Universidad De Los Andes
Facultad De Ingeniera
Escuela De Ingeniera Qumica
Departamento De Qumica Industrial Y Aplicada
Laboratorio De Anlisis Instrumental
Mrida Edo. Mrida
Determinacin Colorimtrica De Hierro En Soluciones Acuosas
Por Espectrometra De Absorcin De Luz Visible
Josu Snchez CI 20.077.499
Yelibeth Ochoa CI 20.520.989
Mayo Del 2015
RESUMEN
En la prctica realizada se quera determinar la concentracin de hierro en una muestra
problema. Dado que el hierro muestra una absorbancia baja, es necesario convertirlo, con
un reactivo que permita su anlisis. Dicho compuesto formado es la ferroina, este es un
complejo color anaranjado que absorbe notablemente en las regiones del espectro visible
alrededor de los 512 nm. Por medio de la curva de titulacin colorimtrica se pudo
determinar la concentracin de hierro en la muestra problema dando resultando una
concentracin de (1,250 0,116) x M con 24.9% de discrepancia respecto al valor terico (0.001M). Luego con un barrido espectral se reafirm que existe un mximo de absorbancia en 512
nm. Seguidamente se observ que a pH cidos aumenta la absorbancia y disminuye cuando el
medio tiende a neutro o bsico
INTRODUCCIN
Las mediciones espectrometrcas son utilizadas para construir las curvas de titulacin
colorimtricas, las cuales consisten en una representacin grfica de la Absorbancia en funcin del
volumen de titulante aadido. Estas grficas son de especial utilidad para determinar los puntos
finales de la titulacin. Su forma depende de las especies que absorben la radiacin. [2]
Una curva de valoracin fotomtrica es una representacin grfica de la Absorbancia, corregida por
los cambios de volumen, en funcin del volumen del valorador. Si se eligen las condiciones de
manera adecuada, la curva constar de dos regiones lineales con diferentes pendientes, una tiene
lugar al principio de la valoracin y la otra localizada ms all de la zona del punto de equivalencia,
el punto final se toma como la interseccin de las dos porciones lineales. La figura 1 muestra
algunas curvas de valoracin caractersticas. La valoracin de una especie no absorbente con un
valorador coloreado que origina un producto de reaccin incoloro que da lugar a una lnea
horizontal en las etapas iniciales, seguido de un rpido ascenso de la Absorbancia pasado el punto
de equivalencia (Fig. 1 a). Por otro lado la formacin de un producto coloreado, a partir de reactivos
incoloro, produce inicialmente un aumento lineal en la Absorbancia, seguido de una regin en la
cual la Absorbancia se mantiene independiente del volumen de reactivo aadido (Fig. 2 b).
Dependiendo de las caractersticas de absorcin de los reactivos y de los productos, son posibles las
otras formas de curvas que se muestran en la Fig. 1. [1]
Fig.1 Curvas de valoraciones fotomtricas. Las absortividades molares de la sustancia a
valorar, el producto y el valorador se indican como pts ,, , respectivamente.
Con el objeto de obtener un punto final fotomtrico satisfactorio es necesario que el sistema
absorbente cumpla la ley de Beer, de otro modo la curva de valoracin carecer de las regiones
lineales necesarias para la extrapolacin al punto final. Adems como consecuencia de los cambios
de volumen, es necesario corregir la Absorbancia, los valores observados se multiplican por (V+)
/V, donde V es el volumen original de la disolucin y es el volumen de valorador aadido. Se
introduce un pequeo error como resultado de suponer que los volmenes V y son aditivos [1].
