espectros de absorción

PRÁCTICA # 1

“

EPECTRO DE ABSORCIÓN

”

INTRODUCCIÓN:

La interacción entre las ondas electromagnéticas y la materia de la región UV-visible es el campo deestudio de la espectroscopia UV-visibles o espectrofotometría. Esta basada en la relación que presenta unhaz de luz incidente en la muestra y el haz de luz que pasa por la solución.Su estudio se basa en que la cantidad de luz absorbida por la materia presente en la solución escaracterística del compuesto. La respuesta de dicho componente es función de las características del hazde luz incidente en la muestra, lo que permite determinar la respuesta en función de la calidad del hazproporcionado. Dicho conjunto de respuesta en el rango de longitud de onda de la gama UV-visible sedenomina espectro de absorción; dicha respuesta es característica de cada compuesto.

OBJETIVO:

℘

Determinar el aspecto que presenta el espectro de absorción de un colorante.

℘

Comparar el aspecto de un colorante y el de una sal colorida.

℘

Familiarizarse con la utilización y manejo de un espectrómetro UV- visible.

ANTECEDENTES

Espectro de absorción

La espectroscopia de absorción es la medida de la cantidad de luz absorbida por un compuesto enfunción de la longitud de onda de la luz. En general, e irradia una muestra con una fuente de luz y se midela cantidad de luz transmitida a varias longitudes de onda, utilizando un detector y registrando elfenómeno en un gráfico. Al contrario que en los ensayos químicos, la mayoría de las técnicasespectroscópicas no son destructivas, es decir, no destruyen las muestras durante el análisis; se puedenrealizar diferentes tipos de espectros sin pérdida o perdiendo muy poco de muestra.Cuando un sólido incandescente se halla rodeado por un gas más frío, el espectro resultante presenta unfondo continuo interrumpido por espacios oscuros denominados «líneas de absorción» que ocurrenporque el gas ha absorbido de la luz aquellos colores que éste irradia por sí mismo. Pero también se da elcaso que en la naturaleza cohabitan cuerpos que absorben radiación emitida por otros, eliminando delespectro de radiación que reciben aquellas bandas absorbidas, las cuales quedan de color negro. A esasbandas, se les suele llamar «rayas negras» o simplemente «rayas» espectrales.Por otra parte, suele ocurrir que unos cuerpo absorben sólo la radiación de unas determinadas longitudesde onda y no aceptan absorber otras de otras longitudes, por lo que cada cuerpo, cada elemento químicoen la práctica, tiene su propio espectro de absorción, el cual se corresponde con su espectro de emisión,al igual como si fuera el negativo con el positivo de una película.Un liviano, transparente y caliente gas en frente de una fuente productora de radiaciones espectrales,especialmente de características continuas, genera un espectro de absorción, el cual se distingue por unaserie de líneas espectrales oscuras entre los colores brillantes del espectro continuo. En el gráfico de la

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figura se grafica la intensidad lumínica versus la longitud de onda (visuales) contrastada con las líneasespectrales sustraídas del resto de la luz.En el caso de una estrella, cuando la luz del caliente y energético interior de ella atraviesa la más fría ymenos energética atmósfera exterior, alguno de los fotones son absorbidos por electrones, que saltan aniveles concretos de energía. Muchas de tales interacciones crean bandas oscuras en el espectrocontinuo con longitudes de onda que corresponden con los intervalos entre pares de niveles energéticos.Espectro electromagnéticoEs el intervalo de todas las frecuencias posibles, desde cero hasta el infinito. En la práctica, en el espectrose representan desde loas bajas frecuencias de radio utilizadas en las comunicaciones con submarinoshasta las altas frecuencias de los rayos gamma. El espectro electromagnético es continuo.(Figura 1: espectro electromagnético)Todas las radiaciones electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz (aproximadamente 3 x 1010cm/s,en el vacío), pero difieren en la frecuencia y en la longitud de onda.Onda electromagnética

Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través delespacio. En la naturaleza, las fuerzas eléctricas se originan de dos formas: Primero está la atracción o larepulsión eléctricas entre las cargas eléctricas (+) y (-).Las ondas electromagnéticas siguen una trayectoria rectilínea y su velocidad es constante en cada medioespecífico. Al pasar de un medio a otro la única característica que permanece constante es la frecuencia.La velocidad varía para cada longitud de onda. La frecuencia y la longitud de onda se relacionan según lasiguiente expresión matemática:

Longitud de onda = C x T = C / f

Donde es la longitud de onda, C es la velocidad de la luz en el vacío, T el periodo y "f" la frecuencia.La

frecuencia

de una onda

es el número de ondas que pasan por un punto fijo cada segundo o el númerode vibraciones por unidad de tiempo; se representa por la letra griega

