2.3 Práctica de laboratorio 3 1. Título: Colorimetría por comparación visual 1. •
Objetivo:
Mediante la determinación de la concentración de diferentes disoluciones de sulfato de cobre cobre por el método método
de compa comparac ració ión n visu visual al basado basado en el fenóme fenómeno no de la
absorción de la luz, lograr las siguientes habilidades: -
Describir la instalación experimental. Colorímetro comparador de Duboscq.
-
Medir distancias (paso óptico) con instrumentos de escala vernier.
-
Procesar los datos de las mediciones aplicando el método de propagación
por cota.
-
Reportar el valor de la concentración de cada una de las disoluciones con sus errores absoluto y relativo.
-
Elaborar el informe técnico de la práctica.
-
Exponer y defender el trabajo realizado
3. Materiales: Colorímetro comparador de Duboscq, disoluciones de sulfato de cobre a
diferentes porcientos 4. Resumen teórico y descripción de la práctica:
Se conoce con el nombre de luz la energía radiante radiante capaz de afectar la retina y al igual que las demás radiaciones, consiste en vibraciones electromagnéticas transversales cuya longitud de onda varia entre 400 – 800nm ( zona visible del espectro electromagnético) y resulta una porción porción muy pequeña de la gran extensión extensión que abarca las longitudes longitudes de onda de los distintos tipos de radiaciones conocidas. En la naturaleza existen sustancias coloreadas y incoloras Las coloreadas coloreadas:
son aquellas sustancias que absorben parte de las radiaciones de esta
zona zona del espect espectro ro
visibl visiblee transmi transmitien tiendo do y / o refle reflejan jando do las resta restant ntes, es, ya sean sean
transparentes u opacas Las incoloras incoloras:
no absorben radiaciones del espectro visible
Además Además del método método por compar comparació ación n visual visual ( nuestro nuestro objeto objeto de estudi estudio o ) existen existen métodos más modernos modernos , basados en el registro fotométrico que consiste en determinar la
concentración
concentración
de las disoluci disolucione ones, s, basándos basándosee en la relación relación que existe entre entre la
de la misma y la intensidad de la absorción que ésta presenta para una una
cierta banda banda de longitudes longitudes de onda a temperatura temperatura constante, constante, recuerde recuerde que el poder
absorbente ( a(λ
,T )
)de una sustancia depende de muchos parámetros entre ellos: la
concentración de la sustancia, la longitud de onda de la radiación incidente y de la temperatura . En el caso de disoluciones coloreadas la intensidad del color es proporcional a la concentración. Leyes de la absorción Cuando un haz de radiaciones visibles atraviesa una disolución coloreada contenida en un recipiente ( celda de absorción ) parte de las radiaciones son absorbidas y las restantes atraviesan a disolución. Veamos esto en la siguiente figura
Figura 12: Efecto de un medio líquido o gaseoso sobre el paso de una banda de radiación policromática
En la figura un haz de radiaciones atraviesa la celda de paredes muy delgadas que contiene la disolución y se observa que el rayo emergente ha perdido intensidad, esta perdida se debe a: Pérdidas por reflexión. Ocurridas al pasar de un medio a otro: aire – celda, celda –
disolución, disolución - celda, celda – aire, debido a los diferentes índices de refracción de estos medios. Pérdidas por absorción. principal causante de la disminución de la intensidad, ya
que como en el medio existen moléculas o iones absorbentes , se absorberán aquellas radiaciones cuya energía produzca cambios energéticos en los mismos. Sí las paredes de la celda no fueran pérdidas por absorción.
delgadas, habría que considerar en ellas las
Como la absorción no se puede medir directamente se obtiene a partir de una cantidad determinable: la intensidad, que es energía de una radiación que llega a la unidad de área en un segundo , por tanto a la radiación incidente se le asigna una intensidad I o a las reflejadas Ir , a las absorbidas I a y a las radiaciones trasmitidas It sobre la base que no existen otras pérdidas apreciables se puede plantear la igualdad siguiente como consecuencia del principio de conservación de la energía
I 0 =I a
+I r +I t
en la práctica como se utiliza la misma celda de absorción para una serie de análisis, la intensidad de la luz reflejada es constante , además de ser pequeña , por tanto puede ser despreciada quedando la ecuación anterior de la siguiente forma
I 0 =I a +I t Ioy I t pueden ser determinadas por medida directa, sin embargo Ia no puede ser medida directamente , por tanto debe ser hallada por diferencia. Ley de lambert – Beer Esta ley plantea que :
log
I0 It
=
ε
CL
(11)
planteada de otra forma
I t I 0 10 =
−
ε
CL
donde:
L: espesor ó longitud del paso óptico ( que es el recorrido que va a tener la luz dentro de la disolución C: concentración de la sustancia ε: coeficiente de extinción molar ( si la concentración se expresa en mol / l y el espesor
L en cm) ó absortividad específica ( si la concentación se expresa en g / l y el espesor L en cm ), representandose por a Definición de ε ó a: es la absorción causada por una disolución de concentración de un mol / l ó un g / l respectivamente de la sustancia en cuestión y una longitud de paso óptico de 1cm, el valor de este coeficiente es constante , dependiendo de la longitud de onda de la radiación incidente , de la naturaleza de la sustancia absorbente y de la temperatura de la disolución
log
I0
: se denomina Absorbancia ( A ), extinción ( E ) ó densidad óptica ( DO ) y nos
It
