DETERMINACIÓN DE PUREZA DEL ACETATO DE COBRE, POR MÉTODO ESPECTOFOTOMÉTRICO
RESUMEN Este trabajo aborda las temáticas básicas correspondientes a los análisis espectrofotométricos y se enfoca principalmente en la exploración de los espectros de absorción de los iones de cobre (II) en diferentes compuestos tales como sales de cobre además la utilización de las diferentes herramientas teórico- prácticas para la correcta obtención de los resultados.
Introducción La espectrofotometría es el método de análisis óptico más utilizado en las investigaciones y análisis químico ya que nos permite comparar la radiación absorbida o transmitida a través de una muestra, donde gracias a este efecto se puede determinar la cantidad de soluto desconocido y la composición estructural de la materia. La espectroscopia (UV-Vis), es la que estudia la interacción con la materia de las radiaciones comprendidas en las zonas UV y visible del espectro electromagnético. Mediante esta técnica, de manera sencilla y rápida, se recogió información relevante para obtener la concentración de cobre (II) en disoluciones acuosas, y lo aplicamos a una muestra problema. Al mismo tiempo, la práctica nos permitió adquirir un conocimiento sobre el dominio de los diferentes instrumentos de laboratorio. El objetivo específico de este trabajo es profundizar en los principios que se basa la espectrofotometría de emisión así como su correcta utilización en diversas problemáticas de orden químico y de la ciencia, además de estudiar las diversas aplicaciones que nos llevarían a un
análisis más profundo investigación propuesta.
de
cada
METODOLOGÍA La Practica de análisis instrumental inicio con una breve introducción por parte del docente sobre la correcta utilización de los equipos de laboratorio y la correcta selección de la celda que utilizamos como la celda patrón. Para esto se utilizo los datos correspondientes a el porcentaje de transmitancia (T%) que se obtuvieron de medir en primera medida ácido perclórico (HClO4) a una concentración de (1x10 -3 M) en la celda de referencia, luego en la celda de muestra de el mismo modo K2Cr 2O7/HClO4 a una concentración de (1x10 -3 M) y nuevamente en la celda de referencia K 2Cr 2O7/HClO4 a la misma concentración; teniendo en cuenta que todas se analizaron a una longitud de onda iguales a 350 nm.
Obtención del absorción cu+2.
espectro
de
Se preparó una disolución de nitrato de cobre (II) a una concentración de 0.24 M y se midió el porcentaje de transmitancia
(T%) de 500 a 800 nm c/20nm por duplicado hallando así el punto de mayor %T y haciendo alrededor de este un barrido espectral para hallar el punto máximo.
Obtención del espectro de absorción complejo amoniacal.
Se realizaron los pasos de el punto anterior solo que esta vez tomamos una solución de Cu(NO3)2 y medimos el %T de 400 a 700 nm c/20nm y cerca al máximo de 600 a 640 nm cada 5nm, donde cada una de las medidas se tomaba por duplicado.
Curva calibración para el ion Cu+2.
Se realizaron 5 disoluciones de la solución patrón mas amoniaco con una concentración de 0.016M ,0.032M, 0.048M, 0.064M y 0.08 M respectivamente y se tomo el %T por triplicado a la longitud de onda máxima encontrada en el punto A.
Curva calibración complejo amoniacal de cobre (II)
Se realizaron 5 disoluciones de la solución patrón con volúmenes de 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, y 2.5 ml respectivamente y se tomo el %T por triplicado a la longitud de onda máxima encontrada en el punto B.
Cuantificación de Cobre (II) en una sal.
Se tomaron los %T de la muestra salina por triplicado en la longitud de onda de 805nm. De igual manera se midió el %T de la solución salina y NH 3 llevados a 25mL en balón aforado, se realizaron medidas a 620 nm por triplicado
Cuantificación de Cu+2 en una moneda.
