1er Informe - Determinacion de manganeso en acero (1).doc

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE QUÍMICA, ING. QUÍMICA E ING. AGROINDUSTRIAL E.A.P. INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INSTRUMENTAL

PRÁCTICA Nº 1 TEMA: DETERMIANCION DE MANGANESO EN ACERO CURSO: LABORATORIO DE ANALISIS INSTRUMENTAL PROFESORA : ALVAREZ BAUTISTA, JENNY ALUMNOS

:

ARCE HUAMAN, GABRIELA ARIAS VENTOCILLA, BHEKY JESICA MATOS RODRIGUEZ, FREDDY VALLEJOS GAMEZ, KATHERINE ZAMORA ESCOBAR, GERALDINE

CÓDIGO: 11070213 CODIGO: CODIGO: 05070146 CODIGO: CODIGO: 11070140

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FUNDAMENTO DEL MÉTODO DE ANÁLISIS El método fotométrico de análisis se basa en la absorción selectiva de radiaciones electromagnéticas de diversas regiones del espectro por el sistema homogéneo .Por eso, el método dado, si se emplea radiaciones monocromáticas, se denomina métodos de espectroscopia de absorción o espectrofotometría .Debido a la sencillez y suficiente selectividad, este método se aplica ampliamente Por cuanto antes del análisis se basaba en la evaluación de la intensidad del color de la solución en distintas concentraciones de la sustancia dada, el método denominado colorimetría. La solución coloreada absorbe la radiación continúa no monocromática de la región visible del espectro basada en el estudio de la intensidad del color de la solución; es un caso particular del análisis espectrofotométrico La determinación de manganeso en acero se puede realizar mediante varios métodos, sin embargo el más conocido es el método espectrofotométrico el cual se basa en la oxidación del manganeso a permanganato, debido a la capacidad del peryodato de oxidar los estados inferiores del manganeso En el análisis de aceros los componentes que acompañan al manganeso comunican cierta coloración a la disolución; el color del ión férrico se elimina con ácido fosfórico por la formación del complejo fosfórico incoloro. Las interferencias originadas por otros componentes coloreados se eliminan también, en gran extensión, utilizando una luz incidente de la longitud de onda absorbida con más intensidad por el componente a determinar En este método, la concentración de manganeso se determina por medición de la absorbancia de la solución resultante después de diluir a un volumen conocido.

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OBJETIVOS   

Determinar por medio de un método espectrofotométrico la concentración de manganeso en una muestra de acero .Para determinar la concentración de este se emplea una técnica de calibración. Obtener conocimientos sobre el uso del instrumento GENESYS.

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DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEADA En este experimento se va a determinar la concentración de manganeso en acero por espectrofotometría de absorción molecular visible. El experimento consiste principalmente en cuatro partes. En la primera se prepara la solución valorada de permanganato de potasio, en la segunda parte se preparan las soluciones de curva de calibración y de adición de patrón, tercero la solución muestra y por último se determina la absorbancia de todas las soluciones preparadas. Con estos datos se prepara una curva de calibración de absorbancia como función de la concentración conocida de manganeso y con la absorbancia de la solución del desconocido se podrá determinar la concentración del Ion MnO-4. Las medidas Espectrofotométricas se llevan a cabo en un espectrofotómetro GENESYS 20. Dilución de la muestra con la mezcla de ácidos (H3PO4, HNO3, H2O) (1:1:1): Fe2+ + HNO3 → Fe3+ + NO2 + NO MnO + HNO3 → Mn2+ + NO2 + NO Al realizar la disolución de la muestra, la mezcla de ácidos H3PO4, HNO3, H2O: actúa sobre los componentes dejándolos en estados iónicos, donde el ácido nítrico actúa tanto en la muestra de acero como en el de manganeso y el ácido fosfórico va a acomplejar al ión férrico dando un complejo incoloro cuya reacción es la siguiente: 2PO43- + Fe3+ → [Fe(PO4)2]3Adición de sal de Mohr: La adición de sal de Mohr es para dar las mismas condiciones a la muestra patrón, con el fin de igualar el contenido de hierro de los patrones con el hierro contenido en la muestra de acero a determinar.

