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Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

“Práctica 13. Análisis cualitativo y cuantitativo de uno y multicomponentes de compuestos orgánicos e inorgánicos mediante espectrofotometría visible”

Materia: Métodos cuantitativos

Grupo: 2LM3

Profesores:

Ascencio Rasgado Velia Palmira Guerrero Pacheco Adriana

Integrantes: Avila Rincon Raul Isai Albarran Medina David Gustavo Cruz Castro Jesús Alejandro Jiménez Marín Thomas Bryan

Fecha: 20/ Octubre/ 2021

Objetivos a) Obtener el espectro de absorción del verde de bromocresol y el espectro de absorción del anaranjado de metilo. b) Determinar la longitud de onda de máxima absorción del verde de bromocresol y del anaranjado de metilo. c)Trazar la curva de calibración del verde de bromocresol y del anaranjado de metilo. d) Determinar el coeficiente de absortividad molar, , del verde de bromocresol y del anaranjado de metilo. e) Realizar un análisis cuantitativo para determinar la concentración de verde de bromocresol y anaranjado de metilo cuando estos componentes forman parte de una muestra problema.

Introducción La espectrofotometría estudia los fenómenos de interacción de la luz con la materia, y es una técnica empleada cuando se requieren mediciones cuantitativas y análisis de espectros de luz específicos. Los métodos de análisis químico de espectroscopía se fundamentan en medir la cantidad de radiación que es producida o absorbida por las especies moleculares o atómicas. El espectro de absorción, es aquel que presenta una secuencia de frecuencias, en un intervalo relativamente ancho, correspondientes a los fotones absorbidos por una sustancia, generalmente representando el coeficiente de absorción en función de la frecuencia o longitud de onda, y el espectro de emisión que es el que presenta una secuencia de frecuencias, en un intervalo relativamente ancho, correspondientes a los fotones emitidos por una fuente, generalmente representando la potencia radiante emitida en función de la frecuencia o longitud de onda.

La radiación electromagnética son ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio a velocidades muy altas, y se considera que transmiten fotones o cuantos, que son paquetes de energía o de partícula. El espectro electromagnético es aquel rango (amplio) de todas las longitudes de onda o frecuencias de radiación electromagnética posible, que se divide en intervalos con denominaciones específicas y características más o menos comunes. Está formado por regiones, dichas regiones son cada una de las partes en las que se divide, son rayos gamma, rayos X, rayos UV, rayos infrarrojos, microondas y radiofrecuencias. La ley de Beer se trata de un medio o método matemático, el cual es utilizado para expresar de qué modo la materia absorbe la luz. En óptica, La ley de Beer afirma que la totalidad de luz que emana de una muestra puede disminuir debido a tres fenómenos de la física, que serían los siguientes: 1. El número de materiales de absorción en su trayectoria, lo cual se denomina concentración 2. Las distancias que la luz debe atravesar a través de las muestra. Denominamos a este fenómeno, distancia del trayecto óptico 3. Las probabilidades que hay de que el fotón de esa amplitud particular de onda pueda absorberse por el material. Esto es la absorbencia o también coeficiente de extinción. A medida que la luz atraviesa un medio que la absorbe, la cantidad de luz absorbida en cualquier volumen corresponde a la intensidad de luz que incide, luego se multiplica por el coeficiente de la absorción. (Arenas, 2004).