Este paso se realizo de la misma manera que en el punto anterior aunque previamente se realizo la digestión de la moneda, y se midió la muestra a 810 nm, luego a 2 ml de muestra se le agregaron 2.5 de NH 3 y se llevo a 25 mL en un balón aforado a esto se le realizaron los análisis a 610 nm. Todas estas mediciones se realizaron por triplicado.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS En primera instancia, para realizar un adecuado espectro de absorción es necesario determinar los posibles errores que se pueden presentar debido al mal estado de las celdas, para lo cual, se determinó una celda patrón, que comparada con la celda muestra, permitió hallar el factor de corrección usado para corregir las absorbancias obtenidas posteriormente. Los resultados registrados en el procedimiento anterior fueron: Tabla 1: Porcentaje de transmitancia de las celdas con K 2C r 2 O7 en HClO4
%T Absorbancia %T Absorbancia Celda Celda Patrón muestra 38,3 0,417 33,3 0,477 A partir de estos datos, se hace el respectivo cálculo para hallar el factor de corrección (ᵦ
)
y de esta forma,
determinar que tan diferentes serán las mediciones de una celda a otra, además del posible error que se tendrá en las mediciones: ᵦ= 0,417/0,477= 0,874
Una vez hallado el factor de corrección, de realizar las diferentes medidas de %T y determinar la absorbancia en el intervalo de longitud de onda establecido para cada muestra, los datos obtenidos fueron: Tabla 2: Datos para graficar el espectro de 2+ absorción de Cu 2+
Espectro de Absorción de Cu λ %T (nm) Muestra
%T Duplicado
Promedio %T
Ab.
Ab. corregida
Tabla 3: Datos para graficar el espectro de 2+ absorción de Cu + NH 3
Espectro de Absorción Cu2+ + NH3 %T %T (nm) Muestra Duplicado λ
Promedio %T
Ab.
Ab. corregida
400
92,2
93,5
92,85
0,032
0,028
420
94,6
93,9
94,25
0,026
0,022
440
93,8
92,7
93,25
0,030
0,027
460
90,4
90,1
90,25
0,045
0,039
480
85,1
85,2
85,15
0,070
0,061
500
74,9
74,6
74,75
0,126
0,110
500
90,6
92,7
91,65
0,038
0,033
520
63,1
62,8
62,95
0,201
0,176
520
93,6
93,4
93,5
0,029
0,026
540
51,2
52,4
51,8
0,286
0,250
540
93,5
93,9
93,7
0,028
0,025
560
44,3
43,6
43,95
0,357
0,312
560
92,7
93,8
93,25
0,030
0,027
580
38,5
38,6
38,55
0,414
0,362
580
92,9
92,1
92,5
0,034
0,030
600
36
35,8
35,9
0,445
0,389
600
89,8
90,3
90,05
0,046
0,040
620
35,6
35,7
35,65
0,448
0,391
620
87,1
87,9
87,5
0,058
0,051
640
36,9
36,8
36,85
0,434
0,379
640
83,7
84
83,85
0,076
0,067
660
40
39,7
39,85
0,400
0,349
660
78,2
77,9
78,05
0,108
0,094
680
43,7
43,8
43,75
0,359
0,314
680
72
72,1
72,05
0,142
0,124
700
48,6
49
48,8
0,312
0,272
700
63,8
65,5
64,65
0,189
0,166
720
59,7
59
59,35
0,227
0,198
740
54,4
54,4
54,4
0,264
0,231
760
50,4
51
50,7
0,295
0,258
780
48,7
48,7
48,7
0,312
0,273
800
47,7
47,1
47,4
0,324
0,283
820
47,4
47,6
47,5
0,323
0,283
840
48
48,3
48,15
0,317
0,277
860
49,6
49
49,3
0,307
0,268
880
51,2
50,9
51,05
0,292
0,255
900
52,6
53
52,8
0,277
0,242