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REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES

1) Oxidación del manganeso en acero Mn + HNO3(cc)

→

2NO2(g) Mn(NO3)2(ac) + 2H2O(l)

Reacciones secundarias:

Fe+2

+ HNO3 ↔

MnO +

Fe+3

+ NO2 + NO

HNO3 ↔ Mn+2 + NO2 + NO

2) Enmascarado al Fe+3 (acomplejado) 2PO3-4

+ Fe+3

Ácido fosfórico

→ [Fe (PO4)2]3- (Evita interferencia de coloración Fe+3 )

color amarillo

Solución incolora

3) Oxidación final del manganeso

2MnSO4 + 5KIO4

+ 3H2O

→

2HMnO-4

+ 5KIO3

+ 2H2 SO4

Ecuación iónica: 2Mn+2 + KIO4 + 3H2 O

→ 2MnO4- + 5KIO3

+

2H2+

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DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS ESPECTROFOTÓMETRO: Un espectrofotómetro es un instrumento usado en la física óptica que sirve para medir, en función de la longitud de onda, la relación entre valores de una misma magnitud fotométrica relativos a dos haces de radiaciones. También es utilizado en los laboratorios de química para la cuantificación de sustancias y microorganismos. Hay varios tipos de espectrofotómetros, puede ser de absorción atómica o espectrofotómetro de masa. Este instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática a través de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. Esto le permite al operador realizar dos funciones: 1. Dar información sobre la naturaleza de la sustancia en la muestra 2. Indicar indirectamente que cantidad de la sustancia que nos interesa está presente en la muestra Componentes de un espectrofotómetro -Fuente de luz La misma ilumina la muestra. Debe cumplir con las condiciones de estabilidad, direccionabilidad, distribución de energía espectral continua y larga vida. Las fuentes empleadas son lámpara dewolframio o tungsteno, lámpara de arco de xenón.kl y lampara de Deuterio (D2). -Monocromador El monocromador aísla las radiaciones de longitud de onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto, se usa para obtener luz monocromática. Está constituído por las rendijas de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersión. El colimador se ubica entre la rendija de entrada y salida Es un lente que lleva el haz de luz que entra con una determinada longitud de onda hacia un prisma el cual separa todas las longitudes de onda de ese haz y la longitud deseada se dirige hacia otra lente que direcciona ese haz hacia la rendija de salida. Compartimiento de Muestra s donde tiene lugar la interacción, R.E.M con la materia (debe producirse donde no haya absorción ni disperisón de las longitudes de onda). es importante destacar, que durante este proceso, se aplica la ley de lambert-beer en su máxima expresión, en base a sus

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leyes de absorción, y lo implica esto, en lo que concierne a el paso de la molécula de fundamental-excitado.

Transductor Es aquel, que es capaz de transformar una intensidad de ph, masa, etc. en una señal eléctrica. Detector El detector, es quien detecta una radiación y a su vez lo deja en evidencia, para posterior estudio. Registrador Convierte el fenómeno físico, en números proporcionales a el analito en cuestión Fotodetectores En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 fotodetectores para percibir la señal en forma simultánea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes móviles del equipo.



Rango visible de 325 a 1100 nm. Lectura digital de A, %T y C. Ancho de banda espectral de 8 nm. Ajuste automático de 0A y 100% T. Salida RS232C para impresora o PC. Voltaje de alimentación de 120V / 60Hz.