Las titulaciones colorimtricas se basan en las caractersticas de los sistemas formados, es decir, la
capacidad de absorcin que presentan los reactivos a los productos. La mayora de los complejos
formados entre metales y quelantes por transferencia de carga, vemos que uno de sus componentes
tiene propiedades de donador de electrones y el otro aceptor de electrones. El estado excitado para
que se produzca la absorcin de la radiacin, es consecuencia de un tipo de proceso interno de
xido-reduccin, debido a la transicin de un electrn del donador al aceptor. [2]
El mtodo de colorimetra tiene una amplia gama de aplicaciones para anlisis y es conveniente en
los que son modestos los requisitos de precisin, se venden en el comercio equipos de prueba
colorimtricas sencillas, tiles para determinar el pH y el contenido de cloro del agua en las piscinas
de natacin, pueden obtenerse tambin equipos para anlisis de suelos. La planta de filtracin de
agua comnmente emplea pruebas de comparacin de colores para la estimacin de Fe, Si, F y CL
en abastecimientos de agua en las ciudades. [3]
En la siguiente prctica se determinar la concentracin de hierro en una solucin problema por
titulacin colorimtrica de su complejo coloreado con solucin de orto-fenantrolina, adems que se
estudiar el efecto del tiempo y pH.
Es importante mencionar que en la determinacin de hierro, la orto-fenantrolina reacciona con el Fe
2+, formando un complejo color anaranjado el cual absorbe en las regiones del espectro visible
alrededor de 512 nm. Como el Fe 3+ no absorbe a esa longitud de onda, debe reducirse con
clorhidrato de hidroxilamina. Las reacciones se muestran a continuacin:
3C12H8N2H + Fe2+
---------> Fe (C12H8N2)32+
+ 3H+ (Ecuacin 1)
Ferroina
Rojo-naranja
(Ecuacin 2)
Hidroxilamina
MATERIALES Y MTODOS
Para medir los valores de Absorbancia se utiliz un espectrofotmetro (Spectronic 20). Analgico.
Milton Roy Company. El equipo se calibr realizando un ajuste al (0% T) siendo el agua destilada
el blanco del anlisis. Posteriormente la solucin problema de hierro se mezcl con solucin de
hidroxilamina al 10% p/v pasados dos minutos se aadi la ortofenantrolina al 0.3% p/v en las
proporciones 2:0.5:2 ml respectivamente. La acidez fue ajustada hasta un pH de 5 por adicin de
solucin de acetato de sodio 2M, la Absorbancia se midi una vez preparada la solucin y despus
de dos min para observar la estabilidad en el tiempo. De manera similar se prepararon varias
soluciones, pero agregando en este caso diferente alcuotas de ortofenantrolina y de esta manera
medir la Absorbancia y graficar sta en funcin del volumen de ortofenantrolina. Para la
experiencia 3 se prepararon cuatro soluciones a diferentes pH (entre 2 y 12), y midiendo una vez
ms la Absorbancia se estudi mediante una grfica el efecto que tiene sobre sta. Por ltimo para
la misma solucin problema se midi la Absorbancia a diferentes longitudes de onda para la
construccin del espectro.
Tabla 1: Propiedades de los reactivos utilizados en la titulacin conductimtricas.
Sustancia
[] Normal
% Soluciones
Pm
Densidad
g/cm3
Empresa
CH3COONa
Solucin
2M
- 82 1.45 -
Hidroxilamina
clorhidrato
- 10 69,49 - Scharlau.
1-10-fenantrolina - 0.3% p/v - - Riedel- de Han
NaF - 99% 41.98 2.558 Merk
Oxalato de
sodio
- - 134 - allied chemical
Corporation
Cl3Fe.6H2O - - 270,30 - Cientifica andina
C.A
RESULTADOS Y DISCUSION
Tabla 2. Datos Experimentales de absorbancia @512 nm con volumen de orto-
fenantrolina.
V o-fenantrolina A
0,1 0,16
0,2 0,25
0,3 0,37
0,5 0,57
1 0,56
1,5 0,55
2 0,56
Figura 1. Absorbancia vs volumen de Orto-fenantrolina.
Tabla 3. Datos Experimentales de PH y absorbancia.
PH A
2 0,36
4 0,52
5 0,56
9 0,54
12 0,48
Figura 2. Absorbancia vs PH.
y = 1,0371x + 0,0523 R = 0,9984
y = -0,008x + 0,57 R = 0,4
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Ab
sorb
anci
a
V o-fenantrolina (ml)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
PH
Tabla 4. Datos Experimentales de longitud de onda y absorbancia.
