Determinacin de la concentracin de IONES COBRE (Cu+2) PRESENTES EN UNA MUESTRA PROBLEMA MEDIANTE TITULACIN COLORIMTRICA

Luis Linares, Mara Rodrguez

Profesor: Olga Martnez, Preparador: Eduardo Reina

Laboratorio de Qumica Analtica, seccin 67, muestra N 10Escuela de Qumica, Facultad de Ingeniera, Universidad de Carabobo

Valencia, 20 de junio de 2011

RESUMEN

La espectrofotometra se puede considerar como la extensin de la inspeccin visual en donde un estudio ms detallado de la absorcin de energa radiante por las especies qumicas permite una mayor precisin en su caracterizacin y en su cuantificacin. El trmino espectrofotometra sugiere la medicin de la cantidad de energa radiante que absorbe un sistema qumico en funcin de la longitud de onda de la radiacin, as como las mediciones por separado a una longitud de onda [1]. As, en esta prctica mediante la medicin de la absorbancia de una muestra se determina la concentracin de iones cobre (Cu+2) presentes en la misma.Palabras clave: Titulacin colorimtrica, Espectrofotometra, Espectrofotmetro, Absorbancia.

INTRODUCCIN

Las titulaciones fotomtricas, se basan en la medicin de la absorbancia de una solucin para seguir el curso de una titulacin. Se caracterizan por tener la ventaja de ser ampliamente sensibles con fines de detectar el punto final as como tambin, aplicando este tipo de titulaciones se evitan gran parte de las interferencias, comparndolas con las titulaciones visuales. Debe tomarse en cuenta que este procedimiento no se limitan slo a la regin del espectro que puede ser percibida por el ojo humano y se pueden automatizar con facilidad [2].

Todas las molculas pueden absorber radiacin en la regin UV-Visible debido a que contienen electrones, compartidos y sin compartir, que se pueden excitar a niveles de energa ms elevados. Las longitudes de onda en las que ocurre la absorcin dependen de la fuerza con que estn unidos los electrones a la molcula [1].

METODOLOGA

Aforar la muestra problema con agua destilada. Se procede a seleccionar la longitud de onda de trabajo para ello se deben tomar 3 celdas las cuales deben contener: la primera agua destilada, la segunda solucin de cobre y la tercera solucin de cobre con EDTA. El barrido de onda se debe realizar en intervalos de 10 en 10 para un rango de (600-800) nm, calibrando el equipo primeramente con la celda que contiene agua destilada y posteriormente midiendo la absorbancia de las dos celdas restantes, para cada intervalo.Ajustar el equipo a la longitud de onda seleccionada anteriormente. Para preparar la muestra para el anlisis, al matraz que posee la celda incorporada aadir (35,00,1) mL de agua destilada, esta permite calibrar el equipo a una absorbancia igual a cero para la longitud de trabajo previamente ajustada, finalmente para preparar la solucin a titular se le aaden (20,0 0,1) mL de la solucin amortiguadora y (25,00 0,03) mL de la muestra problema, agitar homogneamente. Para realizar la titulacin, el titulante (EDTA) es de concentracin conocida y el volumen a aadir se debe realizar en intervalos de (0,5 en 0,5) mL, despus de verter el titulante agitar vigorosamente pero en forma de vrtice, luego colocar el matraz en el equipo y tomar el valor de absorbancia que arroja, se finaliza la titulacin cuando se obtienen valores de absorbancia constantes.

RESULTADOS Y DISCUSIN

Los espectrofotmetros son instrumentos que permiten medir la transmitancia o la absorbancia de una muestra en funcin de una longitud de onda determinada [1].

Con ayuda de un espectofotmetro, la longitud de onda mxima absorbida se descubre rpidamente a partir de la curva de absorbancia-longuitud de onda para la solucin en estudio. La longitud de onda elegida debe caer en una regin de absorbancia dond sta no est cambiando rpidamenete con el cambio de longitud de onda. As, cuando la absorbancia est en el eje de las ordenadas, se produce la mxima diferencia entre las curvas en la regin donde la absorbancia es elevada y la transmitancia es baja [2].

De ste modo se toma el valor de longitud de onda donde la diferencia entre las absorbancias medidas tanto para la solucin de cobre como para la solucin de cobre con EDTA es mxima, debido a que para este valor se presenta la mayor absorbancia medida para las soluciones; resultando la longitud de onda de trabajo igual a (710 1) nm.