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DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO:

Equipos y Materiales  01 Balanza analítica digital  01 espectrofotometro visible  Celdas de vidrio o de plástico  Pipetas volumétricas de 1, 5 ml  Fiolas de 25, 50, 100 ml  Vasos de 50ml  Lunas de reloj  01 espatula  01 Probeta de 10 ml  01 Pizeta  01 bagueta  Propipetas Reactivos  Mezcla de Ácidos (partes iguales de acido nítrico, acido fosforico y agua)  Ácido Fosfórico  Agua  Sal de Mohr QP  Peryodato de Potasio ( KIO4 )  Solución patrón de Manganeso (0.20mg de manganeso por mL). EXPERIENCIA A: Calibracion del especrtofotometro visible Genesys con CoCl2.6H2O en HCl al 1% Empleamos como blanco una solución de acido clorhídrico al 1%. Hacemos la lectura de %T de la solución de CoCl2.6H2O, en el rango de λ entre 400 y 700 nm, variando la λ cada 10 nm de intervalo. Trace la gráfica de absorbancia o % T en función de la longitud de onda.

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Determine la λ max del CoCl2.6H2O, compare con el valor teórico dado en el catálogo del fabricante. EXPERIENCIA B: Determinacion cuantitativa de manganeso en acero:

Preparación de la muestra Se prepararon 4 muestras, para las cuales se pesaron aproximadamente 0.12g de la muestra y luego se realizo el tratamiento químico para oxidar al Mn+2 y disminuir las interferencias por parte del Fe+2 seguidamente se enraso en fiolas de 100ml. 

Preparación de patrones:

Pesamos 0.20g de sal de0 Mohr (sulfato ferroso amoniacal) y se lleva a fiola de 250ml Agregamos 20ml de la mezcla de ácidos. Tapamos con la luna de reloj y la colocamos sobre la plancha eléctrica hasta llevarla a ebullición (para retirar todos los óxidos de nitrógeno) Sacar de la plancha, enfriar, diluir hasta 50ml y agregar 0.1gr de KIO4. Hervir por 3 minutos y finalmente llevarlo a fiola de 100 ml. Al final del procedimiento, escogimos el patrón 2 (por ser de concentración media a los demás ) para calcular el λ máximo, y ello hallan la transmitancia para el resto de patrones y la muestra ;lo cual permitirá conocer mediante la curva de calibración la concentración de manganeso en la muestra de acero utilizado.

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EJEMPLO DE CÁLCULOS DETERMINACION CUANTITATIVA DE MANGANESO EN ACERO 1. Solucion Patron de Manganeso

Se disolvió 0.6153 g de MnSO4 en 1 L de H2O

2. Concentracion de Mn en cada una de las soluciones patrón.

PATRÓN 1: Volumen de solución estándar: 2mL

PATRÓN 2: Volumen de solución estándar: 5mL

PATRÓN 3: Volumen de solución estándar: 10mL

3. Concentración de las muestras Según la curva de calibración se obtuvo la siguiente ecuación de recta: Muestra 1.1 0.041C+0.075 = 0.450 CMuestra 1.1 = 9.1463 ppm Muestra 1.2 0.041C+0.075 = 0.431 CMuestra 1.2 = 8.6829 ppm Muestra 2.1 0.041C+0.075 = 0.322 CMuestra 2.1 = 6.0244 ppm Muestra 1.2 0.041C+0.075 = 0.293 CMuestra 2.2 = 5.3171 ppm 4. Calculo del %Mn en cada muestra.

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Se calcula primero la concentración que hay de la muestra de acero dado que se ha disuelto en una fiola de 100 ml Para la muestra 1.1 Para la muestra 1.2 Para la muestra 2.1 Para la muestra 2.2

 Con las concentraciones de la muestra se halló el % de Mn Para la muestra 1.1

Para la muestra 1.2

Para la muestra 2.1

Para la muestra 2.2

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TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Blanco

0

100

0

Estándar1

2

100

4

Estándar 2

5

100

10

Estándar 3

10

100

20

Tabla N°1: Concentración en ppm de las patrones y el blanco.

Tabla N°2: Pesos de la muestra y KIO4 empleado.