da un índice de la absorción que presenta la sustancia y es proporcional a la concentración de la misma
log
I0
=
It
A ⇒A =ε C L
(12)
Vamos a cambiar la relación entre las intensidades La razón entre I t / I0 se representa por T y se le llama
transmitancia
y nos da l a
relación que existe entre la intensidad que se trasmite y la intensidad incidente . En el caso de que la disolución que se analice no posea ningún centro absorbente, o sea, no haya absorción, la I t será numéricamente igual a I0 por lo que la razón será igual a la unidad, por el contrario si toda la intensidad que incide es absorbida la T es igual a cero ya que no hay intensidad trasmitida de aquí se deduce que T tomará valores entre cero y uno por lo que se prefiere expresar esta relación en tanto por ciento , entonces T tomará valores entre 0- 100 %
T
I t
=
T%
I 0
=
It I0
×10
Relación entre Absorbancia y transmitancia
logT log =
It I0
ε
=−
CL
o sea: −
log T
=
ε
CL
por tanto
A
logT (13)
=−
Colorimetría por comparación visual En los colorímetros visuales se ajusta el espesor ( L ) de la capa absorbente de dos disoluciones, una de concentración desconocida que es el problema y otra que se usa
como patrón , de concentración conocida y del mismo compuesto que se analiza. El espesor se ajusta para obtener la igualdad de intensidades de luz
log log
I0 It I0 It
ε
CP LP
ε
CX LX
=
=
Para igualar la intensidad de luz que trasmiten las dos celdas
se fija ( LP ) de la
disolución conocida y se varía el espesor ( L X ) de al disolución de concentración desconocida hasta lograr ver por el ocular una intensidad uniorme o una zona donde se vea la misma homogéneidad del campo visual . En este momento, puede decirse que los términos de la izquierda de las ecuaciones anteriores son iguales ya que la radiación incidente es la misma, además como las dos disoluciones contienen la misma sustancia puede decirse que la constante ε es la misma por lo que se puede plantear :
CPLP CXLX =
C X
=
C P L P
corolario
L X
de la ley
de Lam be rt
−
Beer
(14 )
Por este método , son posibles errores del 5 al 20 % debido a la incapacidad relativa del ojo humano para comparar intensidades de luz, por lo que en la actualidad se emplean equipos mas precisos donde no sea determinante la apreciación del analista. De ahí que los métodos visuales de colorimetría son métodos subjetivos ya que ellos dependen de la sensibilidad del ojo humano, estos métodos son muy fatigosos cuando se realiza gran número de mediciones , además con ellos el análisis no puede ser automatizado. Esto puede hacerse extensivo a todos los métodos fotométricos, tanto a los fotómetros de filtro como en los espectrofotómetros.
Figura 13: Esquema interno de un colorímetro de Duboscq 1 espejo; 2 y 3 Celdas de absorción ; 4 y 5 Vástagos; 6 y 7 Prismas; 8 y 9 lentes Celdas de absorción o cubetas: tienen que ser de paredes muy delgadas , sin embargo cuando no se necesita calcular los coeficientes de extinción molar ( ε ) se pueden emplear también un tubo de ensayo, expresándose los resultados en curvas de calibración que presentan la variación de la absorbancia ( A ) con la concentración ( C ). Deben utilizarse siempre, e idénticos, en el calibrado y análisis los mismos tubos de ensayos. Las celdas de absorción no deben absorber a las frecuencias que en ellas incide por lo que en el visible ( colorimetría ) se utilizan cubetas de vidrio.
5. Parte experimental
(a) Colocar la disolución patrón en la celda de la derecha del equipo , luego llevar esta a una posición tal que el vástago marque 10 mm en la escala respectiva , esto se logra con el botón correspondiente (b) Colocar la disolución a estudiar ( x ) en la celda izquierda del equipo (c) Encender la lámpara y mover dicha celda hasta lograr que los dos campos visuales tengan igual intensidad, es decir que se logre una homogeneidad del campo visual; esto se logra por el botón correspondiente (d) Mida la longitud del paso óptico por la escala correspondiente a la celda izquierda
(e) Repita el proceso desde los incisos a hasta el c hasta completar 5 mediciones para esa disolución (f) Retire la celda de la izquierda y regrese la muestra al frasco de origen (g) Lleve la celda de agua destilada al portacelda de la izquierda y súbalo hasta una altura mayor que la que alcanzó el líquido y luego seque el vástago con un algodón o papel fino (h) Retire la celda de agua destilada del portacelda (i) Monte otra disolución, teniendo cuidado de que la celda esté limpia y cuando eche la disolución endulzar la celda primero, esto quiere decir echar un poquito de la nueva disolución en la celda, moverla alrededor de las paredes de esta y luego botar el contenido (j) Repita los pasos desde el inciso b en adelante hasta medir todas las muestras (k) Lleve los resultados a una tabla como la siguiente Tabla # 6: Para procesar los pasos ópticos de la disolución x ( debe de hacer una tabla para cada disolución estudiada #
LX
L X - LX
(L X - L X )
2
1 2 . . n suma Valor medio
///////////////
∑=
///////////////
//////////////
6. Procesamiento de datos experimentales Debe contener: •
Tabla para cada una de las disoluciones estudiadas
•
Cálculo de la concentración para cada una de las disoluciones por la ecuación (14 )
•
Reporte la concentración con su error absoluto y relativo porcentual. Para ello consulte las Guías metodológicas 1 y 2 del Folleto de Laboratorio de Física. Elementos de Teoría de Errores
7. Elaboración del informe de la práctica: Elaborar un informe técnico de la práctica
con los elementos que lleva este, presentarlo y discutirlo con el docente en el próximo laboratorio