ν

(>un<), y generalmente se mideen hertzios (Hz) o ciclos por segundo. La

longitud de onda

, representada por la letra griega

λ

(>lambda<), es la distancia entre dos picos (o dos valles) de una onda. La longitud de onda es unadistancia y por lo tanto su unidad de medida es el metro. Como la luz es una radiación electromagnéticaque tiene unas longitudes de onda muy pequeñas se usan submúltiplos del metro, como son el Ángstrom(Å) que es la diezmilmillonésima de metro (1x10

-8

m) y el Nanómetro (nm) que es la milmillonésima demetro (1x10

-9

m).La longitud de onda y la frecuencia, las cuales soninversamente proporcionales, están relacionadas por laecuación:

c

=

νλ

o

ν λ

c

=

c

= velocidad de la luz (3x10

10

cm/s)Donde:

ν

= frecuencia de hertzios

λ

= longitud de onda en cm.Las ondas electromagnéticas viajan como los

fotones

, corpúsculos de energía carentes de masa. Laenergía de un fotón es proporcional a su frecuencia e inversamente proporcional a su longitud de onda.Un fotón de frecuencia

ν

tiene una energía dada por:

2

Dondehes la constante de Planck: 1.58x10-37Kcal. /s o 6.62x10-37kJ/s.En ciertas condiciones, una molécula puede absorber la energía de un fotón que ha chocado sobre ella.En este caso, la energía de la molécula aumenta una cantidad igual a la energía del fotónhv . Por estarazón, la irradiación de una mezcla de reacción se suele representar por el símbolohv.Los rayos X son tan energéticos que excitan a los electrones hacia todos los niveles de energía,produciendo ionización. El ultravioleta-visible excita a los electrones a niveles de energía más altos dentrode las moléculas. Las energías de infrarrojo producen vibraciones moleculares y las energías demicroondas producen rotaciones. Las frecuencias de onda de radio (energía muy baja) producentransiciones de espín nuclear que se observan en la espectroscopia RMN.Otras ondas electromagnéticas:La naturaleza de onda de la luz origina que los diferentes colores se reflejen de forma diferente por unasuperficie, generando finas rayas paralelas [a esto se debe el que un disco compacto láser (para usomusical o para ordenador) brille en todos los colores del arco iris]. Las filas ordenadas de los átomos enun cristal también forman líneas paralelas pero mucho menos espaciadas y resultan tener el mismo efectosobre los rayos X, mostrando que los rayos X, al igual que la luz, también son ondas electromagnéticas,pero con una longitud de onda mucho más corta.Se encontró posteriormente que los haces de electrones en un campo magnético, dentro de un tubo devacío, podían hacerse inestables y emitir ondas más largas que la luz: el tubo magnetrón donde ocurríaesto fue un dispositivo de radar de alto secreto durante la II Guerra Mundial e hizo posible posteriormentela fabricación del horno microondas.Las ondas electromagnéticas lideran la radio y la televisión y la enorme industria electrónica. Perotambién se generan en el espacio (por rayos de electrones inestables en la magnetosfera, así como en elSol y en el universo remoto, informándonos sobre las partículas magnéticas del distante espacio).Las ondas, o 'disturbios', se dan en un medio invisible llamado el campo de fuerza eléctrico (que utilizapartículas cargadas, como los electrones (-) y los protones (+) que se afectan y hacen mover entre sí); sinestas partículas cargadas no puede haber campos de fuerza eléctrica y por tanto no hay ondaselectromagnéticas. Por lo tanto, los campos magnéticos podrían producir corrientes eléctricas y lascorrientes eléctricas producen campos magnéticos.

Espectrofotómetro

Un espectrofotómetro es un instrumento usado en la física óptica que sirve para medir, en función de lalongitud de onda, la relación entre valores de una misma magnitud fotométrica relativos a dos haces deradiaciones. También es utilizado en los laboratorios de química para la cuantificación de sustancias ymicroorganismos. Hay varios tipos de espectrofotómetros, puede ser de absorción atómica oespectrofotómetro de masa.

Región UV-visible:

La espectroscopia visible es una de las técnicas más ampliamente y más frecuentemente empleadas enel análisis químico; Para que una sustancia sea activa en el visible debe ser colorida: el que una sustanciatenga color, es debido a que absorbe ciertas frecuencias o longitudes de onda del espectro visible ytransmite otras más. Por ejemplo: una solución es amarilla debido a que dentro de la región visibleabsorbe radiación en el rango de 435 a 480 nm. En este rango de longitud de onda se encuentra el color azul del visible, por lo que este compuesto absorbe el color azul y transmite los colores complementariosque dan origen al color amarillo de la solución mencionada.La absorción y transmisión de las longitudes de onda de la región visible de esta parte del espectro no esla misma en substancias que den diferentes tonalidades de amarillo, por lo que podemos tener una gamadiferente de tonalidades como: amarillo canario, amarillo limón, amarillo pálido, etc.La siguiente tabla nos da una relación entre rango de longitudes de onda en que absorbe el compuesto,color absorbido y color observado o transmitido.El Ultravioleta del vacío se considera aquella región comprendida de los100 a los 190 nm. Se le llama así debido a que el nitrógeno atmosféricoEspectrovisible

