DETERMINACIN ESPECTROFOTOMTRICA DE MANGANESO EN ACERO

I. INTRODUCCIN El acero contiene cierta cantidad de metales, en el cual uno de ellos se encuentra en pequeas cantidades de aproximadamente 0.5% pero puede variar de 0.3% - 0.8%, pero en aceros especiales puede llegar hasta 25%. Este es el Manganeso, el cual aumentaba la Fortaleza, dureza, durabilidad y resistencia al uso del acero. En las industrias de acero, la determinacin de Manganeso es obligatoria y se debe controlar su contenido en el proceso de elaboracin. La tcnica utilizada en estas industrias es la espectrofotometra de emisin de chispa pero tambin se pueden utilizar tcnicas como la absorcin atmica o la espectrometra de emisin de Plasma. En casos donde el Manganeso se encuentra por debajo del 1%, se utiliz la espectrofotometra UV-VIS. Estos mtodos se han basado en la oxidacin del Manganoso (Mn2+) al Permanganato (MnO4-) en medio acido utilizando Per yodato de Potasio (KIO4) como oxidante aunque podra tambin utilizarse NaBiO3 solido, PbO2 y K2S2O8, solo que el KIO4 es para cuando la determinacin final se realice espectrofotomtricamente ya que el KIO4 es incoloro y su exceso no perturba la determinacin espectrofotomtrica. Como hierro es el componente principal del acero, se crea una interferencia muy fuerte por parte del frrico, por lo cual se aade acido fosfrico (H3PO4), el cual acta como agente enmascarante, eliminando as la interferencia, formando el complejo Fe-fosfato incoloro. El per sulfato (S2O82-) oxide el carbn que acido ntrico no pudo oxidar. La reaccin a llevarse a cabo ser:2Mn2+ + 5IO4- + 3 H2O 2MnO4- + 5IO3- + 6H+La espectrofotometra es una tcnica que permite determinar la concentracin de un compuesto en solucin. Se basa en que las molculas absorben las radiaciones electromagnticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la concentracin.II. RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS II. 1 Obtencin del espectro de absorcin del KMnO4 Concentracin de la solucin madre de KMnO4 = 0.5 g/L Intervalo espectral = 450 600 nmSe calibro el espectrofotmetro con el blanco para verificar que estuviese funcionando correctamente, conocer el grado de calibracin del aparato; y tomar la referencia del solvente utilizado para disolver el analito que es analizado en sus diferentes concentraciones.II.2 Construccin de la curva del ion MnO4Se preparan 5 soluciones a diferentes concentraciones partiendo de la solucin madre de KMnO4 de concentracin 0.5 g/L, se toman los espectros para cada solucin tomando la longitud de onda de absorcin en 526 nm.

Figura 1. Disoluciones en diferentes concentraciones partiendo de la solucin madre de permanganato

Tabla N 1Datos referentes a la curva de calibracin de la A Vs Con de las disolucionesBaln Vol. Sln patrn (mL)Conc sln ( g/L)A (525 nm)

A1.50.0150.229

B30.0300.441

C3.50.0350.512

D40.040.591

E50.050.738

Con los datos obtenidos en cada una de las disoluciones se construye la curva de calibracin

Grafica 2. Curva de calibracin de la soluciones preparadas a partir de la solucin madre de concentracin 0.5 g/L, dada por el espectro Uv-visible.

Grafica 3. Curva de calibracin de la soluciones preparadas a partir de la solucin madre de concentracin 0.5 g/L, hecha en Excel.PendientesEspectro Uv- visible = 14.557Sacada con la tangente = Excel= 14,68

Se puede observar que los puntos fueron congruentes lo que cabe decir que las diluciones fueron preparadas correctamente, en las pendientes las diferencias son mnimas.

Figura 4. Espectro Uv-visible de la solucin KMnO4

Figura 5. Espectro Uv-visible de la solucin KMnO4 %T vs (nm)

En la figura 4 y 5, podemos observar el espectro de absorcin de la solucin de permanganato de potasio; observando claramente 3 picos bien definidos y un pequeo hombro al lado izquierdo y al lado derecho alrededor de los 485 y 570 nm respectivamente pero que no tiene importancia en el anlisis; y se aprecian tambin 3 valles.La longitud de onda mxima se encuentra alrededor de los 525 nm que presento una absorbancia de 0,568 y corresponde al segundo pico de la banda de absorcin.Tabla N 2 Caractersticas espectrales del ion permanganato

II.2.1 Verificacin de la dependencia a la ley de BeerTabla N 3 Datos referentes a la verificacin a la ley de Beer y los referentes a al estudio del intervalo ideal en que es cumplida la ley de Beer (curva de Rigbam)BalnVol. Sln Conc. g/LLog concA(525 nm)% T100-%T

A1.50.015-1.8240.2358.941.1

B30.030-1.5230.4436.3063.7

C3.50.035-1.4560.5130.9069.1

D40.04-1.3980.5925.7074.3

E50.05-1.3010.7418.1981.8

Figura 6. Curva de Rigbam para el sistema KMnO4

C1 = 10-1.81=0.0155C2= 10-1.3=0.0501

Se pudo comprobar que esta bien el intervalo en la curva de Rigbam que es 0.0501-0.015 g/L que son los correspondientes a las concentraciones dadas al principio.

II. 3 Determinacin de manganeso en acero

Figura 7. Materiales usados en la determinacin del manganeso en acero; agua regia, Maquina de afeitar.

