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LABORATORIO DE ANÁLISIS QUÍMICO
INSTRUMENTAL
Universidad de la Sabana
Determinación Espectrofotométrica de más de un analito
simultáneamente: KMnO 4 y K 2 CrO 7
Camila Fernanda Cortés Casas ____________________
Andrea Milena García Leal ____________________
Estudiantes de Ingeniería Química
20 de abril de 2017
Chía, Cundinamarca
Resumen. El método de aditividad fue empleado para una mezcla donde había presente más de una especie absorbente y está basado en el principio de que la absorbancia de una mezcla a cualquier longitud de onda, es igual a la suma de la absorbancia de cada componente de la mezcla a esa λ. La práctica se basó en la determinación de sulfato ferroso en la muestra comercial además de la concentración de hierro en cada una de las soluciones que se prepararon para la curva de adición estándar. Se obtuvo 50,76 mg de sulfato ferroso en la pastilla. (Cambiar)
Objetivos
Objetivo General:
Determinar la concentración de permanganato de potasio y de dicromato de potasio en la muestra problema 11 por medio de la espectrofotometría ultravioleta visible de una mezcla y el método de aditividad.
Objetivos Específicos:
- Utilizar el espectrofotómetro para analizar
las muestras de KMnO 4 y K 2 CrO7.
- Realizar la curva de calibración para cada uno de los compuestos a determinar:
KMnO 4 y K 2 CrO7.
- Realizar comparación entre el espectro de dicromato de potasio y el de permanganato de potasio con las soluciones más concentradas trabajadas.
- Comprobar que la metodología de aditividad se cumple para las especies absorbentes analizadas.
- Determinar la exactitud de la metodología de aditividad además de las ventajas y desventajas.
- Indagar porque los datos realizados con el dicromato de potasio y permanganato de potasio presentaron anomalías.
Datos
A continuación se presentan los datos de las muestras tomadas el semestre pasado, utilizadas para hacer la curva de calibración. Inicialmente se determinaron las longitudes de onda donde más absorben las muestras:
KMnO 4 y K 2 CrO 7 como se puede ver en la
tabla 1. Tabla 1. Longitudes de onda de mayor absorbancia Posteriormente, se procedió a tomar las absorbancias de las muestras a las longitudes de onda seleccionadas en la tabla 1. Tabla2. Absorbancias del permanganato de potasio a 525 nm Balón Vol (mL) Absorbancia 3,1 2,00 0, 3,2 4,00 0, 3,3 6,00 0, 3,4 8,00 0, 3,5 3,00 0, 3,6 5,00 0, 3,7 7,00 0, Compuesto Longitud de onda (nm) KMnO 4 525 KCr 2 O 7 346
3,8 9,00 0, Tabla 3. Absorbancias del dicromato de potasio a 346 nm Balón Vol (mL) Absorbancia 4,1 2,00 0, 4,2 4,00 0, 4,3 6,00 0, 4,4 8,00 0, Tabla 3. Continuación de Absorbancias del dicromato de potasio a 346 nm Balón Vol (mL) Absorbancia 4,5 3,00 0, 4,6 5,00 0, 4,7 7,00 0, 4,8 9,00 0, Ya que a 346 nm el permanganato de potasio todavía absorbe considerablemente, entonces son necesarias las absorbancias de permanganato de potasio a 346nm como se observa en la tabla 4. Tabla 4. Absorbancias del permanganato de potasio a 346nm Balón Vol (mL) Absorbancia 3,1 2,00 0, 3,2 4,00 0, 3,3 6,00 0, 3,4 8,00 0, 3,5 3,00 0, 3,6 5,00 0, 3,7 7,00 0, 3,8 9,00 0, Adicionalmente, se presentan los datos de las muestras tomadas este semestre, utilizadas para hacer la curva de calibración. También se determinaron las longitudes de onda donde más absorben las muestras:
