El color de los compuestos químicos

Leonel Rodríguez, Johnell Díaz, Natalie Reyes, Laura Richiez, Karla Pagan, Patricia AguirreUniversidad de Puerto Rico, Recinto de Rio Piedras

EXTRACTO

En este experimento estudiamos las longitudes de onda, absorbancia, transmitancia y la relación que tienen estas con la concentración de una solución. Para estudiarlas se usó el Spectronic 20 que mide la transmitancia y absorbancia a diferentes longitudes de onda. Los resultados fueron que a mayor concentración, mayor absorbancia, y menor % de transmitancia. También comprobamos que el color que transmite la materia es el color opuesto del color que absorbe.

INTRODUCCIÓN

A pesar de nosotros percibimos el aire y atmosfera que nos rodea como un espacio vacío, es todo lo contrario. A través de lo que nosotros percibimos como espacios vacíos hay un sin numero de ondas electromagnéticas que viajan por esos espacios. Estas ondas se propagan por el espacio en un componente electrónico y magnético, y viajan continuamente. Existen diferentes tipos de onda en espectro electromagnético como los rayos gammas, rayos x, rayos ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, microonda y frecuencia de radios. Muchas de estas ondas se pasan viajando a nuestros alrededores, sin nosotros darnos cuenta, e interaccionan con el mundo que nos rodea en muchos aspectos. Por ejemplo, es gracias a las frecuencia de radio que podemos escuchar sonidos, producidos y grabados en una estación de radio, que se envían a través de las ondas para que se escuchen en el dispositivo que las recibe. Igualmente, utilizamos las microondas para calentar nuestras comidas, enviar señal telefónica a los celulares y enviar las señales de internet inalámbrica. Y todo esto ocurre frente a nuestros ojos, aunque ellos no lo puedan percibirlo. Solo existe una región pequeña en el espectro electromagnético que nuestros ojos pueden percibir. Esa región es mejor conocida como luz visible, y contiene las ondas que se encargan en darle color a materia que nos rodea.

El compuesto químico con el que se trabajo en este experimento se utilizo tres sales hidratadas

que tiene un color intenso. De estas sales, el nitrato de cobre tiene un color azul oscuro, el nitrato de niquel tiene un color verde, y el cloruro de cobalto tiene un color rojo. Este color es el producto de la interacción del compuesto hidratado con la luz que se transmite de este compuesto. El color que este compuesto transmite esta asociado con longitudes y frecuencias de ondas especificas. De la onda de luz visible, nuestros ojos pueden detectar violeta, azul, verde, amarillo naranja, rojo, los cuales son los colores principales de esta onda. El color que nosotros vemos es el color que la materia transmite, es decir, los colores que vemos son aquellos no absorbidos por la materia. Existe también lo que se conoce como los colores complementarios y al estar unidos forman la luz “blanca”. Utilizando la roseta de colores es una manera de ver esta interacción entre colores.

Las ondas electromagnéticas se miden en longitud de onda (λ) y en frecuencia (v). Las ondas de la luz visible van desde 380 a 780nm. La transmitancia es el porciento de la razón entre la intensidad de la luz incidente y la intensidad de la luz que sale de la muestra.

La absorbancia es el logaritmo de la razón entre la intensidad de la luz que sale de la muestra y la intensidad de la luz incidente (que choca con la muestra) menos dos.

Existen instrumentos de laboratorio que se pueden utilizar para medir la absorbancia y % transmitancia de la luz en los compuestos. En este experimento, el instrumento que se utilizo fue el Spectronic 20. Instrumentos, como el Spectronic 20, tienen un detector que convierte la energía que transmite una sustancia en una corriente eléctrica, la cual puede ser medida electrónicamente. Nuestro objetivo es determinar la relación entre la longitud de onda, absorbancia y % transmitancia. También exploraremos la relación que hay entre el color que exhibe la sustancias, la interacción de estas en la luz visible, y como esta se comporta con soluciones de diferentes concentraciones de un compuesto.

MEDODOLOGÍAPreparaciónAntes de comenzar el experimento, se llevaron acabo las medidas de precaución al utilizar las gafas y bata de laboratorio. Igualmente, se encendió el Spectronic 20 para dejarlo calentar de 15 – 20 min antes de utilizarlo. Se buscaron todos los instrumentos necesarios para este laboratorio, los cuales son: un matraz cónico de 100mL, tres matraces cónicos de 50mL, una pipeta de 10mL, una pipeta de 5.00mL, seis celdas, el Spetronic 20, y “Kim-wipes”. La cristalería entre estos instrumentos fue lavada antes de ser utilizada para evitar cualquier tipo de contaminación. También nos aseguramos de tener la sal que nuestro equipo utilizo par este experimento: Cu(NO3)2  . 6H2O, Ni(NO3)2  . 6H2O, CoCl2  . 6H2O Una vez se adquirió todo lo necesario, se comenzó con el experimento.

