Universidad de Sonora
Laboratorio de Química Analítica II Práctica #6 Ley de Beer: Análisis de Mezclas de Analitos
Sonora.
Objetivo Determinar la concentración de Cromo (III) y Cobalto (II) en una mezcla de ambos iones metálicos, mediante el uso de la ley de Beer.
Introducción Cuando se tiene una solución que contiene dos componentes que absorben luz, generalmente es posible determinar simultáneamente la concentración de cada uno de ellos. Si los compuestos absorben predominantemente en una longitud de onda diferente (Figura 1, caso I), la resolución es relativamente sencilla, ya que la concentración de cada analito se obtiene a partir de sus respectivas absorbancias a las longitudes de sus máximos de absorción (para cada λmax es como si no estuviera presente el otro analito). Esta situación no siempre ocurre, observándose las variantes descritas en los casos II y III, para los cuales se requiere de un análisis más complejo para obtener las concentraciones de ambos analitos. En esta práctica nos centraremos en el caso III, en el cual se traslapan los máximos de absorción de ambos compuestos.
Figura 1. Espectros de absorción electrónica de mezclas de dos analitos. Caso I: ambos espectros no se superponen. Caso II: ambos espectros se superponen parcialmente. Caso III: ambos espectros se superponen completamente. La absorbancia es una propiedad aditiva, es decir, la absorbancia total de una solución a una longitud de onda determinada está dada por la suma de las absorbancias de sus componentes individuales. Entonces, de acuerdo con la ley de Beer, las absorbancias a dos diferentes longitudes de onda están dadas por:
donde b es la longitud de paso de luz por la celda, CA y CB son las concentraciones de A y B, respectivamente, y εAλ1 y εAλ2 son los coeficientes de extinción molar de la especie A, e igualmente εBλ1 y εBλ2 son los coeficientes de extinción molar de la especie B, a cada una de las longitudes de onda. Los coeficientes de extinción molar se determinan elaborando curvas de calibración independientes para cada componente. Al obtener las absorbancias de la muestra problema a las dos longitudes de onda, las ecuaciones (1) y (2) forman un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas (las concentraciones de A y B).
Equipo, Materiales y Reactivos a) Equipo ● Espectrofotómetro b) Materiales ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
12 celdas de plástico 11 tubos de ensayo de 15 x 125 mm 3 pipetas volumétricas de 1 mL 3 pipetas volumétricas de 2 mL 2 pipetas volumétricas de 5 mL 3 vasos de precipitados de 100 mL 1 jeringa o pipetor 11 pipetas Pasteur 1 gradilla 1 agitador Sanitas para celdas
c) Reactivos ● Solución de Cr(NO3)3 0.100 M ● Solución de Co(NO3)2 0.300 M ● Agua destilada
Metodología 1. Encender el espectrofotómetro 15 minutos antes de iniciar las lecturas.
2. Seleccionar la opción de “fija” o “photometric” en el espectrofotómetro e ingresar las longitudes de onda de trabajo (para esta práctica, 400 y 505 nm). 3. Hacer el blanco utilizando el mismo disolvente en el que se prepararon las disoluciones. 4. Colocar aproximadamente 15 mL de la solución estándar de Cr (NO3)3 0.100 M en un vaso de precipitados, aproximadamente 15 mL de la solución estándar de Co (NO3)2 0.300 M en otro y aproximadamente 20 mL de agua en un tercer vaso de precipitados. 5. Etiquetar 10 tubos de ensayo limpios y secos, 1-10. Preparar las soluciones estándar de acuerdo a la siguiente tabla, utilizando un juego de pipetas volumétricas para cada tipo de solución [cromo (III) y cobalto (II)] y para el agua. Mezclar muy bien cada solución con el agitador (asegurándose de limpiar bien el agitador entre cada uso)
6. Leer la absorbancia a 430 y 525 nm (al menos por duplicado) de las soluciones estándar, así como de la muestra problema proporcionada por el instructor, e introducir los valores en la tabla de resultados. Resultados Tabla 1. Valores de Absorbancia para cada disolución Tubo
Tubo
1
0.123
0.138
6
0.094
0.264
2
0.246
0.216
7
0.114
0.515
3
0.363
0.428
8
0.160
0.750
4
0.455
0.588
9
0.245
1.002
5
0.556
0.760
10
0.279
1.252
Análisis de Datos
1. Obtener las ecuaciones de las regresiones lineales de absorbancia vs. concentración para las soluciones estándar de cromo (III) y cobalto (II) a las dos longitudes de onda.