KMnO 4 y K 2 CrO 7 como se puede ver en la
tabla 4. Tabla 4. Longitudes de onda de mayor absorbancia Posteriormente, se procedió a tomar las absorbancias de las muestras a las longitudes de onda seleccionadas en la tabla 4. Tabla 5. Absorbancias del permanganato de potasio a 525 nm Balón Vol (mL) Absorbancia 3,1 2,00 0, 3,2 4,00 0, 3,3 6,00 0, 3,4 8,00 0, 3,5 3,00 0, 3,6 5,00 0, 3,7 7,00 0, 3,8 9,00 0, De la tabla 5 se despreciaron las absorbancias de las soluciones 3,3 y 3,4 ya que se encuentran desviadas para realizar la curva. Tabla 6. Absorbancias del dicromato de potasio a 390nm Balón Vol (mL) Absorbancia 4,1 2,00 0, 4,2 4,00 0, 4,3 6,00 0, 4,4 8,00 0, 4,5 3,00 0, 4,6 5,00 0, 4,7 7,00 0, 4,8 9,00 0, Se descartó la solución 4,3 ya que es el dato más alejado con respecto a los demás en la tabla 6. Ya que a 346 nm el permanganato de potasio todavía absorbe considerablemente, entonces son necesarias las absorbancias de permanganato de potasio a 390 nm como se observa en la tabla 7. Tabla 7. Absorbancias del permanganato de potasio a 390nm Balón Vol mL Absorbancia 3,1 2,00 0, 3,2 4,00 0, 3,3 6,00 0 3,4 8,00 0, 3,5 3,00 0 3,6 5,00 0, 3,7 7,00 0 3,8 9,00 0, Compuesto Longitud de onda (nm) KMnO 4 525 KCr 2 O 7 390
0 0 0 0 0.01 0.01 0. 0
f(x) = 84.57 x − 0. R² = 0. Absorbancia Vs Concentración 346nm KCr2O Concentración Molar KCr2O Abs Gráfica 2. Absorbancia vs Concentración de KCr2O 7 a 346 nm Aplicando las ecuaciones 1 y 2 se obtuvieron los siguientes resultados para los datos de este semestre. Tabla11. Absorbancias y concentraciones de KMnO 4 a 525nm Balón Vol mL A moles Concentraci ón 3,1 2,00 0,033 4,E-05 1,E- 3,2 4,00 0,092 7,E-05 3,E- 3,3 6, 3,4 8, 3,5 3,00 0 5,E-05 2,E- 3,6 5,00 0 9,E-05 4,E- 3,7 7,00 0 1,E-04 5,E- 3,8 9,00 0,124 2,E-04 6,E- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0
f(x) = 0 x + 0 R² = 0. Absorbancia vs Concentración 525nm KMnO Concentración Molar KMnO Abs Gráfica 4. Absorbancia vs Concentración de KMNO 4 a 525 nm Tabla 12. Absorbancias y concentraciones KMnO 4 a 390nm Balón Vol (mL) A moles Concentración (M) 3,1 2, 0, 5 4,E- 05 1,E- 3,2 4, 0, 1 7,E- 05 3,E- 3,3 6, 3,4 8, 3,5 3, 0, 2 5,E- 05 2,E- 3,6 5, 0, 2 9,E- 05 4,E- 3,7 7, 0, 2 1,E- 04 5,E- 3,8 9, 0, 4 2,E- 04 6,E- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -0. -0. 0
f(x) = − 0 x + 0. R² = 0 Absorbancia vs Concentración 390nm KMnO Concentración Molar KMnO Abs Gráfica 5. Absorbancia vs Concentración de KMNO 4 a 390 nm Tabla 13. Absorbancias y concentraciones de KCr 2 O 7 a 390nm Balón Vol (mL) Absorban cia moles Concentración (M) 4,1 2,00 0, 4,E- 05 1,4,E- 4,2 4,00 0, 7,E- 05 2,9,E- 4,3 6,00 0, 1,E- 04 4,3,E- 4,4 8,00 0, 1,E- 04 5,8,E- 4,5 3,00 0, 5,E- 05 2,2,E- 4,6 5,00 0, 9,E- 05 3,6,E- Balón Vol (mL) Absorban cia moles Concentración (M) 4,7 7,00 0, 1,E- 04 5,0,E- 4,8 9,00 0, 2,E- 04 6,5,E-
Gráfica 6. Absorbancia vs Concentración de KCr2O 7 a 390 nm Resultados obtenidos en las muestras problema: Para obtener las concentraciones en las muestras problema 13 (semestre pasado) y 11 (este semestre) se realizó un sistema con dos ecuaciones a partir de las dos longitudes de onda máxima y la absorbancia de la muestra a estas longitudes de onda máxima como se puede ver en las ecuaciones 3 que corresponde al método de aditividad y la ecuación 4 que corresponde al método directo, ya que a esta longitud de onda no absorbe el dicromato de potasio.
