PRÁCTICA N° 7. MÉTODOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS ESPECTROFOTOMÉTRICOS EXPERIMENTO N° 1. DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE HIERRO. OBJETIVO: Aplicar la Ley Lambert-Beer para determinar la concentración de hierro empleando el método espectrofotométrico del 1,10 fenantrolina. La ley de Lambert-Beer es la base cuantitativa para los métodos espectrofotométricos basados en medidas de absorbancia (A), ya que establece una relación lineal entre ésta y la concentración(C) de sustancia cuando la trayectoria (b) permanece constante. De modo que mediante la construcción de una curva de calibrado obtenida por el ajuste lineal de las medidas de la A obtenidas con disoluciones patrón del analito, se puede determinar la concentración del analito en muestras problemas, sólo interpolando el valor de la absorbancia de la muestra. mu estra. 2+
El Fe
reacciona con la 1,10 fenantrolina y forma el complejo Fe (O – fen) fen) 32 de color rojo
anaranjado. La intensidad del color de este este complejo es independiente de la acidez acidez de la disolución entre valores de pH de 3 y 9. Sin embargo, debido a que la velocidad de formación del complejo es mayor en medio ácido, la reacción suele efectuarse a pH entre 3,0 y 3,5. El método requiere que el +3 Fe presente en las muestras se deba reducir previamente con hidroxilamina antes de añadir la O – fenantrolina. Los interferentes más importantes son los agentes oxidantes fuertes, los polifosfato y 2+ 2+ 2+ 2+ los iones metálicos como Cu , Zn , Ni y Cd . La ley de Beer se cumple para concentraciones de hierro entre 0.2 a 4.0 ppm.
N
N
3
Fe N
2+
Fe
2+
N
3
PREPARACIÓN DE LA CURVA DE CALIBRACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL HIERRO PRESENTE EN LAS MUESTRAS. Se mide el porcentaje de transmitancia (%T) de cada solución patrón y de las muestras, a 510 nm, que es la longitud de onda de máxima absorción (ver espectro de absorción del complejo). Para mantener constante la trayectoria (b) se usa la misma celda para realizar todas las mediciones de absorbancia, lo que hace necesario enjuagarla cada vez antes de usarla con una porción de la solución que va a medirse. Se efectúan mediciones por duplicado con una solución dada, para lo cual se vaciará el tubo de muestra y se volverá a llenar con una porción nueva de la solución de análisis. Las soluciones patrón se medirán de menor a mayor concentración. Con los datos obtenidos de las cuatro soluciones patrón y el blanco, se prepara una gráfica de calibrado de absorbancia en función de la concentración (mg/L) del hierro. Seguidamente a partir de la absorbancia medida de cada una de la solución problema y la gráfica de calibrado, se determinará la concentración del hierro en las soluciones desconocidas. La concentración desconocida también puede obtenerse a partir de la ecuación de la línea recta obtenida por el método de mínimos cuadrados.
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Espectro de absorción visible del complejo Fe(o-fenantrolina) 32+ 0.8 a i 0.6 c n a b 0.4 r o s b A0.2
0 380
430
480
530
580
630
680
Longitud de onda (nm)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL I Preparación de las soluciones patrones del complejo. 1. A partir de una solución madre de hierro +3 de 1000 ppm, calcule el volumen necesario para preparar 50 mL de una solución de 100 ppm en hierro +3 (Solución ácida). 2. Mida este volumen con una pipeta volumétrica y trasváselo a un balón aforado de 50 mL y enrase con agua destilada hasta la línea de aforo. 3. Calcule el volumen necesario, de la solución de concentración 100 ppm en hierro, para a preparar por dilución 100 mL de cada solución patrón con las siguientes concentraciones: 1,0; 2,0; 3,0 y 4,0 ppm. 4. Mida los volúmenes con pipetas volumétricas y viértalos en cuatro balones aforados de 100 mL. 5. A continuación siguiendo estrictamente el orden, agregue a cada balón 1,0 mL de cloruro de hidroxilamina al 10 % p/v, 10,0 mL de solución de acetato de sodio (NaOAc) 2,0 M y 10,0 mL de solución 1,10 Fenantrolina y diluya con agua destilada hasta la línea de aforo. Agite bien cada uno de los patrones y deje transcurrir 10 minutos para que se desarrolle el color rojo anaranjado. 6. Prepare el bl anco en un balón aforado de 100 mL, adicione al balón aproximadamente 20 mL de agua destilada, 1,0 mL de cloruro de hidroxilamina, 10,0 mL de solución de NaOAc 2,0 M y 10,0 mL de solución 1,10 Fenantrolina y enrase con agua destilada hasta la línea de aforo. Agite bien la mezcla.
II. Preparación del complejo empleando: a) Muestra de alambre dulce comercial. El Auxiliar Docente preparará con anterioridad la disolución de la muestra de alambre dulce de la siguiente forma: Colocará aproximadamente 1,00 g de muestra de alambre dulce comercial en un beaker de 100 mL y lo disolverá químicamente al añadir 10 mL de HCl (1:1). Luego dentro de la campana, calentará en una plancha para disolución total de la muestra de alambre. Enfriará y diluirá con agua destilada hasta 100 mL. La muestra del alambre dulce disuelto, se les entregará al estudiante para que realicé la preparación del complejo hierro-1,10 fenantrolina y se les indicará en la etiqueta cuanto peso exacto del alambre fue disuelto y en que volumen.
