Informe 9 Determinación de absortividad molar PDF

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Summary

Elaboración de una gráfica de espectro de absorción que represente la absortividad molar en función de la longitud de onda para el caso del Permanganato de
Potasio (KMnO4) a diferentes concentraciones; en particular de 0.002 M; así

como de 0.0002M....

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA CURSO: QUÍMICA ANALÍTICA – LABORATORIO

INFORME DE LABORATORIO N° 9 TÍTULO:

ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR UV-VIS DETERMINACIÓN DE ABSORTIVIDAD MOLAR Y LONGITUD DE ONDA DE MÁXIMA ABSORBANCIA

GRUPO N° : 4 Apellidos y nombres de integrantes Culqui Durand, Rosa Cristina

Código 20200530

Grados Cadillo, Lucía Shantal

20200539

Yupanqui Ventura, Jhazmin

20200569

Zumaeta Zegarra, Elvia Araceli

20200571

Facultad y especialidad: Industrias Alimentarias - Industrias Alimentarias Horario de práctica (día y hora): Viernes, 2:00pm - 4:00pm Apellidos y nombres del profesor de laboratorio: Mariella Cortez Caillahua Fecha de la práctica: 17/09/2021 Fecha de entrega del informe: 24/09/2021

LA MOLINA - LIMA – PERÚ

Química Analítica – Laboratorio.

1

ÍNDICE GENERAL I.

INTRODUCCIÓN..…………………………………………………………………………...3 1.1 Justificación…...……………………………………………………………………….…3 1.2 Objetivos…...……………………………………………………………………………..3 1.2.1 Objetivos generales……………………………………………………………….…..3 1.2.2 Objetivos específicos………………………………………………………………....4 1.3 Hipótesis…...……………………………………………………………………………..4

II.

REVISIÓN DE LA LITERATURA…...……………………………………………………..4 2.1 Técnicas de espectroscopía.…...……………………………………………………...4 2.2 Ley de Lambert y Beer…...………………………………………………………….....5 2.3 Curva de calibración…………………………………...……………………................6

III.

MATERIALES Y MÉTODOS......……………………………………………………………7 3.1 Materiales.……………………………………………………………………………......7 3.1.1 Materiales y equipos...……………………………………………………………..8 3.1.2 Reactivos.……………………………………………………………………...……8 3.2 Métodos………....……………………………………………………………..…….…..8

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN...…………………………………………………………...9 4.1 Resultados………………………………………………………………………………..9 4.2 Discusiones de resultados..…………………………………………………………...12

V.

CONCLUSIONES…………………………………………………………………………..15

VI.

RECOMENDACIONES…………………………………………………………………….16

VII.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………………..17

VIII.

ANEXOS……………………………………………………………………………………..18

IX.

CUESTIONARIO……………………………………………………………………………20

Química Analítica – Laboratorio.

2

I.INTRODUCCIÓN La espectrofotometría de absorción molecular U-V constituye un método de análisis con aplicabilidad predominante, dado que propicia la determinación de la concentración de un compuesto en solución, en este sentido debe señalarse que se encuentra fundamento en que las moléculas absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la concentración. Por tanto, para la ejecución de este tipo de medidas resulta imprescindible hacer uso de un espectrofotómetro, en el cual se puede seleccionar la longitud de onda de la luz que pasa por una solución y por defecto medir la cantidad de luz absorbida por la misma. 1.1 Justificación Evaluado desde un enfoque absolutista, la relevancia que ha adquirido la química analítica de procesos a todos los niveles en la continuación del tiempo es de gran percepción, por defecto los conceptos y campos que involucren la misma también poseen carácter sustancial. En este sentido, el presente informe desarrolla los planteamientos en plano teórico como experimental de la espectrofotometría de absorción

molecular,

el

cual

constituye

desde

un

enfoque

polifacético

conceptualizaciones críticas que incluye avances de imprescindibilidad en términos de calidad, nivel de especialización, así como mejora del rendimiento en los diferentes ámbitos. En particular, en la industria de alimentos se emplea esta técnica para compuestos que tengan grupos cromóforos, por tanto es factible la determinación así como la cuantificación de pigmentos. Además debe señalarse que constituye una técnica rutinaria en los laboratorios que trabajan con productos oleaginosos, tales como el aceite de oliva con la finalidad de controlar diversas adulteraciones que puedan surgir en el proceso de elaboración de dicho producto. Las generalizaciones anteriores nos permiten ratificar la importancia de la presente práctica, dado que emplea conceptos de gran relevancia en nuestro sector de desempeño; así como en otros ámbitos, por lo cual tener el discernimiento adecuado de la parte teórica como experimental del informe en cuestión nos faculta relacionarlo con nuestra carrera; así como promueve la indagación sobre las diversidad aplicativa que posee el tema tratado. 1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo general ●

Construir una curva de calibración espectrofotométrica.