At ( 346 nm )=( ε ¿¿ 1 ( 346 nm )∗ b 1 ∗ C 1 )+( ε ¿¿ 2 ( 346 nm )∗ b 2 ∗ C 2 )¿ ¿
At ( 525 nm )=( ε ¿¿ 1 ( 525 nm )∗ b 1 ∗ C 1 )¿
Para hallar la concentración de KMnO 4 en la muestra problema 13 se aplicó la ecuación 4, obteniéndose lo siguiente:
A = ε KMnO 4
525
∗ b ∗ CKMnO 4
CkmNO 4 =
59,024 M
− 1
cm
− 1
∗1,00 cm
− 3
M
Para hallar la concentración en la muestra problema 13 de KCr 2 O 7 se aplicó la ecuación 3, obteniéndose esto:
CK 2 Cr 2 O 7 =
0,584−(34,9682 M
− 1
cm
− 1
∗1,00 cm ∗2,9∗ 10
− 3
M )
(83,4345 M
− 1
cm
− 1
∗1,00 cm )
− 3
M
Tabla 14. Absortividades molares de las especies analizadas
M
− 1
cm
− 1
M
− 1
cm
− 1
KCr 2 O 7 0, KMnO 4 12,8 0, Se realizan los mismos cálculos para la muestra problema 11. Sin embargo, lo datos que cambian son los siguientes: Absorbancia a 525nm es de 0,254 y absorbancia a 390nm de 0,008. Los resultados obtenidos se pueden ver en las tablas 14 y 15. Tabla 14. Concentraciones de la muestra problema 13 del semestre pasado muestra 13 Compuesto Experimental (M) Esperado (M) KMnO 4 2,9,E-03 5,5,E- KCr 2 O 7 5,8,E-03 1,1,E- Tabla 15. Concentraciones de la muestra problema 11 del semestre actual muestra 11 Compuesto concentración Molar (M) KMnO 4 4,0,E+ KCr 2 O 7 0 Análisis de resultados
Selección del método
Al analizar la tabla 14, que corresponde a las absortividades molares de las especies analizadas (permanganato de potasio y dicromato de potasio) se puede observar que a una longitud de onda de 346 nm absorben tanto el KMnO 4 y el KCrO 7 con absortividades molares de 0,018 y 12,
M
− 1
cm
− (^1) respectivamente cumpliendo con la condición del método de aditividad que
dice que ε^ KC r O 7 > ε^ KM n O 4 a la longitud de
onda máxima seleccionada que en este caso es 346 nm, para lo cual es correcta la selección de este método para hallar las concentraciones de KMnO 4 y el KCrO 7 en las
muestras problema. [ CITATION Owe00 \l
9226 ]
Por otro lado, si se analiza la longitud de onda de 525 nm se puede observar que solo absorbe el KCrO 7 , entonces se puede seleccionar el método directo ya que solo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0
f(x) = 0 x + 0 R² = 0. Absorbancia Vs Concentración 390nm KCr2O Concentración Molar KCr2O Abs
curvas de calibración, dicha desviación o anomalía se pudo presentar debido a otros errores relacionados con el aparato debidos a que los espectrofotómetros no pueden seleccionar una radiación de una única longitud de onda, sino un rango. Esto introduce un error ya que hay interacciones con otras absorciones. En la medida que el aparato sea más exacto en la selección de la longitud de la onda, este error se
minimiza. [ CITATION Flo13 \l 9226 ]
Por otra parte, hay una serie de fenómenos que no permiten la aplicación de la ley de Beer, para lo cual se requiere que el equipo este correctamente calibrado para la toma
de datos correctos.[ CITATION Flo13 \l
9226 ]
Adicionalmente, la conservación de los espectrofotómetros depende en gran medida de la forma de instalación y de utilización. También el medio ambiente que los rodea y la calidad de los servicios de electricidad constituyen factores de vital importancia, para que los equipos puedan prestar servicios de acuerdo con las especificaciones; Cuando no se cumple con lo mencionado anteriormente se puede producir una descalibración y mal funcionamiento del equipo, que requeriría un mantenimiento complejo que va desde la limpieza cuidadosa de sus componentes hasta procedimientos especializados y esto puede estar relacionado con lo que ocurrió en la práctica cuando el servicio de electricidad fue intermitente en dos ocasiones, produciendo inestabilidad en el equipo utilizado y así mismo falsas lecturas
de absorbancias. [ CITATION Bar85 \l
9226 ]
Finalmente, se obtuvo las concentraciones de la muestra problema 11 en el permanganato de potasio y dicromato de potasio de 4,0 M y 0 M respectivamente, que fueron posibles que se debieran a lo mencionado anteriormente.