Tabla 1. Datos experimentales de las solucionesConcentracin de EDTA(M 0,0001) mol/LpH del buffer( pH 0,1) adim

0,10632,2

M: Molaridad de la solucin de EDTA

Tabla 2. Barrido de la longitud de ondaLongitud de onda

( L 1) nmAbsorbancia de la solucin de Cu+2(A 0,001) adimAbsorbancia de solucin Cu+2+ EDTA(A 0,001) adimDiferencia entre las absorbancias(A 0,001) adim

6000,0030,0210,018

6100,0020,0270,025

6200,0040,0360,032

6300,0050,0460,041

6400,0060,0580,052

6500,0080,0710,063

6600,0090,0800,071

6700,0130,0940,081

6800,0160,1030,087

6900,0180,1110,093

7000,0160,1200,104

7100,0150,1270,112

7200,0130,1180,105

7300,0090,1120,103

7400,0070,1050,098

7500,0070,0950,088

7600,0040,0810,077

7700,0010,0640,062

7800,0010,0500,049

7900,0010,0380,037

8000,0010,0270,026

L: Longitud de onda A: Absorbancia

Tabla 3. Longitud de onda seleccionadaLongitud de la onda de trabajo( L 1) nm

710

L: Longitud de onda seleccionada

Esto se puede evidenciar mediante la grfica de absorbancia en funcin de la longitud de onda realizada para seleccionar la longitud de onda de trabajo.

GRAFICAFigura 1. Absorbancia de la muestra de problema de cobre y de la solucin de cobre con EDTA en funcin de la longitud de onda.

Una vez obtenido el valor de longitud de onda, se procede a construir la grfica de absorbancia en funcin del volumen del titulante (EDTA), con los valores reportados posteriormente.

Tabla 4. Absorbancia en funcin del volumen de EDTA agregadoVolumen de EDTA agregado(V 0,05) mLAbsorbancia(A 0,001) adim

0,000,014

0,500,029

1,000,044

1,500,054

2,000,048

2,500,074

3,000,080

3,500,074

4,000,089

4,500,092

5,000,104

5,500,109

6,000,110

6,500,111

7,000,111

7,500,111

8,000,111

8,500,111

9,000,111

9,500,111

L: Longitud de onda A: Absorbancia leda

Al estar la solucin problema muy diluida como es este caso, puede existir una fuente de error asociada a esto, por lo cual es necesario corregir la conductancia medida. Esta correccin se hace por el error de dilucin como se muestra en la seccin de clculos tpicos, resultando los siguientes valores de absorbancia.

Tabla 5. Absorbancia corregida en funcin del volumen de EDTA agregadoVolumen de EDTA agregado(V 0,05) mLFactor de correccin( Fc 0,005) adimAbsorbancia(A 0,001) adim

0,001,0000,014

0,501,0060,029

1,001,0130,045

1,501,0190,055

2,001,0250,049

2,501,0310,076

3,001,0380,083

3,501,0440,077

4,001,0500,093

4,501,0560,097

5,001,0630,111

5,501,0690,116

6,001,0750,118

6,501,0810,120

7,001,0880,121

7,501,0940,121

8,001,1000,122

8,501,1060,123

9,001,1130,123

9,501,1190,124

L: Longitud de onda A: Absorbancia corregida

Algunas veces una de las sustancias que participan directamente en la reaccin de la titulacin absorbe la energa radiante en una longitud de onda accesible y con ello la titulacin se puede seguir en forma espectofotomtrica sin adicionar un indicador [1].

Si la reaccin de titulacin es incompleta cerca del punto de equivalencia, la curva ser redondeada, y el punto final se localiza en la interseccin de las dos lneas que se extrapolan de los puntos que se tomaron antes y despes de la porcin redondeada [1]. Este efecto se nota en la curva de la absorbancia en funcin del volumen de EDTA que se muestra a contunuacin.

GRAFICAFigura 2. Absorbancia en funcin del volumen de EDTA agregado.

As, al intersectar las rectas se obtiene un volumen de titulante de (6,30 0,05) mL a una absorbancia igual a (0,084 0,001) adim, en el punto final de titulacin.

Tabla 6. Volumen de EDTA y absorbancia en el punto final de la titulacinVolumen de EDTA en el punto final(V 0,05) mLAbsorbancia en el punto final( A 0,001) adim

6,300,084

: Volumen de EDTA en el punto final de la titulacin.A: Absorbancia en el punto final de la titulacin.

Finalmente, con este valor del volumen de EDTA gastado en el punto final de la titulacin se pude determinar analiticamente la concentracin de iones cobre (Cu2+) prsentes en la solucin problema, como se presenta en la seccin de clculos tpicos, obtenindose de sta manera la siguiente concentracin:

Tabla 7. Concentracin de iones cobre (Cu2+) en la solucin problema Concentracin iones Cobre (Cu2+)( 0,0006) mol/L

0,0268

: Concentracin de iones cobre en solucin problema

sta concentracin se puede verificar mediante la grfica de la absorbancia en funcin de la concentracin, la cuales una funcin lineal debido a que sigue la ley combinada de Bouguer-Beer o comunmente llamada Ley de Beer.

sta establece que al estudiar el efecto del cambio de concentracin en la absorcin, se puede notar que la longitud de trayectoria a travs de la solucin se mantendr constante, pero que los resultados dependern de la magnitud de ste valor constante, expresandose de la siguiente manera [1].

Donde:: Absrobancia (adim): Absortividad molar: Espesor de la capa sobre que incide la radiacin: Concentracin (mol/L)

De esta forma la concentracin obtenida se verifica por la Ley de Beer, mediante la siguiente figura.

GRAFICAFigura 3. Absorbancia en funcin de la concentracin de la solucin problema.

