RELATÓRIO DE ANÁLISE INSTRUMENTAL
Determinação da concentração de uma solução contendo K 2Cr2O7 e KMnO4 utilizando utilizando a técnica de espectrofotometria
Grupo: Samuel H. Fornari Thiago Pedro Rosini Juliana Aguirre Igor
DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO CONTENDO K 2Cr2O7 E KMnO4 UTILIZANDO A TÉCNICA DE ESPECTROFOTOMETRIA
INTRODUÇÃO Espectrofotometria é uma técnica de determinação de concentração de uma substância pela medida da absorção relativa da luz. O aparelho utilizado para esta análise, denomina-se espectrofotômetro, que usa células fotoelétricas como detector, esta converte a luz (fótons) em corrente elétrica mandando sinais elétricos convertidos em grandezas (transmitância, absorbância) relacionadas com a concentração. A relação entre absorbância e concentração é dada pela lei de Beer-Lambert:
A= . C .l , onde, A é a absorbância,
é a absortividade molar, C a concentração e l a
espessura do meio. O objetivo deste trabalho foi determinar a concentração de dicromato de potássio e permanganato de potássio em uma solução contendo os dois compostos, utilizando a espectrofotometria.
MATERIAIS E MÉTODOS Para a análise da solução problema, partiu-se de soluções de dicromato de potássio e de permanganato de potássio ambas de concentrações conhecidas e iguais a 0,1M e 0,004M respectivamente. Havia ainda uma pequena quantidade de ácido sulfúrico em cada solução (1.5 %). Uma das soluções foi colocada em uma bureta (previamente limpa e rinsada) de onde retiraram-se alíquotas de 2, 4, 6, 8 ml cada, recolhidas em quatro balões volumétricos de 100ml, aos quais foram adicionados 1,5 ml de ácido sulfúrico, medidos em uma proveta, para se manter a concentração original da solução. Os balões volumétricos foram então completados com água destilada. O mesmo procedimento foi adotado para a outra solução. Foi preparada também, uma solução aquosa de ácido sulfúrico 1,5% (branco). As soluções obtidas foram devidamente homogeneizadas e delas foram retiradas pequenas alíquotas que foram colocadas em tubos de Nessler. Com o objetivo de se obter a absorbância das amostras de permanganato de potássio e de dicromato de potássio, foi tomada a amostra mais concentrada de cada uma delas. Para essa amostra fez-se a análise da absorbância em função do comprimento de
onda para uma faixa de comprimento de onda entre 400 e 700 nm, variando de 10 em 10 unidades, utilizando um espectrofotômetro 600 – FEMTO, para cada comprimento de onda mediu-se a absorbância do branco, o espectrofotômetro, era zerado, e só em seguida a absorbância da solução dos compostos foi medida. Após obtidos os valores do espectro pegaram-se os respectivos valores do comprimento de onda, onde se obteve a maior absorbância para cada solução, a esse valor foi atribuído a denominação de comprimento de onda ótimo. Com os valores dos comprimentos de onda ótimos de ambas as soluções, pode-se analisar a absorbância para as diversas concentrações das soluções preparadas, em cada solução usaram-se os dois valores dos comprimentos de onda ótimos, e a metodologia de análise foi a mesma da etapa de varredura, porém agora com comprimento de onda fixo. A última etapa do processo foi medir a absorbância da solução problema contendo uma mistura dos dois compostos, mediu-se nos dois comprimentos de onda ótimo, e sempre utilizando a solução branca para zerar o espectrofotômetro.
RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos na varredura, para determinar qual o comprimento de onda ótimo para posteriores medidas de concentração estão apresentados na Figura 1 a seguir O valor do comprimento de onda característico de cada elemento ( λ ótimo) fica no ponto de máximo, isto é, o comprimento de onda onde se obtém o maior valor de absorbância, isto se dá por duas razões, ele representa a região em que há a maior diferença na absorbância entre duas diferentes concentrações, o que permite a sensibilidade máxima para as concentrações estudadas, e como ele é o ponto em que a curva muda de direção, dá a menor alteração no valor de absorbância, para uma leve variação de comprimento de onda. Para o K 2Cr 2O7 o comprimento de onda ótimo foi 440 nm este resultado se mostra satisfatório quando comparado com a literatura. No caso do KMnO 4 os comprimentos de onda que apresentam maior absorbância ficam entre 520 e 540 nm, a literatura reporta comprimento de onda ótimo 545 nm, isso vem confirmar a coerência dos resultados obtidos experimentalmente. O valor adotado como ótimo no experimento foi 520 nm.
a)
K2Cr 2O7
0.7 0.6 ) A ( a i c n â b r o s b A
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 400
450
500
550
600
650
700
Comprimento de onda ( )
b) 0.16
KMnO4
0.14 0.12 0.10
) A ( 0.08 a i c n â 0.06 b r o s 0.04 b A
0.02 0.00
-0.02 400
450
500
550
600
650
700
Comprimento de onda ( )
Figura 1- Curva comprimento de onda X absorbância, obtida durante a etapa de varredura. a) K 2Cr 2O7, e b) KMnO4
Percebe-se uma grande diferença no espectro de absorção das duas substâncias, o dicromato absorve fortemente a 440 nm e fracamente a 520 nm, o contrário acontece com o permanganato, isso é um ponto positivo, favorece a determinação da concentração de uma substância contendo dois compostos diferentes pela espectrofotometria. Os valores de absorbância encontrados para cada uma das soluções, tanto do K 2Cr 2O7 e do KMnO4 nas diversas concentrações, nos dois comprimentos de ondas ótimos estão apresentados nas Tabelas 1 e 2 abaixo:
Tabela 1- Valores de absorbância no dois comprimentos de onda para as diversas soluções preparadas de K 2Cr 2O7 de concentrações conhecidas.
