DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE MANGANESO EN ACERO

Presentado por:

Miguel Mateo Valencia Gaitán

Ph.D-Gustavo Adolfo OspinaAsignatura análisis instrumental II

Universidad Del QuindíoFacultad de ciencias básicas y tecnologías

Programa QuímicaArmenia –Quindío 2011

Escriba y discuta la ecuación química inherente a esta

determinación

Tabule los resultados del %T, absorbancia y concentración,

construya el grafico correspondiente la ley de Beer y calcule el

coeficiente de absortividad molar del ion permanganato

Muestra Concentraci

ón KMnO4

g/L

Vol. KMnO4

calculado

A 525nm

1. A 0,015 1,5mL 0.2412

2. B 0,030 3,0mL 0.4496

3. C 0,035 3,5mL 0.59579

4. D 0,040 4,0mL 0.5925

Problema 1.

a

1,57x10-2 O,2359

Problema 1.

b

1,218x10-2 0,1827

Con los datos obtenidos del espectro de absorción (AVslongitud de

onda), construir el espectro de absorción graficando el %Ten

función de la longitud de onda

Con los datos obtenidos calcule el % Mn en el acero analizado

Porque es necesario tratar el acero con agua regia

Cuál es la función de KIO4

Cuál es la función del acido fosfórico.

DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE MANGANESO EN ACERO

1. Obtención del espectro de absorción del permanganato de potasio.

Concentración de la solución patrón de KMnO4= 0.5 g/L

Intervalo espectral= 450-600 (nm).

Calibración del espectrofotómetro:

Se calibro el espectrofotómetro en blanco para verificar que esté funcionando correctamente y para conocer el grado de calibración de aparato; y para tomar una referencia del solvente en el que se encuentra el analito que va hacer analizado en sus diferentes concentraciones.

Figura 1. (Espectro de absorción del blanco)

DISCUSIÓN: En la figura 1, se puede observar que el espectro no posee ninguna absorción, lo que nos indica ausencia de ruidos o de interferencias, y que indica que el aparato (espectrofotómetro) está bien calibrado y podemos tomarlo como referencia para los análisis posteriores, ajustando la longitud de onda deseada.

Espectro de absorción del KMnO4:Concentración de la solución patrón: 0.5 g/LIntervalo espectral: 450-600 (nm)

Se tomo el espectro de la solución patrón (figura 2) en (Abs Vs Longitud de onda (λ)) para determinar la máxima absorbancia, los picos y los valles.

Figura 2 (espectro de absorción de la solución patrón de KMnO4).

DISCUSIÓN: En la figura 2, podemos observar el espectro de absorción de la solución patrón de permanganato de potasio; podemos observar claramente 3 picos bien definidos y un pequeño hombro al lado izquierdo de la figura alrededor de los 485 nm pero que no tiene importancia en el análisis; y se aprecian también 3 valles.

La longitud de onda máxima se encuentra alrededor de los 526 nm que presento una absorbancia de 0,56684 y corresponde al segundo pico de la banda de absorción.

Tabla de Datos:

BANDA DE ABSORCIÓN

ABSORBANCIA LONGITUD DE ONDA

1 0,42076 508 nm2 0,56684 526 nm

3 0,54679 546 nm

2. Construcción de la curva del ion patrón MnO4-:

Se prepararon 5 soluciones a partir de la solución patrón de KMnO4 de concentración 0.5 g/L. Luego se tomaron los espectros para cada una de las soluciones respectivamente y tomando la longitud de onda máxima de absorción de 526 nm.