Sin embargo, se nota que usando la Ley de Beer se obtiene una desviacin del valor calculado analticamente, esto se debe a que sta Ley presenta desviaciones respecto a ciertos factores.

Con frecuencia las mediciones de los sistemas qumicos reales dan grficas de la Ley de Beer que no son lineales en todo el rango de concentracin que nos interesa. Esta curvatura sugiere que no es una constante independiente de la concentracin en estos sistemas. Se supone que el valor de depende de la naturaleza de la especie absorbente en solucin y de la longitud de onda de la radiancin. La mayora de las desviaciones de la ley de Beer qu s encuentran en la prctica se atribuyen ala dificultad para controlar estos dos aspectos [1].

Por esta razn, las desviacin que se presenta tanto en la ley de Beer como en el clculo analtico de la concentracin de la solucin problema, se deben primordialmente a los valores de absorbancia medidos, puestos que el matraz al quedar expuesto al ambiente permite el paso de radiacin del medio al espectofotmetro, y resulta dificil simular las mismas condiciones para cada medicin.

CONCLUSIONES

Con la grafica de la absorbancia en funcin de la longitud de onda de la solucin, se verifica el valor obtenido de la longitud de onda de trabajo seleccionada para la titulacin, la cual fue (710 1) nm. Mediante la grafica de la absorbancia en funcin del volumen de la solucin de cobre, se determina el punto final de la titulacin de la solucin con EDTA, obtenindose un volumen de titulante igual a (6,30 0,05) mL y una absorbancia igual a (0,084 0,001) adim, en el punto final. Con la grafica de la absorbancia en funcin de la concentracin de la solucin, se verifica el valor obtenido de la concentracin de la solucin problema de cobre, calculado analticamente mediante el punto final de la titulacin, resultando igual a (0,0268 0,0006) mol/L.

REFERENCIAS

[1]. DAY, R., UNDERWOOD, A. (1989). Qumica Analtica Cuantitativa. 5 edicin. Editorial Prentice Hall. Mxico. Pginas (459-505).[2]. SKOOG, D., WEST, D. (1989). Anlisis Instrumental. 4 Edicin. Editorial McGraw-Hill. Espaa. Pginas (163, 164, 192-194).

CLCULOS TPICOS

1. Clculo del volumen inicial

= (1)

Donde:Volumen de la solucin problema (mL). Volumen de agua aadida a la solucin a titular (mL).: Volumen del buffer aadido a la solucin a titular (mL).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

= = 80,0 mL

Determinacin del error

= (2)Donde:

: Incertidumbre del volumen inicial (mL).: Incertidumbre del volumen de la solucin problema agregada (mL).: Incertidumbre del volumen de agua agregado (mL).: Incertidumbre del volumen del buffer agregado (mL).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

= = 0,18 mL

Entonces = ( 80,0 0,18 ) mL ( 80,0 0,2 ) mL

2. Clculo del volumen final

(3)Donde:

: Volumen de EDTA aadido (mL).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes al ltimo volumen de EDTA agregado, se obtiene:

= 89,5 mL

De igual modo se determina para el resto de los volmenes de EDTA agregados.

Determinacin del error

= (4)Donde:: Incertidumbre del volumen de EDTA agregado (mL)

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene: = = 0,23 mL

Entonces:= ( 89,5 0,23) mL ( 89,5 0,2) mL

3. Clculo del factor de correccin.

(5)Donde:: Factor de correccin (adim).: Volumen final de la solucin titulada (mL).: Volumen inicial de la solucin a titular (mL).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

De la misma manera se determina para los dems valores.

Determinacin del error

Donde: = error del factor de correccin (adim).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

Entonces:

4. Correccin de la absorbancia leda.

= Fc x (7)Donde:: Absorbancia corregida (adim).

: Absorbancia leda en el espectrofotmetro (adim).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

= 1,119 x

De la misma manera se determina para los dems valores.

5. Clculo del volumen de EDTA en el punto final de la titulacin.

Para determinar este volumen, se usa la grfica de la absorbancia en funcin del volumen de EDTA aadido. Para ello, se extrapolan las dos lneas rectas hasta interceptarlas, luego se proyecta el punto de interseccin haca el eje de las abscisas, obteniendo as el volumen.

El punto final tiene una absorbancia de ( 0,084 0,001) adim referido a un volumen de ( 6,3 0,05) mL.

6. Clculo de la concentracin de cobre en la muestra.

(8)

Donde:: Molaridad de la solucin problema (mol/L).: Volumen de la solucin problema (L).: Molaridad de la solucin de EDTA (mol/L).: Volumen de EDTA en el punto final (L)

Despejando y sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

Determinacin del error

Donde:: Incertidumbre de la concentracin de iones cobre (Cu+2) en la solucin problema (mol/L).: Incertidumbre del volumen de la solucin problema (mL).: Incertidumbre de la concentracin de la solucin de EDTA ( mol/L).: Incertidumbre del volumen de la solucin de EDTA (mL).

Sustituyendo en la ecuacin anterior los datos correspondientes, se obtiene:

Entonces:

= ( )