La absorbancia se halló mediante: A= - log (%T/100) y la absorbancia corregida con: Acorregida= ᵦ * A
La absorbancia se halló mediante: A= - log (%T/100) y la absorbancia corregida con: A corregida= ᵦ * A
a). A partir de los datos de absorbancia corregida y de longitud de onda, se construyo el espectro de absorción:
0.450 0.400 0.350 a i 0.300 c n a 0.250 b r o 0.200 s b A0.150 0.100 0.050 0.000
Cu2+ Cu2+ + NH3
400
600
800
λ (nm) Gráfica 1 Espectros de absorción
b). El aspecto general de los espectros de absorción varía de acuerdo a las características de la muestra tales como: complejidad, estado físico y el medio en el que se encuentre. Lo anterior se evidencia en la gráfica 1, en la cual se comparan los espectros de absorción de la solución de Cu 2+ y la solución del complejo Cu(NH3)4+, donde se denota una clara diferencia en sus puntos máximos de absorción e intervalos de longitud de onda: (800,0.283) y (620,0.391) respectivamente. Dicha diferencia se atribuye a que cada sustancia presenta rangos de longitud específicos en los cuales absorberá la radiación aplicada. En este caso, ambas muestras están conformadas por cobre y generalmente las sales y complejos de este metal de transición presentan coloración verde o azul, debido a la absorción de luz con determinada longitud de onda, lo que produce un tránsito electrónico que establece la longitud de onda que va a generar, por lo que el complejo, de coloración más oscura, tiene una mayor absorción a longitudes de onda más bajas y en un intervalo más reducido. De las dos muestras el complejo es el que posee una tonalidad más intensa ya
que, la presencia de los ligandos alrededor del átomo central, en este caso, la presencia del NH3 alrededor del Cu, harán que los orbitales 3d, adquieran energías muy distintas, lo que facilita que un electrón adquiera un fotón, excitándose, y suba a un nivel de energía superior. Para escoger la longitud de onda en la cual se presente el máximo de absorción, pues es ahí donde habrá mayor sensibilidad, fue necesario realizar un barrido espectral que proporciona una observación más detallada que la obtenida en los espectros de absorción. En dicho proceso se estableció que el punto máximo de absorción para la solución de cu2+, A=0,327 fue en λ= 805 nm y para el complejo Cu(NH 3)4+, A= 0,456 fue en λ= 620. c). Tabla 4: Datos curvas de calibración Curva de Calibración de Cu Muestra
%T Rep. 1
%T Rep. 2
%T Rep. 3
2 mL
79,5
79
78,9
4 mL
2+
(λ=805)
Ab.
Ab. Corregi da
[]
79,133
0,102
0,089
0,016
62,9 62,5 62,8
62,733
0,203
0,177
0,032
6 mL
50,5 47,6 50,7
49,600
0,305
0,266
0,048
8 mL
40,9 41,2 41,2
41,100
0,386
0,338
0,064
32,000
0,495
0,432
0,080
10 mL
32
32,2 31,8
Tabla 5: Datos curva de calibración 2+
Curva de Calibración de Cu + NH3 (λ=620) Muestra
%T Rep. 1
0,5 mL
73,2 73,7 73,3
73,400
0,134
0,117
0,004
60,6
60,7
60,633
0,217
0,190
0,008
44,9 45,1 45,2
45,067
0,346
0,303
0,012
1 mL 1,5 mL 2 mL 2,5 mL
%T Rep. 2
36,7
60,6 36,2
%T Rep. 3
Ab.
