 – 10 - 12)
2mL de Dimetilglioxima (DMG) 0.1% por
ppm de Ni2+, partiendo de una solución de
último se añade 10mL de Diclorometano
40 ± 0.1 ppm de Ni2+.
al 99%. Se agita enérgicamente por 1 min y se deja reposar por 3 min. Separar la fase
Para cada dilucion de Ni2+, se lleva a un
orgánica y medir la longitud de onda a
embudo de separación y se añaden 5mL
Ni2+
del Buffer pH-6 (acetato), luego 2mL de Dimetilglioxima (DMG) 0.1% por último
Análisis y Discusión de resultados
se añade 10mL de Diclorometano al 99%. Se agita enérgicamente por un minuto y se
Tabla 1.1. Datos experimentales para la
deja reposar por tres minutos.
curva de calibración de Ni 2+.
Se notara el cambio de color y el cambio
Volumen añadido de
[Ni2+]
de las fases orgánica y acuosa. Separar la
Ni2+ a 40 ppm
ppm
fase orgánica y medir la longitud de onda a
blanco
0
0
1,0
4
0,279
1,5
6
0,397
Se toma como referencia un blanco
2,0
8
0,478
obtenido realizando una extracción
2,5
10
0,656
partiendo de 2mL de agua destilada en
3,0
12
0,699
muestra
X=?
0.691
375nm.
lugar de disolución de níquel, y siguiendo
abs
el mismo procedimiento de las extracciones de las recta de calibrado.
Preparación de la muestra Se pesó 0.4322g de la muestra de
Tabla 1.2. Masa y porcentaje de Ni 2+ en el acero. Concentración en
Masa de
% de Ni2+
la solución madre
Ni2+
en el acero
112,30ppm
0.01123g
0.026%
acero %rhi 0.95, en un beacker se añadió 5mL de HNO3 al 65% de pureza y se añadió 5mL de H3PO4 al 85% de pureza hasta obtener la disolución completa de la muestra, se dejó ebullir hasta expulsar los
Grafica 1.1. Curva de calibración para Ni2+
gases de óxidos nitrosos, recordemos que
curva de calibración
esta disolución debe realizarse dentro de la campana de extracción porque dichos
0,8
gases son tóxicos, se deja reposar a
0,6
temperatura ambiente seguidamente se transvasa la solución a un balón de 100mL y se afora con agua desionizada.
s b a
y = 0,0594x + 0,0222 2
R = 0,9866
0,4
curva de calibración
0,2 0 0
A continuación se tomó de la solución madre 25mL, se trasvaso a un balón de 50mL y se aforo con agua desionizada. De
5 conc. Ni
10 2+
ppm
15
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Beer
Se tuvo que realizar una dilución de la
Lambert-
solución madre de la muestra debido a que
radiación a una única longitud de onda. Se
las absorbancia de Ni 2+ de la muestra era
desvía
mayor al rango de la curva de calibración,
espectrofotómetros
y como se sabe que para tener la mejor
radiación a una única radiación de onda, lo
exactitud de los resultados en la utilización
que aíslan es una banda estrecha de
de la ley de Beer-Lambert, deben ser
longitud de onda.
de
la
solo
se
observa
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linealidad no
con
porque
pueden
los aislar
muestras muy diluidas y que estén dentro
Recomendaciones
de la curva de calibración.
Se recomienda la utilización de métodos Como se utilizó Diclorometano al 99%, se
más precisos, si se desea la cuantificación
sabe que este tiene un punto de ebullición
del analito.
a 40°C, por el cual fácilmente rompe la
Se recomienda la utilización de ácidos
tensión superficial a temperatura ambiente
concentrados
y/o por movimientos fuertes, dando un
analito y que su pureza sea superior al
error apreciable en la curva de calibración,
96%.
para
la
disociación
del
donde podemos decir en la ecuación de la recta que si R 2=1,0000 no hay error y los
Cálculos
valores cercanos a él tienen poco error, en
Preparación de la curva de calibración.
la curva de calibración experimental fue
Partiendo de solución de 40ppm de Ni2+
de R 2=0,9866, lo que indica que el error es
Vi * Ci Vf * Cf
considerable. Donde: En la preparación de la solución madre de
Ci=concentración Inicial
la muestra, se utilizó una mezcla de HNO 3
Vi=volumen inicial
al 65% de pureza y H2PO4 al 85% pureza,
Cf=concentración diluida
en una proporción 50%V/V, por lo que se
Vf=volumen diluido
pudo generar compuestos o complejos que interfirieron en la disociación del Ni2+,
Despejando concentración diluida (Cd)
causando una menor absorbancia de Ni 2+
nos queda:
de la muestra, al ser analizada, por el cual
Cf
se espera que el % de Ni 2+ en la muestra sea mayor al obtenido.