1.2.2. Objetivos específicos

Química Analítica – Laboratorio.

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●

Elaborar una gráfica de espectro de absorción que represente la absortividad molar en función de la longitud de onda para el caso del Permanganato de Potasio (KMnO4 ) a diferentes concentraciones; en particular de 0.002 M; así como de 0.0002M.

●

Construir

la

curva

de calibración espectrofotométrica a partir de las

concentraciones estándar de los 5 solutos y sus respectivas absorbancias. ●

Determinar la concentración de la muestra a partir de la ecuación de recta de la curva de calibración espectrofotométrica, así como del dato proporcionado de la muestra.

1.3 Hipótesis ●

Si la absorción posee una relación directamente proporcional con la concentración de una sustancia absorbente entonces la curva de calibración espectrofotométrica debe denotar una pendiente de tendencia lineal.

II.REVISIÓN LITERARIA 2.1 Técnicas de espectroscopía La espectroscopía se encarga del estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, en la cual la radiación el primer término en mención(radiación electromagnética) puede comportarse como onda o como partícula; no obstante, no se ha llevado a cabo una percepción visual patente de ningún fenómeno físico en el que ambos comportamientos

actúen de modo simultáneo. Ahora bien,

cuando se comporta como onda, ésta conformado por un campo magnético y otro eléctrico que oscilan de manera perpendicular y se propagan a la velocidad de la luz. Además debe señalarse que el espectro electromagnético clasifica las diferentes radiaciones acorde con su longitud de onda o frecuencia. A modo de enfatizar el concepto se debe indicar que las ondas de radio son las que poseen mayor longitud de onda y por defecto menor frecuencia; por el contrario, los rayos gamma representan la radiación de menor longitud de onda y por ende, mayor frecuencia. Particularmente, la radiación visible-ultravioleta posee una energía idónea en el enfoque de la producción de transiciones de electrones moleculares a niveles de energía superior, denominada por tanto espectroscopía UV, siendo de utilidad primordial en la determinación de moléculas con insaturaciones. (Fernandez, 2014 ).

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Figura 1. Zonas del espectro electromagnético. Fuente: Fernandez, 2014 2.2 Ley de Lambert y Beer En lo esencial, si se tiene en consideración un haz de radiación monocromática de intensidad Io que atraviesa un recipiente de espesor b , el cual contiene una especie absorbente de concentración C, se generará por defecto un decrecimiento de la intensidad del haz(l) por efecto de la interacción entre los fotones así como la especie absorbente(ver ig.2). (Alonso et al, 2009).

Figura 2. Atenuación de la radiación al pasar por un medio absorbente. Fuente: Alonso et al, 2009 La atenuación de la radiación conforme pasa ésta por intermedio de un sistema absorbente resulta viable la descripción de modo cuantitativo a través de dos términos con disimilitudes; no obstante, se encuentran vinculados entre sí; las generalizaciones anteriores hacen referencia a transmitancia y absorbancia. En este sentido, la transmitancia(T) hace referencia a la fracción de radiación incidente que atraviesa la muestra y que además toma valores entre 0 y 1. (Alonso et al, 2009). Por su parte, la