λ

en nmVioleta400-450Azul450-480Verde-azul480-490Azul-verde490-500verde500-560Verde-amarillo560-575Amarillo575-590Naranja590-625rojo625-750

3

λ ν ε

hch

==

•

Propiedades químicasEl dicromato de potasio reacciona violentamente con ácido sulfúrico y acetona o hidracida. Conhidroxilamina, reacciona explosivamente y con etilenglicol a 100 ºC, la reacción es exotérmica. Lasmezclas de este compuesto con hierro metálico, tungsteno metálico y boro son pirotécnicas. En general,es incompatible con agentes reductores, materiales orgánicos y con materiales combustibles que seencuentren como partículas pequeñas, pues puede haber ignición.

•

ToxicidadEl dicromato de potasio es tóxico. En contacto con la piel se produce sensibilización y se pueden provocar alergias. Al igual que los cromatos los dicromatos son cancerígenos. En el cuerpo son confundidos por loscanales iónicos con el sulfato y pueden llegar así hasta el núcleo de la célula. Allí son reducidos por lamateria orgánica presente y el cromo (III) formado ataca a la molécula de la ADN.Residuos que contienen dicromato de potasio se pueden tratar con sulfato de hierro (II) (FeSO

4

). Estereduce el cromo (VI) a cromo (III) que precipita en forma del hidróxido o del óxido

INDICADORES ACIDO BASE

Un indicador es un compuesto orgánico en propiedades de ácido débil o base débil, cuyo ión y lamolécula correspondiente presentan coloraciones diferentes. El pH medio, al actuar sobre el equilibrio deestas dos formas hacen que los mismos capten o liberen iones OH

-

o H

+

, variando la coloración delmedio; el cambio decolor del indicador se denomina viraje.Una serie de pigmentos naturales presentan un color en disoluciones ácidas y otro color en disolucionesbásicas, por ejemplo el pigmento tornasol tiene color rojo en disoluciones ácidas y color azul endisoluciones básicas.

PROCEDIMIENTO



Preparación de la solución de permanganato de potasio: Realizar los cálculos para preparar unasolución 10

-4

M. Preparar 25ml de solución.



Preparación de la solución de dicromato de potasio: Realizar los cálculos para preparar una solución10

-4

M. Preparar 10ml de solución.



Obtención del espectro de absorción: Elija una de las soluciones anteriores y obtenga el espectro deabsorción dentro del rango de longitud de onda de 250 a 800nm realizando las lecturas en incrementosde 50nm. Repita con la otra solución.



Graficar y encontrar el máximo de absorción.

RESULTADOS:

Cálculos:

g g mol g mol KMnO g mol g mol L Lmol OCr K

0004.0109509425.3)/0377.158)(105.2(10199665.6)/9866.247)(105.2()025.0)(/0001.0(

46446722

=×=×=×=×==

−−−−

Como es muy pequeña la concentración se prepara a 0.01M y se diluye hasta obtener unaconcentración de 0.0001M

Lmol L L L L Lmol

0001.001.0001.001.0001.001.0

=××

Por lo tanto:K

2

Cr

2

O

7

= 0.0620gKMnO

4

= 0.0395g

Tabla de longitud de onda y absorbacias

7

K

2

Cr

2

O

7

KMnO

4

λ

(nm)A

λ

(nm)A3402.5003902.5003901.6134401.5934401.2414901.0614901.0615400.6925400.8955901.4575901.5096401.2696401.3046901.2346901.2597401.2537401.2727901.2887901.33018401.2408401.3048901.2568901.2729401.245

GRAFICA del K2Cr2O7

00.511.52

3 4 0 3 9 0 4 4 0 4 9 0 5 4 0 5 9 0 6 4 0 6 9 0 7 4 0 7 9 0 8 4 0

Longitud de onda

A b s o r b a n c i a (

Linea de absorción

GRAFICA del KMnO4

00.511.52

3 9 0 4 9 0 5 9 0 6 9 0 7 9 0 8 9 0

Longitud de onda

A b s o r b a n c i a (

Linea de absorción

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:



Se realizó la medición de la absorbancia en el espectrofotómetro de absorción de luz uv-visible delas muestras de concentración 0.0001M de KMnO

4

y K

2

Cr

2

O

7

. se tomaron 12 mediciones de cadacompuesto y se graficaron sin tomar en cuenta el primer valor, y se observó que para el K

2

Cr

2

O

7

elvalor más alto fue de 1.613A a 390nm mostrando su espectro en la región violeta, mismo color delcompuesto que era morado. Y su punto más bajo a 0.895A en na longitud de 540nm.

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