DETERMINAR LA CONCENTRACION EN PPM DE IONES DICROMATO PRESENTES EN UNA MUESTRA PROBLEMA MEDIANTE CURVAS DE CALIBRACION UV.
RESUMEN Para determinar la concentración de una muestra problema de ión dicromato (Cr2O7-2), primero se pesó una determinada cantidad de dicromato de potasio para preparar una solución madre de aproximadamente 200ppm; de la cual se prepararon 3 soluciones patrón de concentración (10,09 ± 0,04) ppm, (20,18 ± 0,08) ppm y (40,4 ± 0,1) ppm respectivamente. r espectivamente. Luego se seleccionó la longitud de onda adecuada, a decuada, realizando un barrido con la solución patrón de mayor concentración, resultando la longitud de onda adecuada 351nm. Se midió la absorbancia de las soluciones patrón y la solución problema 2 veces; para posteriormente construir la curva de calibración de las soluciones patrón, resultando ésta de acuerdo con la ley de Beer. A partir de la ecuación de la línea de tendencia de la curva de calibración y con la absorbancia promedio de la solución problema (0,453 ± 0,001), se calculó su concentración resultando 36,03 ppm. Palabras clave: Absorbancia, curva de calibración, longitud de onda, soluciones patrón. INTRODUCCIÓN La UV-calibración nos permita a través de una curva llamada curva de calibración, determinar la concentración de una muestra desconocida a partir de la absorbancia de una solución de
concentración conocida. Es importante que las muestras sean soluciones diluidas puesto que se acercan más a las condiciones de idealidad [1]. No obstante es importante tener en cuenta al aforar las muestras patrones añadir una cantidad de ácido sulfúrico con la finalidad de asegurar que este en medio ácido. Luego de determinar la longitud de onda con la cual se trabajara, se determinan las absorbancias de las soluciones patrones y solución problema para finalmente determinar su concentración con la ayuda de dicha gráfica absorbancia vs concentración. METODOLOGÍA Se aforó la muestra problema y se introdujo en la estufa un vaso de precipitados de 50mL; el cual después de unos minutos se colocó en el desecador y luego se pesó en él la cantidad de dicromato de potasio (K2Cr2O7) necesaria para preparar una solución madre de aproximadamente 200ppm. Dicha masa se disolvió en agua destilada y se trasladó a un balón de 500mL donde se aforó. De la solución madre se prepararon 3 soluciones patrón (paso 5,6,7, pagina 6). Posteriormente se encendió el espectrofotómetro Genesys Genesys 8 y se s e calibró con agua destilada, asignándole a la absorbancia un valor de cero. Se realizó el barrido de onda, para la selección de la longitud apropiada, con la solución patrón más concentrada; y finalmente se midió la absorbancia de las soluciones patrón y la solución problema. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la espectrofotometría lo que se propone es medir la cantidad de energía radiante que absorbe un sistema químico en función
de la longitud de onda de la radiación, sometiendo las sustancias a un proceso de absorción en el cual, en un medio transparente, éstas captan selectivamente ciertas frecuencias de la radiación electromagnética [1]. En éste caso, se hizo uso de la espectrofotometría para determinar cuantitativamente la concentración de dicromato de potasio (K2Cr2O7) en una solución. Pero antes de realizar este procedimiento, fue necesario pesar una cantidad de dicromato de potasio para preparar una solución madre, los valores obtenidos se muestran en la tabla 1. Tabla 1. Características de la solución madre. Masa teórica (mT ± 0,0001)g | 0,1362 | Masa experimental (mexp ± 0,0001)g | 0,1374 | Concentración (Csm ± 0,2)ppm | 201,8 | A partir de la solución madre madre se prepararon 3 soluciones patrón con 5, 10 y 20mL respectivamente, en balones aforados de 100mL, y adicionalmente se agregaron 2mL de ácido ác ido sulfúrico (H2SO4) con la finalidad de asegurar que en la l a solución solo se tuviera dicromato ya que al añadir ácido la cantidad de iones hidronio (H+) aumenta haciendo que el equilibrio cromatodicromato (reacción 1) se desplace en sentido directo, es decir, hacia la formación de dicromato [2]. (1) Las características de las soluciones patrón preparadas se encuentran en la tabla 2. Una vez obtenidas las concentraciones de las soluciones patrón