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absorbancia(A) se encuentra definida como el logaritmo decimal del cociente entre la potencia radiante espectral de la luz transmitida a través de la referencia y la de la luz transmitida mediante la muestra. (Bourdelande, 1996). Ahora bien, la ley de Lambert y Beer fue formulada por primera vez en 1729 por Bouguer en y reenunciada por Lambert en 1768. Por lo general, es designada con el nombre de Ley de Lambert. (Brown & Sallee, 1967). En definitiva, la ley en mención representa una ecuación esencial en los métodos espectrofotométricos de análisis, dado que faculta la determinación de la concentración de una sustancia a partir de la radiación absorbida por una disolución de la misma. Por lo general, A=a x b x C; en la ecuación expresada a representa la absortividad, b por su parte la trayectoria del haz incidente, el cual usualmente es 1 cm, y la concentración de la disolución viene dado por C. La absortividad representa la constante que vincula la absorbancia con la concentración de la especie absorbente y sus unidades dependen de las unidades empleadas para la concentración. Es por ello que cuando C se encuentra expresado en mol/L, la absortividad es denominada absortividad molar, la cual se simboliza por y por defecto tendrá unidades de L/mol.cm. Asimismo debe señalarse que la absortividad es característica de cada sustancia y depende de la temperatura así como del disolvente; es posible calcular de modo experimental por lo general en el máximo de absorción, la absortividad a una longitud de onda determinada. En este sentido, se debe representar la concentración molar de diversas disoluciones patrón de dicha sustancia en función de sus valores de absorbancia respectivos. (Alonso et al, 2009). 2.3 Curva de calibración Por lo general, si se realiza diluciones sucesivas de una sustancia coloreada y particularmente de cada dilución es factible medir el valor de absorbancia a una longitud de onda idónea, esto se logra mediante la expresión gráfica de estos valores(A vs ) mediante una curva de calibración de la sustancia, es por ello que a partir de este tipo de gráfica es viable conocer la concentración de una muestra determinada; para lo cual, se mide su absorbancia a la misma longitud de onda, y, en base de este valor, se interpola la concentración.(Mora, 2006). Además debe señalarse que para la calibración se emplea la ecuación esencial de espectrofotometría y después del ensayo de un estándar se determina mediante una regla de tres básica, en terminologías asequibles, se realiza una similitud entre las concentraciones y absorbancias de estándar y muestra problema respectivamente. Dentro de este mismo orden de ideas, para el caso de reactivos estables así como de sistemas fotométricos de la misma calidad, el factor de calibración puede mantenerse constante siendo necesario de este modo solamente ensayar las muestras problemas, por tanto, se debe multiplicar la absorbancia resultante

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por el factor de calibración con la finalidad de conocer la concentración. Por otra parte, constituye características de imprescindibilidad indicar que cualquier variación en las condiciones de trabajo, expresado en términos precisos, ajustes del espectrofotómetro, reactivos, y demás, requiere el cálculo de un nuevo factor de calibración. (Palacio & Martínez, 2008).

Figura 3. Interpolación de la concentración de una muestra en la curva de calibración de una sustancia. Fuente: Mora, 2006 III.MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. Materiales 3.1.2 Reactivos

Figura 4. Reactivos de laboratorio. Fuente: Elaboración propia

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3.1.1 Materiales y equipos

Figura 5. Materiales y equipos de laboratorio. Fuente: Elaboración propia 3.2. Métodos

Figura 6. Procedimiento para preparar la muestra patrón. Fuente: Elaboración propia,

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Figura 7. Medida de absorbancia y longitud de onda máxima. Fuente: Elaboración propia

Figura 8. Medida de absorbancia y concentración para la curva de calibración. Fuente: Elaboración propia IV.RESULTADOS Y DISCUSIONES 4.1 Resultados TABLA N°1. Absortividad molar (Є) cm-1.mol-1.L de la sustancia 1 KMnO4 (0.002M)

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λ (nm)

Absorbancia

A.Molar (Є) cm-1.mol-1.L

380

0.1

50

400

0.023

11.5

410

0.009

4.5

420

0.006

3

430

0.007

3.5

440

0.013

6.5

450

0.03

15

460

0.05

25

470

0.091

45.5

480

0.129

64.5

490

0.202

101

500

0.266

133

510

0.342

171

520

0.392

196

530

0.44

220

540

0.4

200

550

0.403

201.5

560

0.261

130.5

570

0.24

120

580

0.124

62

590

0.055

27.5

600

0.042

21

610

0.036

18

620

0.033

16.5

630

0.03

15

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10

640

0.028

14

650

0.024

12

660

0.02

10

670

0.016

8

680

0.013

6.5

690

0.01

5

700

0.007

3.5 Fuente: Elaboración propia, 2021

Figura 9. Longitud de onda vs absortividad molar Fuente: Elaboración propia, 2021 TABLA N°2. Absortividad molar (Є) cm-1.mol-1.L de la sustancia 2 KMnO4 (2x10-4 M)

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Fuente: Elaboración propia, 2021

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Figura 10. Longitud de onda vs absortividad molar Fuente: Elaboración propia, 2021 TABLA N°3. Datos para la curva de calibración

