UUNIVERSIDADNIVERSIDAD N NACIONALACIONAL

MMAYORAYOR DEDE S SANAN M MARCOSARCOS(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE QUÍMICA E

INGENIERÍA QUÍMICA

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

PROFESOR :RODRIGUEZ BEST, MARIA ANGELICA

ALUMNA :

DE LA ROSA HERRERA, ROCIO BEATRIZ CÓDIGO:04070083

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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

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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.

DESCRIPCION DE TÉCNICA EMPLEADA

Come se describió anteriormente el método utilizado es el análisis por

espectrofotometría en la región visible; para ello , el instrumento utilizado es el

espectrofotómetro modelo “Spectronic C-20 Génesis”. Para la calibración de este

espectrofotómetro se usó el CoCl2.6H2O y la solución de HCl al 1% como blanco.

Con la solución de CoCl2 en HCl al 1% se hacen medidas de la transmitancia entere el

rango de 474 nm a 550nm(región visible), hallando de esta manera el λ máximo, el cual

al coincidir con el valor indicado con el catálogo indicaría que la calibración es

correcta.

Luego preparamos los patrones y muestras de la siguiente manera

Descripción del proceso para la preparación de patrones:

1. Pesamos 0.20g de sal de0 Mohr (sulfato ferroso amoniacal) y se lleva a fiola de

250ml

2. 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)

3. Sacar de la plancha, enfriar, diluir hasta 50ml y agregar 0.1gr de KIO4. Hervir

por 3 minutos y finalmente llevarlo a fiola de 100ml

Descripción del proceso para la preparación de las muestras :

1. Pesamos por triplicado 0.12 g de la muestra de acero

2. Agregamos 20 ml de la mezcla de ácidos, tapar con luna de reloj y colocarlos en

la plancha eléctrica.

3. sacra de la plancha y enfriarla, diluir hasta 50ml,agregar 0.1g de KIO4,hervir por

3 minutos, enfriar y finalmente llevarla fiola de 100ml

3

Finalmente se escogió el patrón 2 (por se r 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

REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES

1) Oxidación del manganeso en acero

Q

Mn + HNO3(cc) → 2NO2(g) Mn(NO3)2(ac) + 2H2O(l)

Reacciones secundarias:

Fe+2 + HNO3 ↔ Fe+3 + NO2 + NO

MnO + HNO3 ↔ Mn+2 + NO2 + NO

2) Enmascarado al Fe+3 (acomplejado)

2PO3-4 + Fe+3 → [Fe (PO4)2]3- (Evita interferencia de coloración Fe+3 )

Ácido fosfórico 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.

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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 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.

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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.

CÁLCULOS DETALLADOS

CALIBRACIÓN DEL ESPECTROFOTÓMETRO “SPECTRONIC C- 20 GENESIS”

Luego de la calibración del espectrofotómetro con solución de CoCl2 en HCl a 1% y de medir los valores de transmitancia en el rango d 450 hasta 550 nm, cada 4 nm.Se obtuvo el gráfico “%T vs.λ ” obteniendo así el λ max igual a 514nm (según el catálogo del instrumento es igual a 510nm).

DETERMINACIÓN MAXIMA DEL λ MÁXIMO DEL PERMANGANATO.

Utilizando el blanco preparado en el laboratorio y el patrón 2, se determinó el λ máximo para el permanganato mediante la gráfica” %T vs. Λ “. Del cual se obtiene λ máximo = 525 nm.

DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE MANAGANESO EN ACEROCALCULO DE LA CONCENTRACIÓN DE Mn EN CADA UNO DE LOS PATRONES.

PATRÓN 1:-Solución estándar: MnSO4H2O = 0.1546g/250ml.-Volumen de solución estándar = 2ml

Wg Mn/250 ml =0.1546 g X PA Mn = 0.1546 g X 55g/mol 250ml PF MnSO4H2O 250ml 169g/mol

Wg Mn = 0.05 g Mn/250ml = 0.2 g Mn/L = 200ppm

Luego para 2 ml de solución Standard: 2ml de solución estándar X 0.2 gMn/L = 100 ml X Cp1

Cp1 = 0.4mg Mn/100 ml

PATRÓN 2:-Volumen de solución estándar = 5ml

5ml de solución estándar X 0.2 gMn/L = 100 ml X Cp1

Cp2 = 1.0 mg Mn/100 ml

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PATRÓN 3:-Volumen de solución estándar = 10ml

10 ml de solución estándar X 0.2 gMn/L = 100 ml X Cp1

Cp3 = 2.0 mg Mn/100 ml

MUESTRAS:

Las concentraciones de las muestras en base al peso que tomamos de muestra y que la llevamos a 100 ml fueron :

C1=0.1252gMn/100mlC2=0.1222gMn/100mlC3=0.1215gMn/100ml

Según los datos hallados en la grafica de los patrones se determinó las siguientes concentraciones :

Para la muestra 1 C1 → 0.53 mg/100mlPara la muestra 2 C2→ 0.70mg/100mlPara la muestra 3 C3→0.57mg//100ml

DETERRMINANDO EL % DE Mn EN LA MUESTRA DE ACERO SERÁ:

Para la muestra 1

%Mn = C muestra (de la curva de patrones) X 100 C muestra (de los datos teòricos)

% Mn en M1 =0.53 mg /100ml X 100 = 0.42% 0.1252*103mg/100ml

Para la muestra 2

% Mn en M2=0.70 mg /100ml X 100 = 0.57% 0.1222*103mg/100ml

Para la muestra 3

% Mn en M3=0.57mg /100ml X 100 = 0.47% 0.1215*103mg/100ml

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TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

A) CALIBRACION DEL ESPECTROFOTÓMETRO Spectronic C-20 Génesis

λ %T A(absorbancia)