Los colores en el espectro eléctricoLo primero que se hizo fue identificar a que longitud de onda se encuentra la región de los colores violeta, azul oscuro, azul claro, verde, verde amarillo, amarillo, naranjado, rojo. Para lograr esto, una vez que el espectrómetro ya este listo, se coloco un pedazo desgastado de tiza en una celda y se coloco la celda en la cámara del espectrómetro. Se ajusto la longitud de onda a 420nm y se observo el color que la tiza blanca y transmitió. Se anoto la longitud de onda y el color transmitido antes de pasar con la próxima longitud de onda. Esto se repitió a longitudes de onda de 420 a 660nm con una diferencia de 20nm entre cada onda. Una vez se finalizo el proceso, se obtuvo una tabla que indica la región de cada color por longitud de onda en el espectro electromagnético.

Preparación de las soluciones 0.6M Se obtuvo Cu(NO3)2  . 6H2O, lo cual fue la sal que nos fue asignada por la instructora. Se anoto su color, al igual que su formula química y su peso molar. Con los datos anotados, adquirimos los gramos necesarios de Cu(NO3)2  . 6H2O para crear una solución de 100mL 0.60M. Primero se disolvió completamente los gramos necesarios de Cu(NO3)2  . 6H2O en 50mL de agua destilada. Se transmitió estos 50mL a un matraz cónico de 100mL. Para crear la solución 0.60M, llenamos el matraz cónico con agua destilada hasta la marca de 100mL. Con esto, ya se creo la solución necesaria para la próxima parte del experimento.

Buscando el λ máx. de cada soluciónAntes de tomar cualquier medida con el espectrómetro, se calibro de la siguiente manera. Primero, se ajusto el espectrómetro a la longitud de anda a 420 nm, y, con la cámara cerrada, se ajusto el % de Transmitancia a 0. Luego, se tomo una celda que esta llena de 2/3 partes de agua destilada, se limpio por fuera, y se coloco en la cámara. Se ajusto el % de Transmitancia a 100%. La calibración del espectrómetro se llevo acabo cada vez que se hacia una medida con una onda diferente. Una vez calibrado el espectrómetro en la longitud de onda deseada, toamos una celda llena de la solución de Cu(NO3)2  . 6H2O previamente preparada, se limpio por fuera, y se coloco en la cámara de espectrómetro. Se anoto el % de Transmitancia dada por el espectrómetro y se calculo la Absorbancia. Una vez anotado todos los datos, se repitió los últimos pasos por cada longitud de onda en las que se llevaron acabo las medidas. Se midió el % de transmitancia y la absorbancia en la medidas entre 420 a 700 nm con 20nm de diferencia entre cada longitud de onda. Basándonos en los resultados, se determino el λ máx. de la sal. La longitud de onda donde se presenció el λ máx. nos indica el color de la onda que mas absorbe el compuesto de Cu(NO3)2  . 6H2O. Se anoto la longitud de onda del λ máx. la cual se utilizo para obtener mejores resultados en el resto del experimento.

El % transmitancia y absorbancia en diferentes concentracionesDe la solución de 100mL de Cu(NO3)2  . 6H2O 0.60M previamente preparada, se tomo 10, 15, 20mL de la solución y se coloco cada medida en su propio matraz cónico de 50mL. Luego, se lleno cada matraz volumétrico con agua destilada hasta que la solución llego a la marca de los 50mL. Con esto, se creo diversas soluciones de 50mL de Cu(NO3)2  . 6H2O a diferentes concentraciones: 0.12M, 0.18M, 0.24M. A cada una de estas soluciones, se les tomo suficiente muestra para llenar 2/3 partes de la celda. Se calibro el espectrómetro, y se ajusto la longitud de onda a la medida donde se obtuvo el λ máx.. Se tomo la celda conteniendo una de las concentraciones y se coloco en la cámara del espectrómetro para medir el % de transmitancia. Una vez obtenida el % de transmitancia, se calculo la absorbancia de la solución. Esto se repitió con las otras dos concentraciones de la solución de Cu(NO3)2  . 6H2O.