[ ] sln patrón KMnO4 = 0,5 g / L λ max = 526 nm

V1 [ ]1 = V2 [ ]2 [ ]2 = V1 [ ]1

V2

[ ]A = 1,5 mL . 0,5 g/L = 0,015 g / L [ ]B = 3 mL . 0,5 g/L = 0,030 g / L 50 mL 50 mL

[ ]C = 3,5 mL . 0,5 g/L = 0,035 g / L [ ]D = 4 mL . 0,5 g/L = 0,040 g / L 50 mL 50 mL

[ ]E = 5 mL . 0,5 g/L = 0,045 g / L

50 mL

Tabla de Datos:

BALONES

SLN PATRÓN (mL)

H2O (mL)

[ ] (g / L)

ABSORBANCIA

% E

A 1,5 50 0,015 0,22231 3,84B 3,0 50 0,030 0,45568 1,32C 3,5 50 0,035 0,53415 0,84D 4,0 50 0,040 0,62164 -0,97E 5,0 50 0,045 0,77371 0,55

Con los datos obtenidos en cada una de las soluciones se elaboro la curva de calibración (fig.3) (A) Vs [ ] (g / L).

Fig. 3 Curva de calibración de la solución patrón del ion MnO4-

Discusión: En la figura tres, observamos que todos los puntos tienen una tendencia de linealidad, todos están ubicados sobre la línea recta por lo que podemos deducir que las soluciones fueran preparadas correctamente.

Figura 3.1 Espectro de absorción de la solución patrón del ion MnO4-

Discusión: En la figura 3,1 podemos observar que todos los espectros muestran los mismo picos y valles solo que va aumentando su absorbancia, por lo que podemos

concluir que las soluciones fueron preparadas correctamente y corroboramos la ley de beer, que la absorbancia es directamente proporcional a la concentración de las soluciones.

3. Determinación de Manganeso en Acero

Se pesó 0.056 gr de acero extraídos de una máquina de afeitar de una marca conocida, se le adicionó 10 mL de agua regia y posteriormente se añadió a un beaker para someterlo al calentamiento, hasta que la solución quedara en la mitad de su volumen original. Al enfriarse, se le añadieron a la solución 2 mL de acido sulfúrico concentrado; se volvió a calentar hasta observar el desprendimiento de un gas blanco. De nuevo se dejo enfriar y se le adicionaron 10 mL de agua destilada y 5 mL de acido fosfórico, verificando que la solución sea incolora y añadiéndole 0,3 gr de iodato de potasio. Se dejó hervir la solución por 1 minuto aproximadamente y se continuo con su calentamiento 5 minutos más hasta que la solución se torno violeta, indicándonos la formación del permanganato.

PREGUNTAS

1. Escriba y discuta la ecuación química inherente a esta determinación.

La reacción que tiene lugar seria:

Mn+2KIO4→

Mn+7

2Mn3+¿+2H 2O↔MnO2+Mn2+¿+4H +¿¿¿¿

3MnO4−2+2H 2O↔MnO2+2MnO4

−¿+MnO2+4OH−¿¿ ¿

4 MnO4−¿+4 H +¿↔4MnO2+2H 2O+3O2 ¿¿

2Mn2+ + 5IO4- + 3H2O → 2MnO4

- + 5IO3- + 6H+

En esta reacción el KIO4 es un agente oxidante fuerte y luego de tener el manganeso (II) en la solución, fácilmente es oxidado por este agente a manganeso (VII). La solución pasa de estar incolora a una coloración violeta característico del permanganato de potasio.

2. Con los datos obtenidos del espectro de absorción (A vs λ), construir el espectro de absorción graficando él %T en función de λ.

El porcentaje de transmitancia (% T), fue determinado con la siguiente fórmula:

%T = 10-A * 100

BALONES

[ ] (g / L)

ABSORBANCIA

% T

A 0,015 0,22231 59,93B 0,030 0,45568 35,02C 0,035 0,53415 29,23D 0,040 0,62164 23,89E 0,045 0,77371 16,83

Para calcular el coeficiente de absortividad molar (ԑ), se tuvieron en cuenta las siguientes fórmulas:

A=a .b . c A=ε . b . c b=1cm

a= Ab .c

ᾱ=a1+a2+a3+a4+a5

5 ⋷=ᾱ∗PM

Donde:

BALONES

[ ] (g / L)

