Tarea 20 Orellana Milagros

 

TAREA 20: Técnicas espectroscópicas

 

ÍNDICE 1. TÉCNIC TÉCNICAS AS ESPEC ESPECTROSCÓ TROSCÓPICAS PICAS ………… …………………… …………………… …………………… ………… 3 2. ACTIVI ACTIVIDADES DADES DE AUTO EVALU EVALUACIÓN… ACIÓN…………… …………………… …………………… ………….3 .3 3. ESPECT ESPECTROSCO ROSCOPÍA PÍA DE ABSORC ABSORCIÓN IÓN MOLEC MOLECULAR ULAR UV-VISIBLE… UV-VISIBLE……...4 …...4 4. ACTIVI ACTIVIDADES DADES DE AUTO EVALU EVALUACIÓN… ACIÓN…………… …………………… …………………… …………44 5. DIA DIAGRA GRAMA MA DE FLUJO FLUJO DE DEL L PROC PROCEDI EDIMIE MIENTO NTO ANALÍ ANALÍTIC TICO O DE  LA PRÁCTICA 9 Y 10 .................................................................................... 5 6. EJERCIC EJERCICIOS IOS PROPUESTOS PROPUESTOS ………… …………………… …………………… …………………… …………………8 ………8 7.

 

1. TÉCNIC TÉCNICAS AS ESPECT ESPECTROS ROSCÓP CÓPICA ICAS S

Las técnicas espectroscópicas de análisis químico se basan en la medida de la radiación electromagnética absorbida o emitida por la materia. Estos fenómenos de absorción y emis em isió iónn de radi radiac ació iónn est están án re rela laci ciona onado doss co conn tr tran ansi sici cion ones es en entr tree di difer feren ente tess ni nive vele less energéticos de las moléculas, iones o átomos que constituyen la materia, y su estudio puede aportar apor tar inf informa ormació ciónn tan tanto to cualit cualitati ativa va com comoo cuanti cuantitat tativa iva sobr sobree las especie especiess químic químicas as  presentes en la muestra que se analiza. Las técnicas espectroscópicas se pueden clasificar en función de diferentes criterios: 





Según el tipo de fenómeno en el que se basan: técnicas de absorción, emisión, quimioluminiscencia y fotoluminiscencia. Según la naturaleza de la especie química involucrada: técnicas espectroscópicas atómicas o moleculares. Según la región del espectro electromagnético en la que se halla a la radiación que se utiliza: microondas, infrarrojo, ultravioleta-visible y rayos X.

2. ACTIVI ACTIVIDAD DADES ES DE DE AUTO AUTO EVAL EVALUAC UACIÓN IÓN

1) La radiac radiación ión de la regi región ón visib visible le del espec espectro tro elec electromag tromagnético nético está está involucrada involucrada en transiciones: a) Electrónicas  b) Vibracionales c) Rotacionales 2) En el caso de espe especie ciess químic químicas as atómi atómicas cas las transici transicione oness que pueden pueden tene tenerr lugar  lugar  corresponden a los niveles: a) Electrónico, vibracional y rotacional  b) Sólo vibracionales y rotacionales c) Sólo electrónico 3) El núme número ro de vece vecess que vib vibra ra una onda por por unida unidadd de longitud longitud se denomina: denomina: a) Longitud de onda.  b) Número de onda. c) Amplitud. 4) El pr proce oceso so de rrela elajac jación ión ttien ienen en lu lugar: gar: a) Siempre mediante emisión de radiación electromagnética.  b) Únicamente mediante disipación de la energía en forma de calor. c) Mediante emisión de radiación o disipación térmica. 5) En las ttécni écnicas cas de fot fotolu olumin minisc iscenci enciaa se mide: mide:

 

radi diac ació iónn el elec ectr trom omag agné néti tica ca em emit itid idaa po porr un unaa es espe peci ciee quím químic icaa tr tras as se ser  r  a) La ra  previamente excitada mediante irradiación.  b) La radiación electromagnética emitida por una especie química tras ser   previamente excitada mediante una reacción química. c) La radi radiac ació iónn el elec ectr trom omag agné néti tica ca em emit itid idaa po porr un unaa es espe peci ciee qu quím ímic icaa tr tras as se ser  r   previamente excitada mediante energía térmica. 3. ESPECTROSCO ESPECTROSCOPÍA PÍA DE AB ABSORCI SORCIÓN ÓN MO MOLECULA LECULAR R UV-VISIB UV-VISIBLE LE

La espectroscopía de absorción molecular ultravioleta-visible se basa en la absorción de radiación electromagnética de estas regiones del espectro para promover transiciones entre el estado fundamental y estados excitados del nivel energético electrónico. Los espectros de absorción, en los que se representa la absorbancia frente a la longitud de onda, presentan bandas anchas y en número escaso, por lo que aportan información cualitativa limitada para la identificación de la especie absorbente. El anál anális isis is cuan cuanti tita tati tivo vo se ba basa sa en la le leyy de La Lamb mber ertt-Be Beer er,, qu quee es esta tabl blec ecee un unaa  proporcionalidad directa entre la absorbancia y la concentración de la especie absorbente  para radiaciones monocromáticas. En el capítulo se describen los diferentes módulos instrumentales (fuente de radiación, selector de longitud de onda, compartimento y recipientes para las muestras, detector y módul mó duloo de proce procesa sami mien ento to y le lect ctura ura de la señ señal al)) as asíí co como mo la lass confi configu gurac racio iones nes más más habituales (instrumento de haz sencillo, de haz doble en el tiempo, de haz doble en el espacio y multicanal). Se describe asimismo la metodología básica, desde la selección de las cubetas y el disolvente a la realización de análisis, tanto para la determinación de concentraciones de forma directa como mediante valoraciones fotométricas.

4. ACTIVI ACTIVIDAD DADES ES DE DE AUTO AUTO EVAL EVALUAC UACIÓN IÓN

1) La radiaci radiación ón de la región ult ultraviol ravioleta eta del espectro espectro electromagnét electromagnético ico está involucra involucrada da en transiciones entre niveles energéticos: a) El Elec ectr trón óniico coss  b) Vibracionales c) Ro Rota taci cion onal ales es 2) ¿Cuál de llos os sigui siguientes entes fac factores tores pued puedee provoca provocarr desviaciones desviaciones de la ley ley de LambertLambertBeer? a) Presenc Presencia ia de grupo gruposs auxocromos auxocromos que originen originen de desplaza splazamient mientos os batocrómicos batocrómicos..

 

 b) Muy alta concentración de analito en disolución. c) Uti Utili lizaci zación ón de radia radiació ciónn monocrom monocromáti ática. ca. 3) Lo Loss ni nitr trat atos os abso absorb rben en a 220 nm nm.. ¿De ¿De qu quéé ma mate teri rial al deben deben ser las las cu cubet betas as que se utilicen en la determinación de este analito? a) Plástico  b) Vidrio c) C uarzo 4) La ley de Lam Lambert bert-Bee -Beerr pres present entaa en ocasione ocasioness desviac desviacion iones es aparentes aparentes debidas debidas al sistema instrumental que se pueden minimizar mediante. a) La util utiliza izació ciónn de cubeta cubetass emparej emparejadas adas..  b) La utilización de fuentes de radiación de mayor intensidad. c) La ut utiliz ilización ación de de un detector detector de mayor sensibi sensibilidad lidad.. 5) ¿Qué fuen fuente te de radiaci radiación ón se utiliz utilizaa habitua habitualme lmente nte en espectr espectrosco oscopía pía de absorci absorción ón molecular en la región ultravioleta? a) Lámp Lámpar araa de wolf wolfra rami mioo  b) c) Lámpara Lámp Lámpar araa de de de hidrógeno arc arcoo ddee xxen enon on 6) Se puede puedenn sel selecc eccion ionar ar cubetas cubetas de distin distinto to paso óptico, óptico, siendo siendo las más adecua adecuadas das aquellas en las que: a) Se co consiguen nsiguen valores valores de transmitanci transmitanciaa cercanos cercanos aall 100%. 100%.  b) Los valores de absorbancia se mantienen entre 0,1 y 0,8. c) La aabsor bsorban bancia cia es la máxima máxima posi posible ble.. 5. DIAGRAMA DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO DEL PROCEDI PROCEDIMIENTO MIENTO ANALÍT ANALÍTICO ICO DE LA PRÁCTI PRÁCTICA CA 9 Y 10