Figura 8. Calentamiento en determinacin del manganeso en acero. Se pes 0.05 gr de acero extrados de una mquina de afeitar, se le adicion 10 mL de agua regia y fue sometido a calentamiento.

Figura 9. Solucin despus de adicionarle agua destilada y H3PO4 conc.

Al enfriarse, se le aadieron a la solucin 2 mL de H2SO4 conc; se calent hasta observar el desprendimiento de gases blanco. Se dejo enfriar y se le adicionaron 10 mL de agua destilada y 5 mL de H3PO4, verificando que la Solucin sea incolora.

Figura 10. Solucin despus de agregarle KIO4 en calentamiento

Por ultimo se aade 0,3 gr de yodato de potasio. Se dej hervir la solucin por 1 minuto aproximadamente y se continuo con su calentamiento 5 minutos ms hasta que la solucin se torno violeta, indicndonos la formacin del permanganato.

Tabla N 4 Concentraciones de las soluciones problema en la determinacin de manganeso en acero dadas por el espectro Uv- visible

Figura 10. Curva de calibracin de las soluciones desconocidas en la identificacin del manganeso en acero.

Se puede observar que los puntos fueron congruentes lo que cabe decir que las diluciones fueron preparadas correctamente. II. 4 Ejercicios y Preguntas

II. 4.1 Escriba y discuta la ecuacin qumica inherente a esta determinacin. La reaccin que tiene lugar seria:KIO4

Mn+2 Mn+72Mn3+ + 2H2O MnO2 + Mn2+ 4H+3MnO4 -2 + 2H2O MnO2 + 2MnO4- + MnO2 + 4OH-4MnO4 - + 4H+ 4 MnO2 + 2H2O + 3O22Mn2+ + 5IO4- + 3H2O 4MnO4- + 5IO3- + 6H+

En esta reaccin el KIO4 es un agente oxidante fuerte y luego de tener el manganeso (II) en la solucin, fcilmente es oxidado a manganeso (VII). La solucin pasa de estar incolora a una coloracin violeta caracterstico del permanganato de potasio.

II. 4.2 Calcule el coeficiente de absortividad molar del ion permanganato

PM= 158 g/mol

II. 4.3 Con los datos obtenidos del espectro de absorcin (A Vs longitud de onda), construir el espectro de absorcin graficando l %T en funcin de la longitud de onda.%T=10-A x 100Tabla N 5 Datos obtenidos por el espectro (nm)%T

507,00537,33

525,80727,04

545,30628,38

II. 4.4 Con los datos obtenidos calcule l %Mn en el acero analizado

Para muestra prob 1

Para muestra prob 2

Para muestra prob 3

.II. 4.5 Porque es necesario tratar el acero con agua regia?Aunque el agua regia disuelve el acero, ninguno de sus cidos constituyentes puede hacerlo por s solo. El acido ntrico es un potente oxidante, que puede disolver una cantidad minscula (prcticamente indetectable) de acero, formando iones de manganeso. Por su parte el HCl proporciona los cloruros que reducen el permanganato formado y por lo tanto, hubo necesidad de utilizar HCl, deben ser eliminados previamente en forma de vapores de HCl calentado la disolucin en presencia de H2SO4. Puesto que est presente Fe (III) amarillo, se adiciono acido fosfrico para formar el complejo incoloro de hierro-fosfato. Cantidades importantes de otros iones coloreados (Ce4+, Ni2+, Co2+, Cu2+y Cr2O72-) tambin interfieren. Adems por calentamiento se elimino el NO en forma de un gas marrn.

II. 4.6 Cul es la funcin del KIO4?El KIO4 es muy utilizado como oxidante cuando la determinacin final va a realizarse espectrofotomtricamente ya que el per yodato es incoloro de modo que su exceso no perturba la determinacin espectrofotomtrica. Sin embargo, este oxidante no es recomendado en el caso de llevar a cabo de un mtodo volumtrico dado que es difcil de eliminar posteriormente el exceso del mismo.

II. 4.7 Cul es la funcin del cido fosfrico?El manganeso en el acero presenta una posible interferencia de parte del hierro, esto se debe a que el hierro se encuentra en grandes proporciones y al disolver el acero este ha pasado a ion frrico. La interferencia del ion frrico se puede minimizar al aadir acido fosfrico donde el ion del fosfato forma un ion de complejo incoloro con el hierro.

II. 5 CONCLUSIONES

Se determino el porcentaje de manganeso en una muestra de acero presente en algn producto de uso comercial, mediante la digestin del acero para tratar sus aleaciones y utilizando los mtodos de anlisis instrumental como herramienta principal y como un mtodo moderno que facilita realizar este tipo de anlisis, en este caso el espectro de absorcin molecular, que proporciona al qumico herramientas que le permiten hacer un anlisis mucho ms detallado al tratar con este tipo de analitos presentes en las aleaciones.

II. 6 BIBLIOGRAFIA

SCOOG, Dooglas. Principios de anlisis instrumental. Quinta edicin. Editorial McGraw-Hill.Espaa 2001.WALTON, Harold F. Anlisis Qumico e Instrumental Moderno. Editorial Revete S.A Espaa1978.EWING, Galen W. Instrumental Methds of Chemical Analysis. Segunda Edicin. EditorialMcGraw-Hill. Espaa 1960

AC

00

0,00250,043735

0,0050,078985

0,0250,39641

0,030,48762

0,0350,55481

0,040,64594

0,0450,72358

0,060,96393

0,11,5795