FACULTAD FACULT AD DE INGE INGENIE NIERIA RIA GEOLOGICA MINERA MINERA Y METALURGICA LABORATORIO N° 5
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
ING. ARTURO ARTURO LOBATO LOBATO
PROFESOR:
FISICO QUIMICA
CURSO:
ALUMNOS: CAHUANA VENTURA JORGE ALEXANDER 20080119D ALARCON USCUCHAGUA USCUC HAGUA IVAN 20080081G
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
2 01 OBJETIVOS:
•
Observar el comportamiento de la reacción del cubre.
•
Usar el método colorimétrico para la obtención de concentraciones.
•
•
•
•
•
Nociones básicas del espectro electromagnético. Compre Comp rend nder er los los conc concep epto toss rela relattivos ivos a la inter nterac acci ción ón ent entre la radi radiac ació iónn electromagnética y la materia, en los que se basan los métodos espectroscópicos en general. Enunciar la ley de Lambert !eer, comprender el signi"icado de las magnitudes que intervienen en ella e interpretar la naturale#a de las desviaciones de esa ley. $escribir los componentes básicos de los instrumentos para mediciones de absorción de radiación ultravioleta% visible, espectro"otómetros. &plicaciones de la espectro"otometr'a visible y ultravioleta.
UNI - FIGMM
2
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
INTRODUCCION:
La mayoría mayoría de de los problemas problemas analíticos analíticos reales comienzan comienzan con una compleja compleja mezcla a partir de la cual es necesario aislar, identificar y cuantificar uno o más componentes de la misma.
Se pueden plantear las siguientes cuestiones: una, de carácter cualitativo (¿de u! component componente e se trata"#, trata"#, y otra de carácter carácter cuantitati cuantitativo vo (¿cuánto (¿cuánto $ay de ese ese componente"#.
%ara ello, se puede utilizar utilizar el m!todo instrumental instrumental de análisis, análisis, como es la espectrofotometría para medir la absorci&n de radiaci&n ultravioleta y visible ue interact'a interact'a con la materia materia (átomos (átomos y mol!culas#, mol!culas#, la misma es considerad considerada a una t!cnic t!cnica a cualit cualitati ativa va y cuanti cuantitat tativa iva basándo basándose se en la medici medici&n &n del color color o de la longitud de onda de una radiaci&n e intensidad de la misma.
Se $ará una descrip descripci& ci&n n del del m!to m!todo do espect espectrof rofoto otom!t m!trico rico para conocer conocer el empleo del mismo y su utilidad en los ensayos de sustancias.
UNI - FIGMM
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
FUNDAMENTO TEORICO: E! "#$"%&'( "!"%&'()*+,&%(:
$esde Ne(ton, Ne(ton, sabemos que la lu# blanca se descompone en los colores que la integran integran si la )acemos pasar a través de un prisma. Es el e"ecto que se repite, por e*emplo en el arco iris, el cual se se dice es el espectro espectro de la lu# visible visible procedente procedente del sol, son las las gotas gotas de lluvia y el aire atmos"érico lo que )acen de espectroscopio. La principal emisión de radiación de los cuerpos es la radiación electromagnética en "orma de lu# visible, de la misma manera cada elemento químico absorbe y emite luz de colores que componen su espectro.
La longi longitud tud de de onda de de la radia radiació ciónn puede puede ser desde desde muy muy peque+a peque+a,, en el caso caso de de la llamada radiación gamma, )asta muy grande en las ondas de radio. e mide, pues, usando desde nanómetros y ángstroms )asta cientos de metros. -ecordemos que un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro / m 0 /12 nm3 y que un 4ngstrom es la die# mil millonésima parte de un metro / m 0 /1/1 &3, por lo que un nanómetro equivale a /1 4ngstrom /nm 0 /1 &3 La lu# que recibimos del ol es radiación electromagnética que se despla#a a 511.111 6ms7s, en su totalidad, pero la longitud de onda no es la misma en todos los "otones luminosos, luminosos, sino que var'a entre los 8111 & y los 9111 &, apro:imadament apro:imadamente, e, o lo que es lo mismo, entre los 811 nm y los 911 nm. La lu# blanca se descompone, en de"initiva, en un espectro de di"erentes bandas coloreadas, cada una de"inida por una longitud de onda distinta. &s', la lu# de menor longitud de onda es la lu# violeta, que es de alrededor de unos 8111 4ngstroms, y la lu# de mayor longitud de onda es la lu# ro*a, que es de alrededor de unos 9111 4mgstroms. in embargo, )ay radiaciones de mayor y también de menor longitud de onda, es decir, que tienen una longitud de onda in"erior a 8111 &ngstroms y que tienen una longitud de onda superior a los 9111 &ngstroms. Las radiaciones que van desde el violeta al ro*o se dice que "orman el espectro visible, pues proceden de la descomposición desco mposición de la lu# blanca.