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M1.1

λ (nm)

A

400

0.009

410

0.025

420

0.037

430

0.057

440

0.093

450

0.142

Tabla N°3:

460

0.191

Concentra

cion de la

470

0.227

muestra de acero , los

patrones y

480

0.254

porcentaje de manganeso

en la

490

0.278

muestra.

500

0.311

510

0.332

520

0.32

530

0.279

540

0.219

550

0.153

560

0.096

570

0.06

580

0.034

590

0.03

600

0.025

610

0.021

620

0.02

630

0.019

640

0.018

M1.2 M2.1 M2.2

Tabla N°4: calibración

Datos de la curva de con CoCl2

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Tabla N°5: Datos de determinación de λ solución patrón

λ (nm)

A

400

0.022

410

0.013

420

0.011

430

0.012

440

0.02

450

0.034

460

0.056

470

0.099

480

0.144

490

0.212

500

0.279

510

0.345

520

0.408

530

0.429

540

0.412

550

0.403

560

0.271

la curva para la máximo utilizando intermedia

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Tabla N°6: Datos de la curva patrón C (ppm)

A

Patrón 1

4

0.274

Patrón 2

10

0.429

Patrón 3

20

0.916

GRÁFICAS Ver tabla N°4

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Ver tabla N°5

Ver tabla N°6

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DISCUSIÓN DE RESULATDOS OBTENIDOS

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CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES 

Las paredes de las celdas de absorción deben mantenerse escrupulosamente limpias, pues tanto las huellas digitales como rastros de muestras anteriores pueden ser causa de error considerable en las determinaciones cuantitativas.



Es evidente que el análisis espectrofotométrico requiere el uso de celdas de buena calidad contrastada. estas deben calibrarse una frente a otras para detectar algunas diferencias, que pueden ser ralladuras o desgate.



Debido a que el análisis se realiza a concentraciones muy pequeñas, el análisis por espectrofotometría es el adecuado, ya que generalmente se obtienen resultados más exactos que un método volumétrico o gravimétrico.



Muy pocos reactivos son específicos para una sustancia en particular pero hay muchos que dan reacciones coloreadas selectivas para un grupo pequeño de sustancias. Para esto el enmascaramiento mediante formación de complejos ayuda a mejorar la especificidad de la reacción



Luego de adicionar KIO4, dejar hervir hasta la oxidación del manganeso, ya que el color producido (que indica la oxidación total del Mn) debe ser suficientemente estable para poder efectuar la medición en el espectrofotómetro.

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

Tener cuidado de que no ingresen partículas extrañas a las muestras, patrones y blanco, debido a que la turbidez difunde o absorbe la luz.



si es necesario agregar un exceso de KIO4 para el color que indica la oxidación del Mn se a estable indefinidamente.



En el análisis de aceros, los componentes que acompañan al Mn se comunican cierta coloración a la disolución, para ello, por ejemplo el color del Fe+3 se elimina con ácido fosfórico por formación del complejo fosfórico incoloro.



Debido a la posible presencia de sustancias reductoras en el agua destilada, las soluciones diluidas del permanganato pueden no ser estable durante más de unas horas.



Para conseguir un trabajo más exacto en espectrofotometría, el blanco debe contener todos los reactivos utilizados en la preparación de la disolución coloreada, pero nada de la sustancia que se está analizando.



Debido a que instrumentos de medición diferentes. Aún de la misma marcas y modelo, tienen características un poco diferentes , es necesario que todas las mediciones se realicen en el mismo aparato

BLIBLIOGRAFÍA

 V.N.alexeivev;”Analisis Cuantitativo” Editorial Mir Moscú;1976 Págs. 505-506

 Hobart H.willard, Lynne “Métodos instrumentales de análisis”,Editorial continental S.A cuarta edcioón 1970 pag:93-96;144,145

 Ayres Gilberto;” Análisis químico cuantitativo”, editorial Iberoamericana, primera edición;1970 pag:666-667.

 http://www.cienytec.com/lab1espectro.htm 20