Ci * Vi Vf
Con esta ecuación podemos saber la
Desventajas
concentración en cada patrón.
La principal son las desviaciones químicas, que están relacionadas con las variaciones
Patrón 1
de concentración que se producen por reacciones químicas. Por ejemplo: cuando un analito químico se disocia, se asocia o reacciona con el disolvente para dar un producto con un espectro. Desviaciones cumplimiento
Instrumentales, estricto
de
la
el ley
de
Patrón 2
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Patrón 3
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Con esta ecuación podemos saber la concentración de la solución problema en el balón de 50mL
Patrón 4
Ci
11,23 ppm *10mL
2mL
56,15 ppm
De igual forma se haya la concentración Patrón 5
de la solución madre inicial 100mL
Ci
56,15 ppm * 50mL 25mL
112,30 ppm
De la ecuación de la recta obtenida de la curva de calibración podemos decir lo
Ya
obtenida
la
concentración
de
la
siguiente:
solución madre inicial, se despeja la masa de Ni2+, de la siguiente formula:
C ( ppm)
Lo cual es igual a decir
masa(mg ) volumen( L)
Quedando de la siguiente forma:
masa(mg ) C ( ppm) * volumen ( L) abs 0,0594 * C 0,0222 Despejando la concentración C ya que
De la ecuación anterior se halla la masa de
queremos saber la concentración de Ni 2+
Ni2+ masa(mg ) 112,30 ppm * 0,10 L 11,23mg Ni
en la muestra
C
abs 0,0222
Llevando la masa de Ni 2+ de mg a g
0,0594
Colocando la abs de la muestra problema
C
0,691 0,0222 0,0594
11,23 ppm
masa( g )
11,23mg *1 g 1000 mg
0,01123 g Ni
Se desea obtener la cantidad de níquel en el acero, para ello se emplea la siguiente
Se sabe que esta sería la concentración de níquel en la muestra diluida
formula.
ya que 2mL
de la muestra concentrada fueron tomados y llevados a aun volumen final de 10mL.
Vi * Ci Vf * Cf Despejando la concentración inicial (Ci)
Ci
Cf * Vf Vi
% Ni(acero)
0,01123 gNi 0,4322 gAcero
*100% 0,026% Ni
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Conclusiones Se
determinó
la
curva
de
calibración
experimental de 4-12ppm, partiendo de una solución de Ni2+ a 40ppm, la ecuación de la recta dio y = (0,0594x + 0,0222), con un R 2=0,9866. Se disocio la muestra de acero y se diluyó para obtener una concentración de 11,23ppm de Ni2+. Se calculó la masa 0,01123g y el porcentaje 0,026% de níquel en la muestra de acero.
Referencias 1-. Skoog, Douglas A. y Donald M. West. Análisis Instrumental. 2ª ed. Traducción Mario Calcagno. Editorial McGraw-Hill. México: 1989. 2-. Sandel E. B. “Colorimetric Determination of Traces of Metals” 3era edición, Interscience Publishers, New York: 1959. 3-. Skoog, Douglas A. y Donald M. West. Química
analítica.
4a
edicion.
Editorial
McGraw-Hill. México: 1989. 4-. Flaschka, H. A. y otros. Química analítica cuantitativa.
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Compañía
Editorial
Continental, S.A., México: 1975. 5-. Harris, D. C. Análisis Químico Cuantitativo. 3ª ed. Capítulo 18. Ed. Reverté, España: 2007. 6-.
Vogel
Arthur
“Química
Analítica
Cuantitativa: Teoría y Práctica ” 2da edición, Vol. II, Cap. V, Editorial Kapelusz, Buenos Aires: 1969. 7-. Snell, F. D. y Snell C. T. “Colorimetric Methodes of Análisis” 3era edición, Vol. II, D Van Nostrand Company, California: 1941.
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