se determinó la absorbancia de cada una, colocándolas en una celda dentro del espectrofotómetro de un solo haz; sin embargo, antes de hacer esto, fue necesario calibrar el equipo para lo cual se ajustaron los valores de absorbancia y longitud de onda a cero cer o agregando agua destilada en una celda, posterior a lo cual se estimó la longitud de onda apropiada para el dicromato, haciendo un barrido con la solución patrón 1 (la más concentrada). Es importante destacar que las medidas espectrofotométricas de la absorbancia se realizan en un pico de absorción puesto que la variación de la absorbancia por unidad de concentración es máxima en este punto [3]. El valor de la longitud l ongitud de onda apropiada para la realización de onda, se encuentra en la tabla 3. Tabla 2 Volumen y Concentraciones de las soluciones patrón preparadas. Solución patrón | Volumen d e solución madre(Vsm ± ∆V)mL | Concentración de la solución patrón (Csp ± ∆C)ppm |
1 | 5,00 ± 0,01 | 10,09 ± 0,04 | 2 | 10,00 ± 0,02 | 20,18 ± 0,08 | 3 | 20,00 ± 0,03 | 40,4 ± 0,1 | Tabla 3. Longitud de onda seleccionada. s eleccionada. Longitud de onda (λ ± 1)nm | 351 | Una vez seleccionada la longitud de onda se determinó la absorbancia de las soluciones patrón y de la solución problema; para ello, se agregó una muestra de cada solución en una celda previamente lavada con agua destilada y evitando el contacto con los dedos en las paredes de las mismas mi smas a través de las cuales
pasa el haz de luz; esto debido a que los errores en este tipo de mediciones se deben fundamentalmente al estado de las celdas, bien sea que se encuentren rayadas o que tengan contacto con las huellas digitales (ya que estas pueden absorber la radiación ultravioleta) [1]. Los valores de absorbancia para las soluciones patrón y para la solución problema se muestran en la tabla 4. Tabla 4. Absorbancia de las soluciones patrón y problema Solución | Absorvancia ( A ± 0.001) | Patrón 1 | 0,135 | 0,138 | Patrón 2 | 0,266 | 0,260 | Patrón 3 | 0,503 | 0,508 | Problema | 0,453 | 0,453 | Con los valores de absorbancia en función de la concentración se construyó la curva de calibración para las soluciones s oluciones patrón (figura 1) y (figura 2). Figura 1. Curva de calibración para las soluciones patrón (primeros valores obtenidos) Figura 2. Curva de calibración para las soluciones patrón (segundos valores obtenidos) Como se observa en la figura 1 y 2, el comportamiento es lineal, lo cual verifica que la solución de dicromato de potasio preparada cumple con la ley de Beer en la l a cual se establece que existe una proporcionalidad directa entre la concentración de una muestra y la absorbancia de la misma [2]. Esta ley l ey se aplica únicamente
para radiaciones monocromáticas, soluciones diluidas y en donde la naturaleza de la especie permanece constante en un rango de concentración. Si ocurriese una falta de conformidad con esta ley, se podría interpretar como una falla en el sistema químico para permanecer invariable o como defectos de la naturaleza física de este [1]. Haciendo uso de la ecuación de la línea l ínea de tendencia de la figura 1, se calculó la concentración para la solución problema; se llevo a cabo una sencilla interpolación lineal puesto que ya es conocido el valor de la absorbancia de la solución problema. Dicho valor de concentración se encuentra en la tabla 5. Tabla 5. Concentración de la solución problema Absorbancia promedio promedio (A ± 0,001) adim | 0,453 0,453 | Concentración (Cspr) ppm | 36,03 | Tiene sentido obtener una concentración que se encuentre en el rango entre las soluciones patrón 2 y 3, puesto que se observa entre los valores de absorbancia recolectados para la solución problema que oscila en el rango de valores de la absorbancia de estas soluciones patrón. CONCLUSIONES La longitud de onda seleccionada es 351nm. La masa pesada de dicromato de potasio es (0,1374 ± 0,0001) g y la concentración co ncentración de la solución problema es (201,8 ± 0,2) ppm. La absorbancia promedio de la solución problema es (0,453 ± 0,001) adim y su concentración, obtenida a través de la curva de calibración es