(nm) A
375 0,12
400 0,23
425 0,36
450 0,44
475 0,52
500 0,56
512 0,56
525 0,48
550 0,2
575 0,06
600 0,03
625 0,03
Figura 3. Absorbancia vs (nm)
En los resultados obtenidos en la prctica vemos que se logr cumplir el objetivo de la
misma al determinar la concentracin en una muestra problema de hierro, para esto se
prepar inicialmente una serie de disoluciones de hierro con ortofenantrolina aadiendo
diferentes volmenes de este ltimo compuesto, los volmenes usados se reportan en la
tabla 2 para cada una de estas soluciones se midi la absorbancia y se construy la figura 1
donde observamos dos zonas lineales de pendientes diferentes y donde esta se interceptan
encontramos la formacin del complejo absorbente, adems del punto final de la titulacin,
cuyo volumen nos permiti determinar la concentracin de la muestra problema (1,250
0,116) x M la cual discrepa en un 24.9% del valor esperado. Este resultado es
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
300 350 400 450 500 550 600 650
Ab
sorb
anci
a
(nm)
bastante satisfactorio ya que la concentracin hallada esta en mismo orden de magnitud de
la concentracin del patrn (0.001 M), los errores que pudieron haber afectado son los
cometidos al momento de realizar diluciones o trasvasar volmenes con las pipetas, adems
de los errores de apreciacin en la lectura de absorbancia. Luego en la tabla 3 encontramos
los datos para graficar la curva de absorcin versus el pH (figura 2), aqu podemos observar
la influencia del pH sobre las medidas de absorbancia y notamos que en medio acido la
absorbancia aumenta, es decir, el complejo formado es capaz de absorber mayor radiacin
en un medio acido a una misma longitud de onda (512 nm). Por ltimo se hizo un barrido
espectral a una solucin patrn de hierro 0.001 M (tabla 4) con la finalidad de corroborar la
existencia de un mximo de absorbancia alrededor de 512 nm, con los datos obtenidos se
grafic la absorbancia versus la longitud de onda, donde podemos comprobar que si existe
un mximo de absorbancia en 512 nm.
CONCLUSION
- Se logr determinar la concentracin de hierro en una muestra problema por medio
de una valoracin colorimtrica.
- La concentracin de hierro encontrada es de (1,250 0,116) x M con una
discrepancia de 24.9% del valor terico.
- El complejo fenantrolina tiene un mximo de absorcin a 512 nm.
- En un medio acido la absorcin del complejo se ve ms favorecida que en uno
bsico.
- Los errores en obtenidos en las medidas hechas son debidos a la apreciacin en la
lectura de los datos de absorbancia y a errores al trasvasar volmenes y preparar
soluciones
BIBLIOGRAFIA
[1] Douglas A. Skoog; F.James Holler; Timothy A. Nieman. (2001) Principios De
Anlisis Instrumental. Quinta edicin. McGraw Hill Interamericana de Espaa S.A.
Madrid Espaa. Pag 372-374.
[2] Douglas A. Skoog, Donald N. West. (1974). Fundamentos de qumica analtica tomo
1 y 2. REVERTE S.A. Espaa.
[3] Mtodos Normalizados para el anlisis de aguas potables y residuales. 17 edicin.
Ediciones Daz de santos. S.A, 1992. Madrid Espaa.
MUESTRA DE CLCULO
1. Construccin de la curva de titulacin colorimtrica para la determinacin de
la concentracin de hierro en la solucin.
Tabla 2. Datos Experimentales de absorbancia con volumen de orto-fenantrolina.
V o-fenantrolina A
0,1 0,16
0,2 0,25
0,3 0,37
0,5 0,57
1 0,56
1,5 0,55
2 0,56
Se grafic absorbancia en funcin del volumen de orto-fenantrolina, obtenindose lo
siguiente.
Figura 1. Absorbancia vs volumen de Orto-fenantrolina.