Concentração molar do K 2Cr2O7 0.002 M 0.004 M 0.006 M 0.008 M
440 nm 0,138 0,279 0,396 0,568
520 nm 0,003 0,008 0,030 0,046
Tabela 2- Valores de absorbância no dois comprimentos de onda para as diversas soluções preparadas de KMnO 4 de concentrações conhecidas.
Concentração molar do KMnO 4 0,00008 0,00016 0,00024 0,00032
440 nm -0,014 -0,017 -0,015 -0,011
520 nm 0,019 0,064 0,091 0,144
Em posse destes valores é possível construir a curva de calibração de cada composto nos dois comprimentos de onda, as Figuras 2 e 3 trazem estas curvas.
K2Cr 2O7
0,6
= 440 nm
0,5 ) A ( a 0,4 i c n â b r o s 0,3 b A
0,2
2
r = 0,997 = 70,95
0,1 0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
Concentração (M)
a)
0.05
K2Cr O
= 520 nm
0.04
) A ( 0.03 a i c n â b r o 0.02 s b A
0.01
2
r = 0,97 = 7,55 0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
Concentração (M)
b) Figura 2 – Curva de calibração do K 2Cr 2O7 nos dois comprimentos de onda distintos, a) 440 nm e b) 520 nm.
KMnO4
-0.011
= 440 nm
-0.012
) -0.013 A ( a i c -0.014 n â b r o s -0.015 b A
-0.016
-0.017 0.00005
0.00010
0.00015
0.00020
0.00025
0.00030
0.00035
Concentração (M)
a) KMnO4
0.14
= 520 nm
0.12
) 0.10 A ( a i c 0.08 n â b r o s 0.06 b A
0.04 2
r = 0,993 = 506,25
0.02 0.00010
0.00015
0.00020
0.00025
0.00030
0.00035
Concentração (M)
b)
Figura 3 – Curva de calibração do KMnO 4 nos dois comprimentos de onda distintos, a) 440 nm e b) 520 nm.
Sabendo-se que a Lei de Beer-Lambert é: A =l. .C, esta é uma equação do tipo y
= a. x, se a Lei de Beer for obedecida, isto é, a curva de calibração de forma linear, podese obter o valor de l. , que é a inclinação da reta, como l é igual a 1 cm (espessura da cela), a inclinação representa a absortividade molar ( ), os valores estão apresentados nos respectivos gráficos. A curva de calibração mostradas nas Figuras 1-a e 1-b e 2-b obedecem a Lei de Beer, se mostram na forma linear, estas permitem o cálculo da absortividade molar, já a curva da Figura 2-b não apresenta forma linear, isso porque a absorção do KMnO 4 no comprimento de onda 440 é muito pequena e o espectrofotômetro já não tem sensibilidade para fornecer os valores corretos, assim a absorção do permanganato neste comprimento onda pode ser considerada zero. Os resultados da absorbância da solução contendo os dois compostos nos dois comprimentos de onda foram:
440 nm → 0,22 520 nm → 0,025
Tendo todos estes resultados, pode-se facilmente calcular o valor das concentrações do K 2Cr 2O7 e do KMnO4 contidos na solução problema. ACr,440 = εCr . CCr .l ACr,520 = εCr . CCr .l AMn,440 = εMn . CMn .l AMn,520 = εMn . CMn .l Para a espessura do meio igual a 1 cm:
A Cr,440 = εCr . CCr ACr,520 = εCr . CCr AMn,440 = εMn . CMn AMn,520 = εMn . CMn
Como não há reação entre os componentes da solução, a absorbância é acumulativa, desta maneira temos: A440 = ACr,440 + AMn,440 A520 = ACr,520 + AMn,520 0,22 = εCr,440 . CCr + εMn,440 . CMn
0 (Eq. 1)
0,025 = εCr,520 . CCr + εMn,520 . CMn Da equação 1 para
Cr,440
(Eq. 2)
= 70,95, encontra-se o valor da concentração do dicromato de
potássio: CCr = 0,22 / 70,95 CCr = 3,10 . 10 -3 M Substituindo a equação 1 em 2 para
Cr,520
= 7,55 e
Mn,520
= 506,25 temos:
0,025 = 7,55 . 3,10 . 10 -3 + 506,25 . CMn 0,025 = 0,023 + 506,25 . C Mn CMn = (0,025 – 0,023) / 506,25 CMn = 3,95 . 10-6 M Assim as concentrações de dicromato de potássio e permanganato de potássio contidos na solução problema são:
CCr = 3,10 . 10-3 M CMn = 3,95 . 10 -6 M
CONCLUSÃO Conclui-se que a técnica espectrofotométrica é excelente na determinação da concentração de uma solução contendo duas ou mais substâncias, desde que os seus comprimentos de ondas considerados ótimos sejam distintos.
BIBLIOGRAFIA VOGEL, A. I. Análise inorgânica quantitativa. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 2 ed, p. 514 - 574, 1981.