Ab. Corregida
[]
36,6
36,500
0,438
0,383
0,016
27,5 27,6 27,4
27,500
0,561
0,490
0,020
0.6
y = 23,988x + 0,0072 R² = 0,9971
0.5 a i 0.4 c n a b 0.3 r o s b 0.2 A
ion Cu2+ y = 5,299x + 0,006
R² = 0.9991
0.1 0 0
Complejo Cu2+ + NH3
0.05 Concentración (M)
Gráfica 2: Curva de calibración
Al realizar los respectivos cálculos y determinar la concentración de cada una de las diluciones, fue posible realizar la curva de calibración para la muestra de cobre, como para la del complejo, mediante la regresión lineal. Como es posible observar en la gráfica 1, los puntos obtenidos se ajustan casi en un 100% a la recta, hecho que se puede atrever a que durante la práctica se logró realizar y obtener una adecuada lectura de la transmitancia en cada una de las diluciones. Las curvas de calibración obtenidas para el ión cu2+ y el complejo amoniacal de cobre, tienen respectivamente: una pendiente de 5,299 y 23,988, un intercepto de 0,006 y 0,0072, y un
coeficiente de correlación de 0,9991 y 0,9971, coeficiente que altamente cercano a uno, lo que numéricamente nos confirma que es una recta. A pesar de lo anterior, fue necesario ajustarla mediante una linealización. La curva que proporciona mayor sensibilidad analítica es la del complejo amoniacal de cobre con un valor de 149,637, en contraste con el de la solución de cu 2+ que es de 33,055, por lo tanto este es el método que proporcionará una determinación más exacta de la concentración de cobre en las muestras. La diferencia entre las curvas de calibración, afecta en el momento de escoger el patrón con mayor sensibilidad, ya que con este finalmente es con el que se halla la concentración de cobre en una muestra conocida o desconocida, entonces entre mayor sea la diferencia entre ambas curvas, nos limita a trabajar únicamente con uno de los patrones para poder obtener datos más precisos y confiables.
d). Concentración de cobre en la moneda:
⁄
Concentración solución de la moneda con amoniaco:
contaminantes externos, bien sea de tipo experimental (en la realización de las disoluciones correspondientes, en la digestión o en el correcto estado de los equipos), o en el estado original en el que se encuentra la muestra.
CONCLUSIONES Cada sustancia presenta rangos de longitud de onda específicos en los cuales absorberá parte de la radiación aplicada por efecto de la excitación de electrones al ser afectados por un fotón. o Las concentraciones que se trabajen en este método espectrofotométrico, son de gran importancia, ya que son directamente proporcionales a la absorbancia, y son clave al momento de realizar las curvas de calibración. o Los espectros de absorción de compuestos de un mismo ion, varían si uno de ellos es un complejo, debido a la presencia de ligandos que generan diferencias en los orbitales del ión central, permitiendo que exista una mayor absorbancia a valores menores de longitud de onda. o Las pruebas espectrofotométricas son la base del análisis instrumental por varios motivos como lo es la facilidad de obtención de datos gracias a su sensibilidad a la hora de hacer el análisis. o Se encontró en la práctica que el uso de amoniaco en la muestra de cobre disminuye el porcentaje de transmitancia, debido a que menos espectro UV Visible puede pasar a través de la muestra problema, es decir hay mayor absorbancia, esto como consecuencia del cambio de color que sufre el amoniaco en el complejo de cobre, además de su cambio de estructura o
⁄
Concentración solución salina con amoniaco:
Se pudo analizar mediante la aplicación de las pruebas de espectroscopia a las muestras problemas, que los análisis solo se pueden realizar en longitudes de onda dadas por los datos establecidos con soluciones patrón previamente analizadas. La sensibilidad analítica juega un papel fundamental en el momento de escoger con que curva de calibración que se usará como patrón ya que esta arrojará datos más exactos, en este caso la del complejo amoniacal, Respecto a la concentración de cobre en la moneda hallada, nos da un valor muy cercano al dato proporcionado por el banco de la república (92%). La pureza de un compuesto hallada desde la espectrofotometría, viene dada por factores tales como: que en la muestra problema existan
molecular, por ello en los análisis que se agregaba amoniaco a la solución se tubo que aumentar la longitud de onda del espectro. o Es importante considerar que, si bien se prepara una curva de calibración con los límites de linealidad determinados, en más de un caso la muestra a analizar puede tener concentraciones que se encuentren sobre o debajo de ese límite de dilución. Para este caso es mejor hacer previamente un análisis teórico para hallar las concentraciones que se mantengan dentro del rango correcto de %T.