450 69.6 0.157

454 66.3 0.178

458 62.5 0.204

462 59.3 0.227

466 57.5 0.240

470 55.6 0.255

474 54.0 0.268

478 52.1 0.283

482 48.6 0.313

486 49.9 0.302

490 48.1 0.318

494 46.1 0.336

498 44.2 0.355

502 43.0 0.367

506 42.1 0.376

510 41.6 0.381

514 41.4 0.383

518 42.4 0.373

522 43.2 0.365

526 44.9 0.348

530 47.1 0.327

534 50.2 0.299

538 53.9 0.268

542 57.5 0.240

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546 63.2 0.199

550 67.8 0.169

B) DETERMINACION DEL λ MÁXIMO A PARTIR DEL PATRON 2

λ (nm) %T A(absorbancia)480 70.0 0.155485 63.4 0.198490 59.2 0.228495 55.6 0.255500 49.4 0.306505 43.9 0.358510 42.8 0.369515 41.4 0.383520 36.5 0.438525 32.8 0.484530 34.8 0.458535 37.3 0.428540 36.3 0.440545 34.5 0.462550 38.0 0.420

C)Muestras de aceros utilizado(datos)W W muestra (g)/100mlW1 0.1252g/100mlW2 0.1222g/100mlW3 0.1215g/100ml

D) SOLUCIÓN STANDARD: MnSO4H2OPATRONES Vol (ml) sol

StandardP1 2ml

P2 5ml

P3 10ml

E) TABLA DE RESULTADOSSolucion Cc (mg/100ml) %T AP1 0.4 68.7 0.163P2 1 33.2 0.479P3 2 11.9 0.924M1 0.53 59.9 0.223M2 0.70 50 0.301M3 0.57 57.2 0.243

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Cc teórico (mgMn/100ml) Cc Experimental (apartir de la curva de patrones)

%Mn en la muestra

M1 125.2mg Mn/100ml 0.53mg Mn/100ml 0.42%M2 122.2mg Mn/100ml 0.70mg Mn/100ml 0.57%M3 121.5mg Mn/100ml 0.57mg Mn/100ml 0.47%

FT

11

12

13

Solucion Cc (mg/100ml) %T AP1 0.4 68.7 0.163P2 1 33.2 0.479P3 2 11.9 0.924M1 0.53 59.9 0.223M2 0.70 50 0.301M3 0.57 57.2 0.243

Curva de patrones Cc(mg/100ml) vs. Absorbancia

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

Cc(mg/100ml)

Ab

sorb

anci

aAbs= 0.475 Cc - 0.03

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DISCUSIÓN DE LA TÉCNICA EMPLEADA

El manganeso es un componente común de los aceros y sobre todo cuando esta presente

en bajos porcentajes, su determinación fotométrica es la técnica mas usada y

conveniente.

Debido a que todos los aceros contienen carbono , en la practica , pudo también

utilizarse el peroxidisulfato de amonio para la oxidación del carbono a dióxido de

carbono y así evitar q interfiera en la mediciones de transmitancia y / o

absorbancia .Además bajo cierta s condiciones de este reactivo también oxida una parte

del manganeso a oxido de manganeso (IV) hidratado. La oxidación de este óxido

insoluble a ión permanganato es difícil; por consiguiente , cualquier cantidad de este

óxido que o pueda estar presente se reduce primero a manganeso (II).El ión sulfito(o

ácido sulfuroso) logra la reducción con y un exceso se puede eliminar por ebullición,

volatilizándose el dióxido de azufre.

Sin embargo las solución de permanganato que se obtiene tiene la estabilidad limitada,

pues en cada uno el exceso de oxidante se destruye, separa o resulta inefectivo en frío.

Por consiguiente la solución del permanganato puedo descomponerse.

A pesar de la descomposición, se puede realizar una buena determinación fotométrica,

debido a su lentitud

Finalmente debido a todas las desventajas y la laboriosidad del método se puede decir

que el método más conveniente y sencillo, es el proceso de oxidación con KIO 4 ,

utilizando en la practica, ya que tiene la ventaja de no requerir catalizador es soluble en

agua y no se descompone aun en ebullición prolongada de la solución. Por lo tanto , las

soluciones de permanganato son indefinidamente estables y puede conservarse algunas

horas

DISCUSIÓN DE RESULATDOS OBTENIDOS

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Luego de analizar la calibración del espectrofotómetro, se observa que el valor λ

máximo =514 nm , es un valor cercano al que se muestra en el catálogo el cual es de

510 nm. Concluimos de esto que realizamos una correcta calibración con un rango

pequeño de error.

En lo que respecta a la determinación del λ máximo para el permanganato, usamos el

patrón 2 (por se r de concentración media a los demás ) y obtenemos como λ máximo el

punto 525nm . Partir de este valor determinamos las curvas de patrones y partir de

están hallamos la absorbancia para cada muestra los cuales se obtuvieron 0.223,0.301 y

0.243 respectivamente. Así mismo al interpolar en la ecuación de la recta hallada:

Abs= 0.475 Cc - 0.03

Obtuvimos como valores de concentración en 100ml los valores de 0.53mgMn/100ml,

0.70mgMn/100ml y 0.57mgMn/100ml respectivamente. De éstos determinamos que el

% de Mn registrado en la muestra en base a cada peso tomando de muestra para los 3

casos fueron de 0.42%.0.57% y 0.47%

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

-Debido a que el análisis se realiza a concentraciones muy pequeñas, el método por

espectrometría visible es adecuado , ya que generalmente se obtienen resultados más

exactos que en un método volumétrico o gravimétrico, y además su ejecución es mas

sencilla.

- Muy pocos reactivos son específicos par 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.

-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 mas 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 esta 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

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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

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