DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE Fe(II) EN JARABE: CURVA DE ERROR 1
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Astudillo Joan Stiven (1036719); Reyes Stiven Felipe (1131739);
[email protected];
[email protected] ; Departamento de Química, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Universidad del valle, Santiago de Cali Octubre 04 de 2014 Octubre 13 de 2014 En la práctica se realizó la determinación de Fe (II) en una muestra de jarabe que contenía 2,5% (p/v) de sulfato de hierro. Se realizó por un método Uv-Vis, utilizando un equipo de doble haz. Se realizó un barrido entre 400 y 600nm para encontrar una longitud de onda máxima de 510nm. Se realizó un gráfico de dispersión para hallar el rango de linealidad presente después de medir usando la longitud de onda máxima el cual varia de 84,39,1%T. Se realizó la respectiva curva de calibración con 4 puntos y se interpolo para hallar la concentración de hierro en la muestra (0,977ppm Fe), se comparó con el valor de hierro en el jarabe para un porcentaje de error del 47%.
Datos, Cálculos y Resultados Tabla 1. Determinación de Max en una solución de 2ppm. Absorbancia (nm) 400
0,114
420
0,179
440
0,224
460
0,265
480
0,336
500
0,350
502
0,352
504
0,355
506
0,352
508
0,357
510
0,333
512
0,357
0,04
0,013
97,051
1,720
514
0,356
0,08
0,018
95,940
1,257
516
0,346
0,16
0,028
93,756
0,827
518
0,346
0,24
0,046
89,950
0,524
520
0,320
0,4
0,074
84,333
0,348
540
0,200
1
0,257
55,335
0,153
560
0,076
2
0,665
21,627
0,151
580
0,026
4
1,04
9,120
0,229
600
0,011
8
1,156
6,982
0,269
16
1,224
5,970
0,297
Muestra
0,275
53,088
0,149
Figura 1. Grafico Fe-(Fenantrolina)3. Tabla 2. Datos para la curva de error. Conc. (ppm) Absorb. %T
DC/C
⁄
Discusión De Resultados
Figura 2. Curva de error. Tabla 3. Datos para la curva de calibración. Conc. (ppm) Absorb. 0,4
0,074
1,000
0,257
2,000
0,665
4,000
1,04
Para la cuantificación de hierro en la muestra de jarabe la cual tiene una composición de 2,5% p/v, según lo que se indica en la etiqueta del recipiente en el cual se encuentra. Debido a que se desea determinar la concentración de hierro utilizando un espectrofotómetro UV-VIS, se debe acomplejar el hierro con un agente cromoforo,(compuesto que al unirse a otro compuesto, dado que tiene muchos electrones capaces de absorber energía o luz visible para excitarse y al relajarse, emitir radiación electromagnética en el rango del visible[1]) ya que el hierro por sí solo no absorbe radiación electromagnética en el rango del visible; en este caso el cromoforo es la , 1-10 (u orto)-fenantrolina, cuya estructura se ve claramente en la Figura No.4, que indica la formación del complejo de coordinación ferroina, con el Fe+2, gracias a que cada átomo de nitrógeno tiene un par de electrones no compartidos que son los que se coordinan con los metales, en este caso con el hierro, este compuesto tiene una constante de formación de 2,5 x106 a 25°C, este complejo es muy estable y es de color rojo intenso. Este complejo presenta la reacción de óxido-reducción, que se muestra en la ecuación 1.
Figura 3. Curva de calibración.
Muestra:
Coeficiente de absortividad:
() ()
Figura 4. Complejo formado a partir del hierro la fenantrolina.
() () El complejo de hierro (III) es de color azul pálido y el complejo con el hierro (II) es de coloración roja intensa [1], en la práctica la fortaleza de la coloración depende de la concentración de la muestra y puede variar, de naranja pálido a rojo intenso.