 

6. EJER EJERCI CICI CIOS OS P PRO ROPU PUES ESTO TOS S

1) El perm perman anga gana nato to po potá tási sico co (KMn (KMnO O4) en dis disolu olución acuosa ti tieene una − − absortividad molar de 1.8∗10  L.  L . cm .mol   a 520 nm. Calcula la concentración, en mg/L, que debe tener una disolución de KMnO 4  para no superar una absorbancia de 1 en una cubeta de 10 mm de paso óptico. 1

1

4

A = c.b.e 4

−1

 L.. cm 1= c∗1 cm∗1.8∗10  L

c=

  1 1800

−1

.mol

mol / L

Concentración en mg/L: 1 1800

3

mol / L∗158∗158∗10 mg / mol =8.7778 mg / L

2) El crom cromoo (VI) se pue puede de determ determinar inar po porr espectroscopía espectroscopía de absorci absorción ón molec molecular ular en la región visible mediante la formación de un complejo coloreado con dife difeni nilc lcar arba baci cida da,, de este estequ quio iome metr tría ía 1:1. 1:1. Es Este te comp comple lejo jo pres presen enta ta un unaa absortividad molar de 41700 L·cm–1·mol–1 a 540 nm. Se cuenta con cubetas de paso óptico 0,5, 1, 2, y 5 cm. ¿Qué cubeta se debería usar para el análisis de muestras que tienen una concentración aproximada de 250 μg/L de Cr? 250μg/L de Cr →250*10-6g/L Concentración del complejo coloreado: 250*10-6g/L / 52g/mol *1 = 4.8077*10-6mol/L Considerando que se debe elegir una cubeta, para que la absorbancia se mantenga entre 0.1 y 0.8 de preferencia: A = c.b.e −6

mol / L∗b∗41700 L . cm .mol

−6

mol / L∗bcm∗41700  L . cm

0.1 > 4.8077∗10

−1

−1

0.5 cm > b

0.8 < 4.8077∗10

−1

−1

.mol

4 cm < b

Rpta: se puede elegir la cubeta de 1 o la de 2cm

3) Se pr pret etend endee de dete term rmin inar ar la co conce ncentr ntrac ació ión n de Mn en alea aleaci cione oness me medi diant antee un método espectrofotométrico de absorción molecular. Para ello se prepara una curva de calibrado de la siguiente siguiente forma: se pesan 1,2890 g de Mn(NO Mn(NO3)2 3)2 (Pm = 178,94) y se disuelven en 1000 mL de agua destilada; de esta disolución se

 

toman los siguientes volúmenes: 0, 5, 10, 20, y 25 mL en matraces aforados de 100 mL, a los que se añaden 10 mL de agente oxidante (reactivo formador de color) y finalmente se enrasa con agua destilada a. Cal Calcul culaa la conc concentr entraci ación ón de cada patró patrón n en mg/ mg/L L de Mn. Concentración en mg/L de Mn en la solución madre: 3

(=0.3962mg/mL (1.2890g / (178.94

g/mol)