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Estudiante: Para formar el complejo con la muestra de Alambre dulce, Mida 1,0 mL de la solución anterior y diluya hasta 100 mL con agua destilada. Luego tome dos alícuotas de 3 ml de la solución resultante y viértalos en balones aforados de 100 mL, adicione a cada alícuota. 1,0 mL de cloruro de hidroxilamina, 10,0 mL de solución de NaOAc 2,0 M y 10,0 mL de solución 1,10 Fenantrolina y diluya con agua destilada hasta la línea de aforo. Agite y deje transcurrir 10 minutos.
b) Muestra Sintética (muestra acuosa artificial) Estudiante: Para formar el complejo con la muestra sintética, tome dos alícuota de 10 mL de la muestra sintética de Hierro, viérta cada una en un balón aforado de 100 mL, a continuación agregue 1,0 mL de cloruro de hidroxilamina al 10 % p/v, 10,0 mL de solución de acetato de sodio (NaOAc) 2,0 M y 10,0 mL de solución 1,10 Fenantrolina, diluya con agua destilada hasta la línea de aforo. Agite y deje transcurrir 10 minutos.
Obtención del % T y Absorbancia en el Spectronic 20. 1. Formar el complejo Fe-1,10 Fenantrolina en las soluciones patrón, el blanco y las muestras. 2. Una vez seleccionada la longitud de onda de trabajo (510 nm) ajuste el equipo a 0% T , luego con el blanco ajuste a 100% T. 3. Proceda a leer el porcentaje de Transmitancia a cada una de las soluciones patrón y muestras. Obtenga la Absorbancia respectiva aplicando la ecuación A= 2 - log %T. Concentración de 3+ Fe (mg/L)
Muestra Muestra Muestra Muestra 0
%T
100
Absorbancia
0
1
2
3
4
Alambre 1
Alambre 2
Sintética 1
Sintética 2
NOTA 1 : Si el valor de la Absorbancia de alguna muestra, es menor o mayor que la de todos los patrones, repita nuevamente todo el proceso para la muestra empleando otro factor de dilución.
Actividades a Desarrollar 1) Grafique en Excel la absorbancia de cada patrón vs concentración de hierro y aplicando el método de mínimos cuadrados encuentre la ecuación de la línea recta. Recuerde incluir el dato Concentración =0, A=0. 2) A partir de la representación gráfica obtenida determine la pendiente y el coeficiente de absortividad (a) sabiendo que la longitud de la trayectoria del haz de radiación (b) es 1 cm. 3) Tomando en cuenta el factor de dilución respectivo determine la concentración de hierro (mg/L) en la muestra sintética. 4) Determine el % Fe en la muestra de alambre dulce comercial. 5) Aplicando el test de la t-student a un nivel de significancia de 0,05, compare el valor medio del % de Fe en el alambre obtenido por todos los grupos con el valor aceptado del 100 %.
Preguntas de Desarrollo 1) Explique porque se realizaron la medición de la absorbancia a 510 nm y no a 530 nm. 2+ 2) Explique a qué tipo de transición debe el espectro de absorción del complejo Fe(o-fen)3 . 3) Explique por qué el espectro de absorción del complejo es una banda ancha y no una señal aguda. 3
NOTA 2: Instrucciones generales para el manejo del Spectronic 20. Una vez conectado el equipo a la toma de 110 voltios, mediante un regulador de voltaje, ponga en marcha el instrumento por rotación del amplificador (clavija izquierda en el frente del equipo) y deje que el espectrofotómetro se caliente por uno s minutos.
Por rotación de la clavija del amplificador ajuste la aguja del medidor a 0% de Transmitancia. Introduzca la celda con el blanco en el portamuestra, de tal manera que coincidan las líneas índices de la celda y el portamuestra, y cierre la cubierta del comportamiento del portamuestra.
Ajuste la longitud de onda al valor deseado (510 nm) por rotación del selector de longitudes de onda (parte superior del equipo).
Ajuste el control de la lámpara (clavija de la derecha al frente del equipo) hasta que la aguja del medidor se sitúe en 100 % de Transmitancia. - Retire la celda que contiene el blanco e introduzca la celda con el patrón o la muestra en el portamuestra y lea el % de Transmitancia o la Absorbancia sin hacer ningún otro ajuste.
INVESTIGUE 1. Los siguientes términos: 1. Radiación electromagnética. 2. Radiación monocromática. 3. Espectro electromagnético. 4. Espectrofotómetro. 5. Transmitancia. 6. Absorbancia. 7. Espectro de absorción. 8. Espectro de emisión. 9. Longitud de onda máxima. 10. Rango Visible. 11. Rango Ultra Violeta. 2. Transiciones que ocurren en las zonas de espectro electromagnético: Onda de radio, Microondas, Infrarrojo, Visible, Ultravioleta, Rayos X y Rayos gamma. 3. Ley de Lambert y Beer e indique los factores que ocasionan desviaciones de la Ley. 4. La Propiedad aditiva de la Ley de Lambert y Beer. 5. Explique, con base al tipo de transición que ocurre en los átomos y moléculas, las diferencias en sus espectros de absorción.
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