Dado que después de la digestión el hierro queda presente en solución, tanto en hierro (II), como en hierro (III), es necesario reducir ese hierro (III) a hierro (II) y para esa finalidad utilizamos un agente reductor; la hidroxilamina en forma de su sal de cloro, es decir, cloruro de hidroxilamina, reduciendo el hierro(III) según la ecuación 2:
De la ecuación No. 2, se obtiene como subproducto iones H+, que hacen que el medio quede acido, situación que genera interferencia en la formación del complejo, ya que la 1-10, fenantrolina, actúa como base debido a los pares de electrones libres del nitrógeno, además de la posibilidad de formación del hidróxido de hierro de estar muy básico el medio, por esta razón es necesario neutralizar el medio y mantenerlo así, y por eso se agrega acetato de sodio, para mantener el pH entre 5 y 6, para así favorecer la constante de formación del complejo hierro(II)-Fenantrolina y evitar la formación de Hidroxido de hierro[2]. En el complejo Hierro (II)-Fenantrolina, ocurre un fenómeno conocido como absorción por transferencia de carga; la cual se debe a que uno de ellos tiene características de dador de electrones y el otro de aceptor, lo cual genera una especie de reacción redox interna. Donde al absorber un fotón, en la molécula, la transición electrónica ocurre desde el dador, hacia el orbital que esta interaccionando más fuertemente con este del aceptor [1]. Por lo general las absortividades molares para este tipo de transiciones electrónicas, son muy altas, y esto implica una buena probabilidad de ser detectables a concentraciones bajas. Adicional a la muestra es necesario realizar una curva de calibración con patrones de hierro, para de esa manera cuando se tenga la medida de la absorbancia de la muestra, esta se pueda interpolar en la curva y obtener un valor de su concentración. Para evitar errores debidos a la presencia o ausencia de alguna especie química en solución, la muestra y cada solución del patrón de hierro fueron tratadas igualmente [1]. Ahora, para conocer la longitud de onda donde el complejo hierro (II)-Fenantrolina absorba se realizó
un barrido espectral con un espectrofotómetro de haz simple (ver figura 5). De acuerdo con la práctica el barrido espectral realizó entre 400600nm, haciendo énfasis en la región de 500520nm, se encontró que la longitud de onda de máxima absorbancia fue de 510nm lo cual es consistente con la teórica que tiene el mismo valor estándar.
Figura 5. Esquema general de un espectrofotómetro de haz simple.
Una vez se conocía la longitud de onda de máxima absorción, se realizaron las medidas de todas las soluciones patrón de hierro (II) en absorbancia; la cual es una unidad de medida que hace referencia a cuanta radiación electromagnética absorbe un mol de moléculas de una muestra según la ecuación 3:
Donde, hace referencia al coeficiente de absorción molar, el cual es una constante de proporcionalidad que depende de cada compuesto, b es la distancia que recorre el haz en la muestra en cm, es decir el ancho de la celda utilizada en las medidas, y donde C es la concentración del analito en solución. Se calculó el coeficiente de absorbancia utilizando la pendiente y suponiendo que la longitud de la celda es de 1cm, dando como 4 resultado 1,5x10 L/molcm. La ecuación 3 es también conocida como la Ley de Beer-Lambert funciona muy bien a concentraciones pequeñas del analito, ya que al aumentar considerablemente la misma las moléculas se encuentran más juntas entre si y aumenta la repulsión entre ellas alterando así la medición[1]. Esto, ya que la medición espectrofotometría se lleva a cabo en diferentes pasos; primero ajustar los
limites inferiores y superiores de transmitancia y por ultimo realizar la medición de la transmitancia en muestra, cada paso conlleva una incertidumbre asociada, y por el hecho de estar relacionada con la absorbancia esta también se ve afectada según la ecuación A= -log (T), y por la ley de Beer-Lambert la absorbancia es directamente proporcional, también se afecta la medida de la concentración. Esta es fácilmente calculable con la ecuación 4, la cual proviene de combinar la ley de Beer-Lambert con la ecuación de relación entre T y A, para luego derivarla:
A partir de la ecuación 4, se construyó la curva de error o curva de Crawford, donde se grafica ΔC/C vs %T (Ver figura 2). Se realizó la curva de 9,183,3%T, también verificando que la muestra estuviese cerca del cancroide. Finalmente se interpolo el valor de la absorbancia de la muestra en la curva de calibración y se encontró que la concentración de hierro (II) en el jarabe (0,977ppm) Con un error del 47% respecto al valor de la etiqueta de 2.5% p/v.
Conclusiones
La longitud de onda máxima hallada de acuerdo con la figura 1, equivale a 510nm, igual al valor teórico. Se realizó la curva de calibración con cuatro puntos, con la que se logró calcular el coeficiente de absorbancia molar y hallar la concentración de la muestra en el jarabe. Se calculó un porcentaje de error del 47% comparando con el valor de 2,5% (p/v) registrada en la etiqueta.
Bibliografía [1] SKOOG, D. A. WEST. M. D. HOLLER. J. F. CROUCH. R. S Fundamentos de Química Analítica. Octava edición. Cengage Learning Editores, S.A. Mexico. D.F. 2005. p. 397-398, 147-149, 230-232, 258-260, 16.