*1

/1L)*55*10 mg/mol)/1000mL

Volumen tomado

0 mL

5 mL

10 mL

20 mL

25 mL

Agente oxidante

10 mL

10 mL

10 mL

10 mL

10 mL

Volumen final

0.1 L

0.1 L

0.1 L

0.1 L

0.1 L

Concentración en mg/L de Mn

0

0.3962*5/0.1 = 19.81 mg/L

0.3962*10/0.1 = 39.62 mg/L

0.3962*20/0.1 = 79.24 mg/L

0.3962*25/0.1 = 99.05 mg/L

b. Una mu muestr estraa de 1,26 1,2610 10 g, de la que se eestim stimaa que tiene tiene alr alrede ededor dor de un 5% de Mn, se disuelve en 250 mL de agua destilada. Indica cómo se debería preparar una muestra de ensayo a partir de la disolución anterior, para que el valor de absorbancia que se obtenga esté dentro de los límites de la recta de calibrado. Concentración de la dilución en mg/mL de Mn: (1.261g*5%*103mg/g)/(250mL) =0.2522 mg/mL 0.2522 mg/mL < > 252.2 mg/L El máximo valor que puede tomar la concentración de la muestra, en la recta de calibrado, es 99.05 mg/L de Mn. Debido a esto, se requiere tomar una alícuota de la dilución, agregar 10mL de reactivo formador de color en una fiola de 100mL y enrazar con agua destilada. El volumen de la alícuota debe ser tal, que la concentración resultante dé un valor menor o igual a 99.05 mg/L de Mn. Volumen de la alícuota: 99.05mg/L ≥ 0.2522mg/mL*V 0.2522mg/mL*V/0.1L   39.27 mL ≥ V

c. Otra m muestra uestra se ha preparad preparadoo de la si siguiente guiente forma: se dis disuelven uelven 0,5360 g de muestra en 250 mL de agua; de esta disolución se toman 20 mL a los traz que añaden 10 mL oxidante (formación en un ma matr az seaf afor orad adoo de 10 1000demagente L y se enra enrasa sa(formaci con con agua agón uadedest decolor) stiilada lada. . La

 

absor absorba banc ncia ia de esta esta muest muestra ra de anál anális isis is es de 0,6 0,623 23.. La recta recta de ca cali libr brado ado qu quee se obtuv obtuvoo a par parti tirr de los los pat patro rones nes anter anterio iore ress es la siguiente: y = 0,0483·x + 0,0002. Calcula el contenido en Mn de la muestra. Concentración en mg/L de Mn, de la alícuota medida. 0.623 = 0.0483* X +0.0002 mg/L de Mn X = 12.89 Gramos de Mn en la muestra: ((12.89*10-3g)/1000mL*100mL)/20mL*250mL = 0.0161g

4) Pa Para ra dete determ rmin inar ar la co conc ncent entrac ració ión n de nitri nitritos tos (NO2-) por espectroscopía de absorción molecular en la región visible se prepararon varios patrones de los que se midió su absorbancia una vez sometidos a la reacción de formación de un compuesto coloreado, obteniéndose los siguientes datos: 2

[NO ](mg/L) Absorbancia

0 0.001

10 0.127

20 0.291

30 0.451

40 0.605

a. Repres Representa enta gráficame gráficamente nte la recta recta de ccalibr alibrado ado y det determina ermina la pen pendiente diente,, la ordenada en el origen y el coeficiente de regresión.

 

b. De una mu muest estra ra de agua resi residu dual al se toma toman n 10 mL que se lle lleva van n a un matraz aforado de 100 mL junto al reactivo formador de color. Se obtiene una absorbancia de 0,255. Calcul Calculaa la concentraci concentración ón de NO 2 –   en la muestra de agua residual. Concentración en mg/L de NO2 – , en la alícuota medida.  - 0.0114 0.255 = 0.0153* X 0.0153*  = 17.41 mg/L  X X Concentración en mg/L de NO2 –  en la muestra de agua residual (17.41mg/L)/100mL*10mL = 1.7412mg/L

c. Otr Otraa muestra muestra de agua re residu sidual al tie tiene ne una concen concentrac tración ión de ni nitri tritos tos de aproximadamente 500 mg/L. Calcula el volumen máximo que se debe tomar para, una vez añadido el reactivo formador de color enrasar, a 100 mL y obtener una absorbancia dentro de los límites de la recta de calibrado. Volumen la alícuota: 40mg/L ≥de (500mg/L)/100mL* (500mg/L)/100mL*V V   8 mL ≥ V