En la Figura 1. Se observan dos rectas que se cortan, el punto de interseccin, es el
volumen de equivalencia, representa la cantidad de orto-fenantrolina necesaria para formar
el complejo con el hierro. Para determinar este punto, se realiz un ajuste con la recta antes
del punto de equivalencia y otro con la recta despus del punto de equivalencia. El ajuste se
y = 1,0371x + 0,0523 R = 0,9984
y = -0,008x + 0,57 R = 0,4
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Ab
sorb
anci
a
V o-fenantrolina (ml)
realiz con el mtodo de los mnimos cuadrados para ambos casos, a travs de las
siguientes ecuaciones:
|
|
|
|
|
|
|
|
Determinacin de la recta antes de punto de equivalencia.
Para la determinacin de esta recta, se tomaron los datos de la Tabla 1. hasta un volumen
aadido de orto-fenantrolina igual a 0,5ml ya que despus de este punto se observo cambio
en la pendiente.
Tabla 5. Clculo de los mnimos cuadrados para antes del punto de equivalencia.
xi yi xi2 xi*yi (yi-mxi-b)
2 (xi-x
-)2
0,1 0,16 0,01 0,016 1,6E-05 0,030625
0,2 0,25 0,04 0,05 9,4367E-05 0,005625
0,3 0,37 0,09 0,111 4,3184E-05 0,000625
0,5 0,57 0,25 0,285 7,3469E-07 0,050625
1,1 1,35 0,39 0,462 0,00015429 0,0875
Sumatoria
Al tener las sumatorias, donde n=4 se determinaron los valores correspondientes de D, m,
b, sy, sm y sb.
De igual manera se realizaron los clculos para los puntos despus del punto de
equivalencia, los resultados para ambas rectas se muestran a continuacin:
Tabla 6. Resultados para las rectas antes y despus del punto de equivalencia.
recta D m Sm b Sb Sy R2
antes 0,35 1,037 0,02969 0,0522 0,00927 0,00878 0,998
despus 5 -0,008 0,00692 0,57 0,00948 0,00774 0,4
Con la interseccin de estas dos rectas se obtiene el punto de equivalencia, es decir,
Donde X= volumen de orto-fenantrolina en el punto de equivalencia.
Para el clculo del error Sx se empleo la ecuacin de error para una divisin.
(
) (
)
(
)
(
)
Determinacin de la concentracin de hierro en la solucin estudiada
Experimentalmente el volumen de solucin de hierro aadida fue de 2ml, por lo tanto:
Error de los moles de orto-fenantrolina
Aplicando reglas de propagacin de errores:
R=k*A, su error ser SR=kSA
En este caso K viene siendo la concentracin de orto-fenantrolina ya que no se dispone de
su error asociado.
Mol orto-f= (7,5 0,6)* mol
Error asociado a los moles de hierro:
Mol de hierro = (2,5 0,2)* mol
Error asociado a la concentracin de hierro
El error del volumen de solucin de hierro viene dado por el instrumento de medicin, en
este caso se utiliz una pipeta de 5ml clase A, con una tolerancia de 0,1ml:
La concentracin del hierro viene dada por: (1,250 0,116) x M.
Por otro lado, la concentracin de la solucin de hierro patrn es de 0,001M, por lo tanto:
| |
| |
2. Estabilidad del color del complejo de hierro coloreado o ferroina en funcin
del PH
Tabla 3. Datos Experimentales de PH y absorbancia.
PH A
2 0,36
4 0,52
5 0,56
9 0,54
12 0,48
Con estos datos se grafic absorbancia en funcin del PH obtenindose lo siguiente:
Figura 2. Absorbancia vs PH.
3. Determinacin del Espectro de absorcin de luz visible de una solucin de
ferrona.
Tabla 4. Datos Experimentales de longitud de onda y absorbancia.
(nm) A
375 0,12
400 0,23
425 0,36
450 0,44
475 0,52
500 0,56
512 0,56
525 0,48
550 0,2
575 0,06
600 0,03
625 0,03
Se grafic absorbancia en funcin de la longitud de onda y se obtuvo lo siguiente.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
PH
Figura 3. Absorbancia vs (nm).
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
300 350 400 450 500 550 600 650
Ab
sorb
anci
a
(nm)
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