Comparación entre el espectro de
dicromato de potasio y el de
permanganato de potasio con las
soluciones más concentradas
trabajadas.
Gráfica 7. Espectro de KMnO 4 y KCrO 7 de las soluciones concentradas del semestre anterior 300 350 400 450 500 550 600 650 700 -0. 0
Absorbancia vs Longitud de onda nm KCr2O7 KMnO4. Soluciones concentradas Longitud de onda nm Ab s Gráfica 8. Espectro de KMnO 4 y KCrO 7 de las soluciones concentradas del semestre anterior En la gráfica número 7 se puede observar que en la región de 346nm el dicromato absorbe de forma más significativa, sin embargo, el permanganato también absorbe a esta longitud de en menor medida, pero lo suficientemente grande para ser considerada, es por esto que se podría decir que las soluciones se prepararon correctamente ya que se encuentra una longitud de onda en la que comparten los dos compuestos y por tanto es posible realizar la comparación. Sin embargo, en la gráfica número 8, en donde absorbe el dicromato de potasio no comparte con la del permanganato, es decir que no es posible realizar la comparación y además que el método que se está utilizando no sería el indicado ya que se está comportando como si los dos compuestos absorbieran a una longitud de onda completamente diferente y que una no interfiere con otra. Pero según Montoya,et.al (2013) el KMnO 4 si absorbe a aproximadamente 350nm confirmando que se pudo haber cometido errores al preparar las soluciones o variables que afectaron la precisión del espectrofotómetro durante la práctica.
Determinación de la exactitud de la
metodología de aditividad y sus
ventajas/desventajas
El método de aditividad permite la determinación de la concentración de diferentes compuestos en las muestras problemas a evaluar, por lo que en este
método es posible hacer las relaciones respectivas para encontrar N compuestos estableciendo el número de ecuaciones necesarias; sin embargo, al aumentar el número de compuestos, la matriz se volverá más compleja, esto hará que la exactitud del método disminuya y por tanto las concentraciones encontradas no serán confiables. (Acereto P, et.al .2006)(Bendito P, Perez F.1983) Acerca del error relativo para poder calcular la exactitud del método, no se muestra en este informe ya que sería incorrecto establecer ese error como el indicado ya que se encuentra mayor al 100%, y conociendo que las absorbancias tomadas para las soluciones del semestre pasado se encuentran en un rango más acorde a las longitudes de onda teóricas que son KMnO 4 525nm Y KCr 2 O 7 350nm verificando al observar en la gráfica número 7 el solapamiento de los espectros en la región de 346nm y la absorción de solamente KMnO 4 a 525nm, por tanto los errores se deben a un desajuste en los cálculos en el momento de establecer la concentraciones iniciales; ya que para obtener los datos esperados se debían enviar las concentraciones calculadas, las cuales debían ser las utilizadas para realizar el informe y en ese momento no se evidenció el error entonces se volvieron a establecer los datos correctos encontrando que el error relativo para el KCr 2 O 7 310^1 % Y KMnO 4 210^1 %, por lo que son datos muchos más congruentes con la técnica trabajada, pero de igual manera la exactitud del método no fue muy buena ya que supera el 5%.
Conclusiones
Bibliografía