UNI - FIGMM
/
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
Las Las radia radiaci cione oness de longi longitu tudd de onda onda in"e in"eri rior or al vio viole leta ta se lla llama mann radia radiaci cion ones es ultravioletas, rayos ; y rayos gamma, por orden decreciente en la longitud de onda. Las radiaciones de longitud de onda superior al ro*o son las denominadas in"rarro*as, microondas y ondas de radio, por orden creciente en longitud de onda.
Colores de la luz !s!"le
longitud de onda de la
Color absorbido
Color observado
absorción má:ima nm3. 5<1 8=1
>ioleta >ioleta
&marillo % verdoso
8=1 881
ul % violeta
&marillo
881 891
ul
Naran*a
891 ?11
>erde % a#uloso
?11 ?=1
>erde
@Arpura
?=1 ??1
>erde amarillento
>ioleta
??1 ?<1
&marillo
-o*o
ul % violeta UNI - FIGMM
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
?<1 B=1
Naran*a
B=1 B<1
-o*o
B<1 9<1
@Arpura
TI#O DE RADIACION Ra'os Ga((a
ul >erde % a#uloso >erde
I$%eralos de las lo$&!%udes de o$da !$)er!ores a *+- $a$.(e%ros
Ra'os /
e$%re *+- $a$.(e%ros ' *0 $a$.(e%ros
Ul%ra!ole%a
e$%re *0 $a$.(e%ros ' 12*+- $a$.(e%ros
ES#ECTRO VISIBLE
e$%re 12*+- $a$.(e%ros ' 3,42*+- $a$.(e%ros 51+++ A$&s%ro(s ' 34++ A$&s%ro(s6
I$)rarro7o
e$%re 3,42*+- $a$.(e%ros ' *+8 $a$.(e%ros
Re&!.$ de M!9roo$das O$das de Rad!o
e$%re *+8 $a$.(e%ros ' 2*+4 $a$.(e%ros (a'ores de 2*+4 $a$.(e%ros
UNI - FIGMM
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
5* (e%ro < *+- 9(s < *+ ((s < *+= $a$.(e%ros < *+*+ a$&s%ro(s6
La luz !s!"le Es una región muy estrec)a pero la más importante, importante, ya que nuestra nuestra retina es sensible sensible a las radiaciones de estas "recuencias. & su ve#, se subdivide en seis intervalos que de"inen los colores básicos ro*o, naran*a, amarillo, verde, a#ul y violeta3.
Rad!a9!.$ ul%ra!ole%a Los átomos y moléculas sometidos a descargas eléctricas producen este tipo de radiación. No debemos olvidar que la radiación ultravioleta es la componente principal pr incipal de la radiación solar. La energ'a de los "otones de la radiación ultravioleta es del orden de la energ'a de activación de muc)as reacciones qu'micas lo que e:plica muc)os de sus e"ectos.
La rad!a9!.$ ele9%ro(a&$;%!9a ele9%ro(a&$;%!9a ' su !$%era99!.$ !$%era99!.$ 9o$ la (a%er!a: Los modelos e:plicativos de la estructura de la materia que tienen como "undamento las caracter'stic caracter'sticas as ondulatorias ondulatorias de las part'culas que la constituyen constituyen proporcionan proporcionan un marco de re"erencia conveniente para describir las interacciones entre la radiación electromagnética y la mate materi ria. a. Esta Estass inte intera racc ccio ione ness a su ve# ve# son son el "und "undam amen ento to de las las apli aplica caci cion ones es espectroscópicas. La energ'a radiante se encuentra constituida por "otones cada uno de los cuales tiene como caracter'stica una longitud de onda. oda la radiación electromagnética se mueve a la misma velocidad en el vac'o y esa velocidad de despla#amiento en el vac'o es la má:ima observada en el universo. En algAn medio material, la interacción entre los campos eléctricos y magnéticos que e:isten en la materia y los correspondientes de la radiación pueden llegara a reducir esa velocidad de propagaciónD por esta ra#ón es solamente en el vac'o en donde se observa esa velocidad má:ima UNI - FIGMM
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
i se asigna una longitud de onda caracter'stica a cada tipo de radiación, la propagación de esa onda se )ará con una "recuencia tal que al multiplicarla por su longitud debe dar la velocidad de propagación. Esto es > < 9 ? @ ,
de manera que @ < 9 ? >
La letra griega lambda > 3, 3, representa la longitud de onda. La letra griega nu @3, representa la "recuencia de esa onda. La letra c” representa representa la velocidad de la lu# en el vac'o y su valor es =,2292=8?