Cromo (III) a 430 nm Concentracion 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Cromo (III) a 525 nm
Absorbancia 0.123 0.246 0.363 0.455 0.556
Concentración 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Cobalto (II) a 430 nm. Concentración 0.06 0.12 0.18 0.24 0.3
Absorbancia 0.138 0.216 0.428 0.588 0.76
Cobalto (II) a 525 nm.
Absorbancia 0.094 0.114 0.16 0.245 0.279
Concentración Absorbancia 0.06 0.264 0.12 0.515 0.18 0.750 0.24 1.002 0.3 1.252
2. Determinar los coeficientes de extinción molar de cromo (III) y cobalto (II) a 430 y 525 nm. 430
Coeficiente de Extinción Molar Cromo (III): 5.375
525
Coeficiente de Extinción Molar Cromo (III): 8.08
−1
−1
−1
−1
430
Coeficiente de Extinción Molar Cobalto (II): 0.835
−1
−1
525
Coeficiente de Extinción Molar Cobalto (II): 4.105 −1
−1
3. A partir de las absorbancias de la muestra problema, determinar la concentración de cromo (III) y cobalto (II) en esta solución. [Co] = 0.1 [Cr] = 0.3
Cuestionario
1. Con base en las longitudes de onda indicadas para las lecturas, ¿qué tipo de celdas pueden utilizarse en esta práctica? Las de plástico debido a que solo utilizaremos longitudes de onda en zona visible. 2. ¿Por qué es necesario leer a dos longitudes de onda diferentes? Para saber cuál es la longitud que más absorbe el Cu2+ y el Co3+ y poder diferenciarlos. 3. ¿Cuál es la finalidad de elaborar curvas de calibración? La finalidad de las curvas de calibración es obtener el coeficiente de extinción molar. 4. ¿Qué representa el valor de R 2 obtenido de la regresión lineal? El R 2 representa la proporción de la varianza total de la variable explicada por la regresión. El R 2, también llamado coeficiente de determinación refleja la bondad del ajuste de un modelo a la variable que pretender explicar. Es importante saber que el resultado del R 2 oscila entre 0 y 1. Cuanto más cerca de 1 se sitúe su valor, mayor será el ajuste del modelo a la variable que estamos intentando explicar. De forma inversa, cuanto más cerca de cero, menos ajustado estará el modelo y, por tanto, menos fiable será. 5. A.J. Mukhedkar y N. V. Deshpande (Anal. Chem., 1963, 35, 47-48) estudiaron la determinación simultánea de cobalto y níquel mediante la formación de sus complejos con 8-quinolinol. El complejo de cobalto absorbe a 365 y 700 nm (ε365 = 3529 M -1cm-1 y ε700 = 428.9 M-1cm-1), mientras que el complejo de níquel absorbe solo a 365 nm (ε365 = 3228 M -1cm-1). Calcule la concentración de níquel y cobalto en una muestra problema que dio las siguientes absorbancias: A365 = 1.352 y A700 = 0.131.
Bibliografía Velázquez E., Rocha F., Sugich R., Salazar A., Santacruz H., (2018), Química Analítica II Manual de Laboratorio, Universidad de Sonora, Unidad Regional Centro, p. 24 - 27.