DATOS TABULADOS

Tabla 1: Regiones por colores en el espectro electromagnéticoLongitud de Onda (nm) Color Observado

420 nm Violeta440 nm Violeta460 nm Azul480 nm Azul / Verde500 nm Verde / Azul Claro520 nm Verde540 nm Verde Claro560 nm Verde / Amarillo580 nm Amarillo600 nm Naranja620 nm Rojo / Naranja640 nm Rojo660 nm Rojo

Tabla 2: Determinación del λ máx. en Cu(NO3)2 . 6H2O

Longitud de onda (nm)

% Transmitancia de Cu(NO3)2 . 6H2O

420 98.0

440 98.2

460 98.5

480 97.0

500 95.0

520 87.0

540 79.0

560 63.0

580 48.5

600 36.0

620 31.5

640 30.0

660 29.5

680 30.0700 32.0

GRAFICA

420 500 580 6600

0.2

0.4

Absorbancia de Cu(NO3)2 . 6H2O

Absorbancia de Cu(NO3)2 . 6H2O

Longitud de Onda (nm)

Ab

sorb

anci

a

420 500 580 6600

0.5

1

1.5

2Absorbancia v.s. Longitud de onda

Cu(NO3)2 . 6H2O

CoCl2 . 6H2O

Ni(NO3)2 . 6H2O

Longitud de Onda (nm)

Ab

sorb

anci

a

0.11 0.18 0.2545

49

53

57

61

% Transmitancia a diferentes con-centraciones de Cu(NO3)2 . 6H2O

% Tra...

Concentracion

% T

ansm

itan

ci

0.1 0.15 0.2 0.250.2

0.220.240.260.28

0.30.320.34

Absorbancia a diferentes conce-traciones de Cu(NO3)2 . 6H2O

Ab-sor...

Concentraciones

Ab

sorb

anci

a

CÁLCULOS

Preparación de la solución de Cu(NO 3)2   . 6H 2O 0.6M

M = moles / Litros

(0.60M) (100 x 10-3L) = 0.06 moles de Cu(NO3)2 . 6H2O

0.06 moles Cu(NO3)2 . 6H2O (241.60g Cu(NO3)2 .

6H2O / 1 mol Cu(NO3)2 . 6H2O) = 14.496g Cu(NO3)2 . 6H2O = 14g Cu(NO3)2

. 6H2O

Calculación de absorbancia utilizando el % transmitancia

A = 2 – log (%T)

480) 2 – log (96) = 0.0177

660) 2 – log (29.5) = 0.524

Preparación de soluciones de Cu(NO 3)2   . 6H 2O a diferentes concentraciones

(M1) (V1) = (M2) (V2)

Primera concentración[(20.00mL) (0.60M)] / (50.00mL) = 0.24M

Segunda concentración[(15.00mL) (0.60M)] / (50.00mL) = 0.18M

Tercera concentración[(10.00mL) (0.60M)] / (50.00mL) = 0.12M

RESULTADOS TABULADOS

Tabla 1: La absorbancia a diferentes longitudes de ondas

Longitud de onda (nm)

Absorbancia Cu(NO3)2 .

6H2O420 0.009440 0.008460 0.007480 0.013500 0.022520 0.060540 0.102560 0.201580 0.314600 0.444620 0.502640 0.523660 0.530

680 0.523700 0.495

λ máx.: 660nm

Tabla 2: Determinación del λ máx. en las tres sales

λ %T CoCl2

.

6H2O

%T Cu(NO3)2

.6H2O

%T Ni(NO3)2

.

6H2

O

A CoCl2

.6H2

O

A Cu(NO3)2

.6H2O

A Ni(NO3)2

.6H2O

420 36.6 98.0 16.0 0.437 0.009 0.796440 11.8 98.2 34.0 0.928 0.008 0.469460 2.60 98.5 66.0 1.59 0.007 0.180480 1.40 97.0 90.0 1.85 0.013 0.046500 1.20 95.0 95.0 1.92 0.022 0.022520 1.60 87.0 91.0 1.80 0.060 0.041540 4.20 79.0 71.5 1.38 0.102 0.146560 16.0 63.0 61.5 0.796 0.201 0.211580 36.8 48.5 46.0 0.434 0.314 0.337600 52.2 36.0 34.0 0.282 0.444 0.469620 56.2 31.5 25.0 0.250 0.502 0.602640 59.9 30.0 24.0 0.226 0.523 0.620660 66.6 29.5 24.0 0.177 0.530 0.620680 73.6 30.0 24.0 0.133 0.523 0.620700 79.4 32.0 24.0 0.100 0.495 0.620