@ara las dos ondas descritas antes las energ'as respectivas serán
ERF 0 B,B=B19??F/1%58 JGsF/,1F/1B s%/ 0 B,B=BF/1%=< J K1,111BB=B yJ yoctoJulios3 Ero7a 0 B,B=B19??F/1%58 JGsF8,=
8
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
radiación radiación electromagnética electromagnética con la energ'a apropiada, la molécula molécula incrementa su contenido contenido energético absorbiendo ese "otón. e dice entonces que la molécula pasó a un estado e:citado. La molécula energi#ada se encuentra en un estado que no es estable en las condiciones ambientales ambientales corrientesD corrientesD por lo tanto tiende tiende a regresar a la condición condición estable y para lograrlo lograrlo emite un "otón con la energ'a que logró e:citarla antesD por lo tanto cuando un elemento irradia energ'a no lo )ace en todas las longitudes de onda. olamente en aquellas de las que está Mprovisto. Esas longitudes de onda sirven para caracteri#ar, a cada elemento. ambién ocurre que cuando un elemento recibe energ'a no absorbe todas las longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capa# de Mproveerse. Coinciden por tanto, las bandas del espectro en las que emite radiación con los )uecos o l'neas negras del espectro de absorción de la radiación, como si un espectro "uera el negativo del otro.
Le' de Bour&uerLa("er% Beer: !ourguer, Lambert y !eer, a través de sus observaciones establecieron relaciones de la variación de la intensidad de lu# transmitida por una muestra con el espesor de ella o con la concentración de la sustancia, para materiales translAcidos. Estas relaciones se conocen como la ley de Bourguer-Lambert-Beer o o ley general de la espectro"otometr'a que permite hallar la concentración de una especie química a partir de la medida de la intensidad de luz absorbida por la muestra.
Esta ley se puede e:presar en términos de potencia de lu# o de intensidad de lu#, asumiendo lu# monocromática, como I% ? I+ < *+ e "9
$onde I%, es la intensidad de la lu# transmitida por la muestra.
I+, es la intensidad de la lu# que incide sobre la muestra y que proviene de la "uente. UNI - FIGMM
9
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
e, es el coe"iciente de absortividad molar en unidades de H%5. cm%/ ", es la longitud de la trayectoria del )a# de lu# a través de la muestra o el espesor de la celda en cm o lo que se conoce como paso óptico.
La relación I t t / / I 0 se conoce como transmitancia, transmitancia, T, y es la medida primaria que se reali#a en los instrumentos instrumentos para medir la absorción absorción de lu# por parte de una muestra. i la relación se e:presa en "orma porcentual, entonces se llama porcenta*e de transmitancia % T = 100.I t t / / I 0
La lu# absorbida ser'a I 0 I !t t es decir, la di"erencia entre la intensidad de la lu# incidente y la intensidad transmitida después de pasar a través de la muestra. & veces se e:presa en "orma porcentual, en "unción de la transmitancia medida como @orcenta*e de absorción 0 blanco muestra3 : /11 o absorbancia. Cuando se toma el logaritmo decimal negativo de la relación I% ? I+, entonces %log t 7 1 0 % log
ó
log 1 7t 0 log1 % logt
La relación que representa la 9a$%!dad de luz a"sor"!da or la (ues%ra es %lo& I% ? I+ < % lo& T, y recibe el nombre de "bsorbancia! y se designa con la letra A2 La ley de !ourguer%Lambert%!eer se puede entonces escribir de las siguientes "ormas
t 7 1 0 /1 %e bc
%log 0 e . b . c
%log 0 & 0 e . b . c
UNI - FIGMM
1 0
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
$onde C, es la concentración del soluto en moles 7 litro de solución. constantee denominada denominada 9oe)!9!e$%e de a"sor%!!dad (olar cuyas unidades son e, es una constant %/ cm litro 7 mol. b, es la longitud de la trayectoria en cm.