Desarrollo Experimental

Obtención del espectro de Absorción

RESULTADOS Tabla1. Resultados experimentales del espectro de absorción del verde de bromocresol. Verde de bromocresol Absorbancia (Adimensional)

400 402 404 406 408 410 412 414 416 418 420 422 424 426 428 430 432 434 436 438 440 442 444 446 448 450 452 454 456 458 460 462 464 466 468 470 472 474

0.482 0.499 0.514 0.531 0.547 0.564 0.579 0.597 0.611 0.627 0.641 0.654 0.664 0.676 0.687 0.696 0.705 0.711 0.717 0.721 0.723 0.724 0.724 0.722 0.719 0.715 0.709 0.701 0.693 0.682 0.671 0.661 0.648 0.632 0.617 0.602 0.584 0.566

Verde de bromocresol Longitud de onda (λ) (nm)

Absorbancia (Adimensional)

476 478 480 482 484 486 488 490 492 494 496 498 500

0.548 0.529 0.508 0.486 0.472 0.455 0.436 0.418 0.4 0.38 0.361 0.343 0.324

Gráfica 1.- Espectro de absorción de la solución del verde de bromocresol

Verde de bromocresol 0.8

Abosorvancia (adimensional)

Longitud de onda (λ) (nm)

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 350

400

450

Longitud de onda (nm)

500

550

Tabla2. Resultados experimentales del espectro de absorción del anaranjado de metilo Anaranjado de Metilo Absorbancia (Adimensional)

460 463 466 469 472 475 478 481 484 487 490 493 496 499 502 505 508 511 514 517 520 523 526 529 532 535 538 541 544 547 550 553 556 559

0.671 0.731 0.807 0.875 0.945 1.016 1.084 1.168 1.22 1.269 1.34 1.39 1.452 1.501 1.54 1.563 1.572 1.565 1.552 1.53 1.506 1.483 1.461 1.438 1.407 1.362 1.298 1.216 1.126 1.002 0.869 0.732 0.603 0.484

Gráfica 2.- Espectro de absorción de la solución del Anaranjado de metilo

1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

Anaranjado de metilo Abosrvancia (adimensional)

Longitud de onda (λ) (nm)

0 440

460

480

500

520

Longitud de onda (nm)

540

560

580

Entonces de las tablas anteriores obtuvimos que las absorbancias máximas son las siguientes: Verde de bromocresol

Anaranjado de metilo

Absorbancia Long de onda Max Absorbancia 0.724 443 1.752

Long de onda Max 508

Posteriormente de haber obtenido los espectros de absorción del verde de bromocresol y anaranjado de metilo, procedimos a introducir muestras de nuestras soluciones al espectrofotómetro para obtener la absorbancia de onda de estas. A continuación, imágenes con fines ilustrativos.

Obteniendo así los siguientes resultados rescatados del aparato: Verde de Bromocresol

Anaranjado de Metilo

ppm

A λ508

A λ443

ppm

A λ508

A λ443

10 15 20 25 30

0.124 0.181 0.229 0.263 0.304

0.325 0.487 0.629 0.729 0.861

2 4 6 8 10

0.346 0.637 0.898 1.234 1.567

0.077 0.138 0.195 0.266 0.34

Las concentraciones de la tabla las debemos pasar a Molaridad para poder seguir trabajando, por tanto, queda de la siguiente manera… Verde de Bromocresol mol/L A λ508 A λ443 1.43266E-05 0.124 0.325 2.149E-05 0.181 0.487 2.86533E-05 0.229 0.629 3.58166E-05 0.263 0.729 4.29799E-05 0.304 0.861

Anaranjado de Metilo mol/L A λ508 A λ443 6.11621E-06 0.346 0.077 1.22324E-05 0.637 0.138 1.83486E-05 0.898 0.195 2.44648E-05 1.234 0.266 3.0581E-05 1.567 0.34

Así pues, la gráfica para los datos con longitud de onda 443 nm, es la siguiente.

Abs 443 1 0.9

y = 18343x + 0.0806 R² = 0.9934

Título del eje

0.8 0.7

0.6 0.5 0.4

y = 4182x + 0.0038 R² = 0.9974

0.3 0.2 0.1 0 0

0.00001

0.00002 0.00003 Título del eje

0.00004

0.00005

Y la gráfica para los datos de longitud de onda de 508 nm es la mostrada a continuación.