36,03ppm. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Skoog, D., West, D. (1970). Fundamentos de Química Analítica. 1era Edición. Editorial Editorial Reverté. New York. Páginas Páginas 743747. [2] Skoog, D., Leary, A. (1994). Análisis instrumental. 4ta Edición. Editorial McGraw-Hill. España. Páginas 435-438. [3] Day, R., Underwood, A. (1989). Química Analítica cuantitativa. 5ta Edición. Editorial Prentice-Hall. México. Páginas 501- 505. CÁLCULOS TÍPICOS Cálculo previo: Determinación de la masa de dicromato de potasio Mediante la ecuación 1: (1) Donde: m: Masa de dicromato de potasio (g) V: Volumen de la solución de dicromato de potasio (L) C: Concentración de la solución de dicromato de potasio (ppm) PM1: Peso molecular del dicromato de potasio (g/mol) PM2: Peso molecular del ión dicromato (g/mol) Sustituyendo los valores correspondientes, se obtiene: Cálculo del error:
Mediante la ecuación 2: (2) Donde: m: Error de la masa (g) V: Error del volumen (mL) C: Error de la concentración (ppm) Sustituyendo los valores correspondientes, se obtiene: Finalmente: Cálculo de la concentración de la solución madre partiendo de la masa experimental pesada Mediante la ecuación 3: (3) Donde: Csm: Concentración de la solución madre (ppm) Sustituyendo los valores correspondientes, se obtiene: Cálculo del error: Mediante la ecuación 4: (4) Donde: Csm: Error de la concentración de la solución madre (ppm) Sustituyendo los valores correspondientes, se obtiene: Finalmente:
Cálculo de la concentración de las soluciones patrón Mediante la ecuación 5: (5) Donde: Csp: Concentración de la solución patrón (ppm) Vsp: Volumen de la solución patrón (mL) Vsm: Volumen de la solución madre (mL) Sustituyendo los datos correspondientes a la solución patrón 1, se obtiene: Cálculo del error: Mediante la ecuación 6: (6) Donde: Csp: Error de la concentración de la solución patrón (ppm) Vsp: Error del volumen de la solución patrón (mL) Vsm: Error del volumen de la solución madre (mL) Sustituyendo los valores correspondientes, se obtiene: Finalmente: Cálculo de la absorbancia promedio de la solución problema Mediante la ecuación 7: (7) Donde: Aspr: Absorbancia promedio promedio de la solución problema problema (adim) Ai: Absorbancia de la solución solución problema obtenida obtenida en cada corrida (adim)
Sustituyendo los valores de la tabla 3, correspondientes a la solución problema, se obtiene: Finalmente Determinación de la concentración de la solución problema por medio de la ley de Beer Mediante la ecuación de la línea de tendencia en la figura 1: (8) Donde: A: Absorbancia (adim) m: Pendiente de la curva de calibración (ppm ) Cspr: Concentración de la solución problema (ppm) b : Intercepto con el eje de las ordenadas P(C, A), entonces P1 (20.18, 0.266) P2 (40.40, 0.503) Calculo de la pendiente de la recta: (9) m=0.503-0.26640.4-20.18 =0.012 ppm-1 m=0.503-0.26640.4-20.18 Calculo intercepto con el eje de las ordenadas despejando b de la ecuación 8 b=A-m* Cspr b= 0.503-0.01240.4=0 0.503-0.01240.4=0.0182 .0182 Sustituyendo en la ecuación 8 A=0.012 Cspr+0.0182
Despejando la concentración y sustituyendo el valor de absorbancia promedio, se obtiene: Con la figura 2 aplico el mismo procedimiento y obtengo Cspr=35.82; con el promedio de ambas a mbas concentraciones, obtengo la concentración, siendo esta: Cspr=36.03 ppm