e llega, entonces, a que la a"sor"a$9!a es ad!(e$s!o$al2 El coe"iciente de absortividad molar e es "unción de la longitud de onda, del 'ndice de re"racción de la solución y es caracter'stico de cada sistema soluto%solvente. Es una propiedad intensiva, que no depende de la concentración de la sustancia y representa la absorción de lu# por parte de un mol de soluto para una longitud de onda dada. i no se conoce el peso molecular de la sustancia la ley de !eer se puede e:presar como
A
UNI - FIGMM
1 1
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
ES#ECTROFOTHMETRO: La absorbancia y la transmitancia de una sustancia en disolución se miden con un aparato denominado ese9%ro)o%.(e%ro, el cual consta básicamente de los siguientes componentes
Fue$%e de luz Lámpara que emite una me#cla de longitudes de onda. Col!(ador Con*unto de lentes que en"ocan la lu# convirtiéndola en un )a# de rayos paralelos. Mo$o9ro(ador $ispositivo que selecciona lu# de una Anica longitud de onda. ansduc ucttor de lu# en elec electtrici ricida dad. d. La lu# lu# prov provoc ocaa el De%e9%or De%e9%or )o%oel;9 )o%oel;9%r! %r!9o 9o ransd despla#amient despla#amientoo de electrones electrones en el metal del detector, detector, produciendo una corriente corriente eléctrica eléctrica que es proporcional a la intensidad de la lu# recibida.
Re&!s%rador Hide la se+al del detector, la compara y genera una medida en una escala determinada. &3 Esquema de un espectro"otómetro de un solo )a# !3 Esquema de un espectro"otómetro de doble )a#, en el cual se corrigen las variaciones espectrales de los di"erentes elementos ópticos que lo componen
Espectro"otómetro U> visible. UNNE % Pacultad de Ciencias E:actas, Naturales y &grimensura3 &grimensura3
Espectro"otómetro uv visible. UN % PQHH3 PQHH3
UNI - FIGMM
1 2
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
DEFINICION DE ES#ECTROFOTOMETRA La ese9%ro)o%o(e ese9%ro)o%o(e%ra %ra es un método anal'tico que utili#a los e"ectos de la interacción de las radiaciones electromagnéticas con la materia átomos y moléculas3 para medir la absorción o la transmisión de lu# por las sustancias. La ese9%ro)o%o(e%ra se re"iere a los métodos, cuantitativos, de análisis qu'mico que u%!l!za$ la luz ara (ed!r la 9o$9e$%ra9!.$ de las sus%a$9!as u(!9as. e conocen como como méto método doss espe espect ctro ro"o "oto tomé métr tric icos os y, segA segAnn sea sea la radi radiac ació iónn util utili# i#ad ada, a, como como espectro"otometr'a de absorción visible colorimetr'a3, ultravioleta, in"rarro*a.
Al!9a9!o$es de la ese9%ro)o%o(e%ra !s!"le ' ul%ra!ole%a2 La espectro"otometr'a es de gran utilidad en el análisis de espacies qu'micas sobre todo para el qu'mico anal'tico. En bioqu'mica se utili#a por e*emplo para /. =. 5. 8.
denti denti"ica "icarr compuest compuestos os por su espectr espectroo de absorción absorción.. Conocer Conocer la concentración concentración de un compuesto compuesto en una disoluci disolución. ón. $eterminar $eterminar la la glucosa glucosa en sangre sangre en un laboratori laboratorioo de análisi análisiss qu'mico. qu'mico. eguir el curso de reacciones qu'micas y en#imáticas.
El espectro"otómetro es de gran utilidad en análisis cuantitativo de prote'nas, en la determinación de ácidos nucleicos n ucleicos incluyendo &$N 7 &-N, &-N, en#imas.
MATERIALES a. Hateri Hateriale aless de &lmac &lmacenam enamien iento to
/ Prasco )erméticamente cerrado para el Cu electrol'tico3.
/ !otella para la solución de INO53.
/ !idón para el I=O destilada3. b. Hateriales de Uso Qeneral
/ >aso >aso de precipitados.
? ubos de ensayo.
/ Qradilla. UNI - FIGMM
1
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
< ervilletas.
/ !agueta. c. Hate Hateri rial ales es de Hedi Hedici ción ón
/ !ureta
/ @robeta
/ Espectro"otómetro tipo Mpectronic =1 de !ausc) y Lomb
/ !alan#a d. Hate Hateri rial ales es Ru Ru'm 'mic icos os
C u s 3
Obtenido por electrólisis.
INO5ac3
$iluido.
I=Ol3
Obtenida por destilación.
#ROCEDIMIENTO E/#ERIMENTAL E/#ERIMENTAL /. @esamo @esamoss una muestra muestra de =.B =.B g. de cobre cobre electr electrol' ol'ti tico. co. =. Lo coloc colocamo amoss en un vaso vaso de precip precipita itados dos con con /11ml. /11ml. $e I=O.