Abs 513 1.8 1.6

y = 49688x + 0.0247 R² = 0.9975

Título del eje

1.4 1.2 1 0.8 0.6

y = 3926x - 0.0083 R² = 0.9991

0.4 0.2 0 0

0.00001

0.00002 0.00003 mol/L

0.00004

0.00005

Con los datos de las 4 ecuaciones de la recta podemos trabajar para encontrar las concentraciones del Anaranjado de metilo y el Verde de Bromocresol, partiendo de estas ecuaciones y sustituyendo los valores como se verá a continuación. Verde de bromocresol

Anaranjado de metilo

443 443 𝑏𝐶𝑉𝐵 + 𝜀𝐴𝑀 𝑏𝐶𝐴𝑀 𝐴435 = 𝜀𝑉𝐵𝐶

508 508 𝑏𝐶𝑉𝐵 + 𝜀𝐴𝑀 𝑏𝐶𝐴𝑀 𝐴513 = 𝜀𝑉𝐵

0.837 = 18343 𝐶𝑉𝐵 + 4182 𝐶𝐴𝑀 … 𝑒𝑞(1)

1.174 = 3926 𝐶𝑉𝐵 + 49688 𝐶𝐴𝑀 … 𝑒𝑞(2)

Despejando la ecuación 1 obtenemos lo siguiente. 𝐶𝐴𝑀 =

0.837 − 18343𝐶𝑉𝐵 … 𝑒𝑞(3) 4182

Por tanto, sustituyendo la eq (3) en la eq (2): 1.174 = 3926 𝐶𝑉𝐵 + 49688 ∗ [

0.837 − 18343 𝐶𝑉𝐵 ] 4182

Y haciendo los debidos cálculos aritméticos y despejes algebraicos, obtenemos que la concentración del verde de bromocresol es de: 𝐶𝑉𝐵 = 4.0982𝑥10−5

𝑚𝑜𝑙 𝐿

Entonces sustituyendo esta concentración en la ecuación 3, obtenemos que… 𝐶𝐴𝑀 =

0.837 − 18343 ∗ 4.0982𝑥10−5 4182 𝐶𝐴𝑀 = 2.0389𝑥10−5

mol L

Ahora solo resta convertir estas concentraciones de molaridad en PPM, como se verá a continuación:

𝐶𝑉𝐵 = 4.0982𝑥10−5

𝒎𝒈 𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑜𝑙 ∗ 698 ∗ 1000 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟎𝟓𝟒 𝒑𝒑𝒎 ( ) 𝐿 𝑚𝑜𝑙 𝑔 𝑳

𝐶𝐴𝑀 = 2.0389 ∗ 10−5

𝑔 𝑚𝑔 𝒎𝒈 𝑚𝑜𝑙 ∗ 327 ∗ 1000 = 𝟔. 𝟔𝟔𝟕𝟐 𝒑𝒑𝒎 ( ) 𝐿 𝑚𝑜𝑙 𝑔 𝑳

Conclusiones Hemos cumplido nuestros objetivos. •

Obtuvimos el espectro de absorción del verde de bromocresol y también del anaranjado de metilo.

•

Se obtuvo la longitud de onda máxima de ambos compuestos, así como también la curva de calibración de estos.

•

Se trazó la curva de valoración del verde de bromocresol y el anaranjado de metilo.

•

De ambos compuestos, determinamos el coeficiente de absortividad molar y al final se realizó un análisis cuantitativo para determinar la concentración, tanto del verde de bromocresol (28.6054 ppm); cómo del anaranjado de metilo (6.6672 ppm) cuando estos forman parte de una muestra problema.

Bibliografía Arenas, A. (2004). Espectrofotometría de absorción. Instituto de Biotecnología. Universidad Autónoma de México. José García Bermejo. (2003). Espectro de absorción. En Manual Auxiliar de laboratorio(377379). Sevilla: MAD. Skoog & Leary.(1994). Análisis instrumental. Cuarta Edición. Editorial Mcgraw Hill ....