Sol. Madre KMnO4 (0.02 M) Concentración: 1100 mgMn/L

Sustancia

Longitud onda de máx. absorb λmax

530 nanómetros, nm 220 cm-1.mol-1.L

Absortividad molar máxima Єmax Longitud del lado/diámetro de cubeta

1 cm

ppm Mn St0

St1

St2

St3

St4

St5

Concentración estándar (X)

0

2

4

6

8

10

4.97

Concentración de solución intermedia

0

10

20

30

40

50

-

0

5227 ul

5455 ul

5682 ul

5900 ul

6136 ul

-

0

0.076

0.163

0.328

0.441

0.590

0.264

100

68.71

68.71

46.99

36.22

25.70

-

Volumen de la alícuota (µL)

Muestra

Absorbancia(Y)

Transmitancia Fuente: Elaboración propia, 2021 TABLA N°4. Ecuación lineal de ppm Mn vs absorbancia ppm Mn

Absorbancia

0

0

2

0.076

4

0.163

6

0.328

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8

0.441

10

0.59 Fuente: Elaboración propia, 2021

Figura 11. Curva de calibración Fuente: Elaboración propia, 2021 4.2. Discusiones de resultados ●

En la Tabla N°1 y Tabla N°2, de acuerdo con la ley de Lambert Beer, puesto que la absorbancia es una cantidad adimensional, la absortividad (Є) debe tener unidades que cancelen las unidades de concentración (mol/L) y longitud de la trayectoria del medio absorbente (cm). Por tanto, sus unidades serán cm-1.mol-1.L y se conocerá como la absortividad molar (Skoog, West, Holler y Crouch, 2015).

●

Camelino Minchiotti, Bariles, Padilla & Colazo (2018) refieren que la absortividad molar es característica de cada elemento cromóforo, asimismo que la Ley de Lambert Beer expresada, como: A = Єbc; cumple para soluciones diluidas. Además se aprecia que en la Figura N°9 entre la longitud de onda 540 y 550 nm existe una pequeña desviación; sin embargo en la Figura N°10 las desviaciones son casi mínimas. Esto porque al aumentar la concentración las moléculas en solución también incrementan, por lo cual los fenómenos de interferencia y dispersión tienen mayor efecto (Camelino et al., 2018).

●

En la Figura N°9 y Figura N°10, a pesar de tener concentraciones conocidas diferentes de Mn en ambas se alcanza para la máxima absorbancia molar el mismo valor de longitud de onda medida. A esta longitud se le denomina longitud de onda de máxima absorbancia. Para la preparación de una serie de 5 soluciones de concentración conocida de Mn y de la muestra problema se midió la absorbancia a la

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longitud de onda máxima de absorbancia cuyo valor es de 530 nm. Brunatti & Martín (2010) mencionan que se elige está longitud de onda, ya que el error de medición es mínimo y la sensibilidad máxima. Incluso, Skoog et al. (2015) acota que las absortividades molares altas son preferibles para los análisis cuantitativos, ya que conducen una alta sensibilidad analítica. ●

Saavedra & Sutton (2013) afirma: Para aplicar la ley de Beer el medio debe ser homogéneo e isótropo, o sea que la potencia radiante que lo atraviesa, experimenta una progresiva y constante disminución de su valor, en el sentido de la radiación incidente y a lo largo de su trayectoria a través de dicho medio absorbente. (p. 5) Entonces, con los datos brindados de la Tabla N°3 se verifica el cumplimiento de la ley de Lambert Beer. Para ello, se grafica la absorción en función de la concentración (ppm), lo cual se obtiene una relación directamente proporcional de acuerdo a la ecuación de la ley. La Figura 11 representa la curva de calibración, para lo cual la absorbancia fue medida con una longitud de onda de 530 nm. La pendiente presenta ciertas desviaciones, ya que la R2 es equivalente a 0,9856 por lo que se asume que es debido a algunos factores; sin embargo la recta cumple con pasar por el origen de los ejes cartesianos (Brunatti & Martín, 2010). La desviación inicialmente en la Figura N°11, pudo suceder por factores como la temperatura, pH y entre otros; pero para obtener la linealidad se puede eliminar ese valor. Por último, la porción casi final de la Figura N°8 sus desviaciones suelen ocurrir debido a las concentraciones mayores. Por lo general, para aquellas que tiene mayor que 0.01 M (Skoog et al., 2015). Por esta razón, se ve afectad...