UNI - FIGMM
1 /
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
5. Hedi Hedimo moss /=1 /=1 ml. ml. de de INO INO5 /BN3 en otro vaso de precipitados.
8. &)ora )ora vert vertem emos os el INO INO5 en el vaso de precipitados que contiene el cobre y consideramos este momento como nuestro tiempo 1 cero3.
UNI - FIGMM
1
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
?. nmedi nmediatam atament entee procedem procedemos os a tomar tomar muestras muestras a di"eren di"erentes tes interval intervalos os de tiempo tiempo vertiendo vertiendo el contenido contenido en di"erentes di"erentes tubos de ensayo )asta que el cobre se disuelva por completo.
B. &)ora utili#am utili#amos os el Potoespect Potoespectrómetro rómetro para para )allar )allar el S de cada muestra muestra obtenida obtenida..
UNI - FIGMM
1
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
CALCULOS CALCULO S Y RESULTADOS RESULTADOS
TIEM#O 5se&u$dos6
T
A"sor"a$9!a
020 =28 *12 -+2* + 1-20 1323 0*20 08 88 31
22S 28S 9/S B/S 5=S 51S =
1 .1 188 1 .1 =B2 1 ./ 8<9 1 .= /89 1 .8 28< 1 .? ==2 1 .? ?=< 1 .? 1 1 .B ?9? 1 .9 2?2 1 .2 =1< UNI - FIGMM
1
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
34
?S ?S
/ .5 1/ 1
NO& NO& Notamos que esta disolución del cobre ocurre de manera muy rápida por lo que no se pudo tomar muc)os datos, esto se debe a que la cantidad de INO5 no está muy diluida.
Del la"ora%or!o K1 %e$e(os :
).)))*+
).)-/
Entonces tenemos que
UNI - FIGMM
1 8
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
GRAFICAS: a2 ABSORB ABSORBANC ANCIA IA VS2 CONCEN CONCENTRA TRACIH CIHN N
"2
TIEM#O VS2 CO CONCENTRACIHN UNI - FIGMM
1 9
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
Tiempo (segundos)
%T
0.4-.0 40.41.* //.* /* *.* 01.4
1*2 **2 3/2 0*2 02 -52 -*2 -2 --2
TIEM#O 5se&u$dos6 ? /1 /5 =1 =8 51 5? 8=
Absorbancia
A"sor"a$9!a ).)3)0 1.)1.9414B/0 1.)1.<-B)=)3 1.)/.5-BB4 1.)/.2/5<31 1.)=.50B/B*3 1.)5.10/3113 ).3451 1.5?B? ).30*3
1 8 ?? 2
Co$9e$%ra9!.$ 59.B ?5.= /15.B /B1.<
mg7L mg7L mg7L mg7L
=15.B = B<
mg7L mg7L
5=5.? 8 == 2
UNI - FIGMM
mg7L 7L
2 0
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
alla$do la 9o$9e$%ra9!.$2
a2 ABSORB ABSORBANC ANCIA IA VS2 CONCEN CONCENTRA TRACIH CIHN N
"2
TIEM#O VS2 CONCENTRACIHN
UNI - FIGMM
2 1
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
CONCLUSIONES •
e pued puedee nota notarr que que la tend tenden enci ciaa del del gra" gra"ic icoo es un unaa "unc "unció iónn e:po e:pone nenc ncia iall correspondiendo
a la parte teórica que nos e:presa que la velocidad de la reacción
var'a en "orma proporcional a la concentración. •
e puede obtener la velocidad a partir del método color'metro. UNI - FIGMM
2 2
CINETICA DE REACCION PARA EL COBRE
•
$el cuadro de cálculos cálculos podemos concluir que a mayor concentración concentración menor será la ransmitancia.
•
Los di"erentes procedimientos reali#ados sirven para )allar el porcenta*e de un mineral en una muestra cualquiera dependiendo de los disolventes.
RECOMENDACIONES •
e recomienda calibrar el color'metro al /11S antes de empe#ar a traba*ar.
•
El color'metro debe estar a una longitud de onda de B=1nm.
•
e debe limpiar los tubos con las muestran antes de )acer la medición.
•
Luego de cada medición se debe comprobar que el color'metro siga al /11S,con un tubo que contenga agua destilada.
•
Calibrar en lo me*or posible el color'metro para cada lectura debido a que el aparato es muy sensible.
BIBLIOGRAFIA •
TEIJ. L&$E-, JOIN I. HEE-. Pisicoqu'mica.
•
$NE I. &> &>NE-. ntroducción a la metalurgia "'sica.
•
Q&ON @ON HUVVO. Pisicoqu'mica.
•
C&ELL&N. Pisicoqu'mica.
UNI - FIGMM
2