Tabla 3: % Transmitancia y absorbancia en diferentes concentraciones

Molaridad % Transmitancia Absorbancia

0.12 M 60.0 0.221848750.18 M 52.4 0.280668710.24 M 47.2 0.32605800

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

Los resultados observados en este experimento fueron los siguientes. Al medir la % transmitancia de la luz en las tres sales, se utilizo los datos para calcular la absorbancia de la luz en cada medida de longitud de onda. Con esta información, determinamos el lamba máximo para cada sal. El lamba máximo es la longitud de onda del color que mayormente es absorbido por el compuesto. El lamba máximo del nitrato de níquel es en 640nm (rojo), y para cloruro de cobalto es en 500nm (verde). Estas dos sales tienen sus lambas máximos en la longitud de

onda de su color complementario. Con estas dos sales vemos claramente la interacción de la luz y los colores transmitidos por la materia. En el caso del nitrato de cobre se obtuvieron unos datos dignos de curiosidad. El lamba máximo de la solución de nitrato de cobre tuvo su lamba máximo en 660nm (rojo), mientras debió haber sido en 580nm, ya que el amarillo es su color complementario. Aun mas curioso es que cuando se busco información del lamba máximo del nitrato de cobre se encontró una investigación que presenta que el lamba máximo esta alrededor de los 800nmi.

Aunque en realidad, tal vez la medida del lamba máximo dio diferente para el nitrato de cobre por algún tipo de error del espectrómetro, o humano. Ante las medidas de la absorbancia y % transmitancia del nitrato de cobre a diferentes concentraciones, pudimos observar una clara relación entre los tres factores. Claramente pudimos ver que a mayor concentración, mas luz absorbe la materia, y es menor el % transmitancia. Se puede decir que estos resultados fueron razonables ya que el significado de molaridad respalda los datos obtenido. A mayor concentración, mayor cantidad del compuesto por volumen, y mayor cantidad de materia que absorbe la luz. A menor concentración es todo lo contrario.

Posibles errores para este experimento pueden ser errores humanos al calcular incorrectamente las soluciones o otras ecuaciones necesarias. De igual manera, un posible error puede ser uno

sistemático ya que el espectrómetro pudo haber estado defectuoso, por lo cual nos pudo haber dado medidas erróneas sobre el % de transmitancia y absorbancia de los compuestos. También un error puede ser que no se dejo que el espectrómetro corriera por tiempo suficiente antes de su uso. Esta también pudo haber afectado las medidas que el espectrofotómetro presenta.

CONCLUSIÓNTomando en cuenta todos los resultado discutidos previamente, podemos concluir que se cumplieron los objetivos para este experimento. Se observo la interacción que hay entre la luz y la materia, y como esta crean los colores que nosotros observamos. Se determino que la luz a diferentes longitudes de ondas nos presenta un color en especifico. La materia interacciona con esta luz absorbiendo la radiación de las onda de luz, y la longitud de onda que mas absorbe es el color complementario de la onda que mas transmite (que percibimos). También observamos como la luz interacciona con la materia a diferente concentraciones. Se puedo determinar claramente que a mayor concentración del compuesto en la solución, mayor el la absorbancia de la onda en ese compuesto. Esto hace total sentido, ya que ha mayor concentración del compuesto, mas materia existe en la solución para absorber la luz. Este estudio físico de la luz visible, y cómo la materia se interacciona con la energía transmitida por la luz y como interacciona con sus colores, nos deja a entender aun mas el mundo que nos rodea. Es a través de estos estudios que podemos entender porque el cielo se ve azul, o porque los atardeceres de ven naranja o rojos. Incluso, nos permite entender porque la mayoría de los detergentes de ropa blanca son color azul. El azul es el color complementario del amarillo, y al combinarse, producen un “color” blanco así dejando la ropa mas blanca. Aunque no siempre lo veamos, el estudio de cómo la luz interaccionan con la materia esta por todas parte. En cierta forma, es igual que las ondas, que no se ven, pero nos rodean por todas partes.

REFERENCIAS

Arce, josefina, Rosa Betancourt, and Noel Motta. Laboratorio de quimica General. Mexico: McGraw-Hill, 2002. Print.

Matsukizono, Hiroyukia, Pei-Xin Zhua, Norimasa Fukazawa, and Ren-Hua Jin. "Turbine-like Structured Silica Transcribed Simply by Pre-structured Crystallites of Linear Poly(Ethyleneimine) Bounded with Metal Ions." Royal Society of Chemistry 10 (2009): 8. Print.Silberberg, Martin S.. Chemistry: the molecular

nature of matter and change. 6th ed. Boston: McGraw-Hill, 2012. Print.

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