ABSORBANCIA

% T

A 0,015 0,22231 59,93B 0,030 0,45568 35,02C 0,035 0,53415 29,23D 0,040 0,62164 23,89E 0,045 0,77371 16,83

a=Coeficiente de absortividad ⋷ = promedio del coeficiente de absortividad molar b = camino óptico ᾱ = promedio del coeficiente de absortividad

a1=0.22231

1cm∗0,015g=14,82Lg−1 cm−1

a2=0.45568

1cm∗0,030g=15,189L g−1 cm−1

a3=0.53415

1cm∗0,035g=15.261L g−1 cm−1a4=

0.621641cm∗0,040g

=15.541Lg−1 cm−1

a5=0.77731

1cm∗0,045g=17,27 Lg−1cm−1

ᾱ a=14,82+15,189+15,261+15,541+17,275

=15.6162 Lg−1cm−1

PM=158g /mol⋷=15.6162L g−1 cm−1∗158 g /mol=2467,35 Lmol−1cm−1

3. Con los datos obtenidos del espectro de absorción (A Vs longitud de onda), construir el espectro de absorción graficando él %T en función de la longitud de onda.

505 510 515 520 525 530 535 540 545 55010

20

30

40

50

60

%T Vs λ (nm)

%T Vs λ (nm)

λ (nm)

% T

4. Con los datos obtenidos calcule él %Mn en el acero analizado.

MUESTRA

[ g / L ]

A 4,0287x10-2

B 1,2581x10-2

Para A:158,04 g KMnO4 → 54,43 g Mn4,0287x10-2 → X

X = 0,0138 g/L %Mn = 0,0138 g/L x 100 = 2,831 % 0.49 g/LPara B:158,04 g KMnO4 → 54,43 g Mn1,2581x10-2 → X

X = 4,3329x10-3 g/L %Mn = 4,414x10 -3 g/L x 100 = 0,7878 % 0.55 g/L 5. Porque es necesario tratar el acero con agua regia?

Aunque el agua regia disuelve el acero, ninguno de sus ácidos constituyentes puede hacerlo por sí solo. El acido nítrico es un potente oxidante, que puede disolver una cantidad minúscula (prácticamente 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 disolución en presencia de H2SO4. Puesto que está presente Fe (III) amarillo, se adiciono acido fosfórico para formar el complejo incoloro de hierro-fosfato. Cantidades importantes de otros iones coloreados (Ce4+, Ni2+, Co2+, Cu2+ y Cr2O7

2-) también interfieren. Además por calentamiento se elimino el NO en forma de un gas marrón.

6. ¿Cuál es la función del KIO4?

El KIO4 es muy utilizado como oxidante cuando la determinación final va a realizarse espectrofotométricamente ya que el peryodato es incoloro de modo que su exceso no perturba la determinación espectrofotométrica. Sin embargo, este oxidante no es recomendado en el caso de llevar a cabo de un método volumétrico dado que es difícil de eliminar posteriormente el exceso del mismo.

7. ¿Cuál es la función del ácido fosfórico?

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 ión férrico. La interferencia del ión férrico se puede minimizar al añadir acido fosfórico donde el ión del fosfato forma un ión de complejo incoloro con el hierro.

CONCLUSIONES

Se determino el porcentaje de manganeso en una muestra de acero presente en algún producto de uso comercial, mediante la digestión del acero para tratar sus aleaciones y utilizando los métodos de análisis instrumental como herramienta principal y como un método moderno que facilita realizar este tipo de análisis, en este caso el espectro de absorción molecular, que proporciona al químico herramientas que le permiten hacer un análisis mucho más detallado al tratar con este tipo de analitos presentes en las aleaciones.

BIBLIOGRAFIA

SCOOG, Dooglas. Principios de análisis instrumental. Quinta edición. Editorial McGraw-Hill. España 2001.

WALTON, Harold F. Análisis Químico e Instrumental Moderno. Editorial Revete S.A España 1978.

EWING, Galen W. Instrumental Methds of Chemical Analysis. Segunda Edición. Editorial McGraw-Hill. España 1960