2.3 Práctica de laboratorio 3

1. Título: Colorimetría por comparación visual

1. Objetivo:

Mediante la determinación de la concentración de diferentes disoluciones de sulfato

de cobre por el método de comparación visual basado en el fenómeno de la

absorción de la luz, lograr las siguientes habilidades:

- Describir la instalación experimental. Colorímetro comparador de Duboscq.

- Medir distancias (paso óptico) con instrumentos de escala vernier.

- Procesar los datos de las mediciones aplicando el método de propagación por

cota.

- Reportar el valor de la concentración de cada una de las disoluciones con sus

errores absoluto y relativo.

- Elaborar el informe técnico de la práctica.

- Exponer y defender el trabajo realizado

3. Materiales: Colorímetro comparador de Duboscq, disoluciones de sulfato de cobre a

diferentes porcientos

4. Resumen teórico y descripción de la práctica:

Se conoce con el nombre de luz la energía radiante capaz de afectar la retina y al igual

que las demás radiaciones, consiste en vibraciones electromagnéticas transversales cuya

longitud de onda varia entre 400 – 800nm ( zona visible del espectro electromagnético)

y resulta una porción muy pequeña de la gran extensión que abarca las longitudes de

onda de los distintos tipos de radiaciones conocidas.

En la naturaleza existen sustancias coloreadas y incoloras

Las coloreadas: son aquellas sustancias que absorben parte de las radiaciones de esta

zona del espectro visible transmitiendo y o reflejando las restantes, ya sean

transparentes u opacas

Las incoloras: no absorben radiaciones del espectro visible

Además del método por comparación visual ( nuestro objeto de estudio ) existen

métodos más modernos , basados en el registro fotométrico que consiste en determinar

la concentración de las disoluciones, basándose en la relación que existe entre la

concentración de la misma y la intensidad de la absorción que ésta presenta para una

cierta banda de longitudes de onda a temperatura constante, recuerde que el poder

absorbente ( a( ,T ) )de una sustancia depende de muchos parámetros entre ellos: la

concentración de la sustancia, la longitud de onda de la radiación incidente y de la

temperatura . En el caso de disoluciones coloreadas la intensidad del color es

proporcional a la concentración.

Leyes de la absorción

Cuando un haz de radiaciones visibles atraviesa una disolución coloreada contenida en

un recipiente ( celda de absorción ) parte de las radiaciones son absorbidas y las

restantes atraviesan a disolución. Veamos esto en la siguiente figura

Figura 12: Efecto de un medio líquido o gaseoso sobre el paso de una banda de

radiación policromática

En la figura un haz de radiaciones atraviesa la celda de paredes muy delgadas que

contiene la disolución y se observa que el rayo emergente ha perdido intensidad, esta

perdida se debe a:

Pérdidas por reflexión. Ocurridas al pasar de un medio a otro: aire – celda, celda –

disolución, disolución - celda, celda – aire, debido a los diferentes índices de

refracción de estos medios.

Pérdidas por absorción. principal causante de la disminución de la intensidad, ya

que como en el medio existen moléculas o iones absorbentes , se absorberán

aquellas radiaciones cuya energía produzca cambios energéticos en los mismos.

Sí las paredes de la celda no fueran delgadas, habría que considerar en ellas las

pérdidas por absorción.

Como la absorción no se puede medir directamente se obtiene a partir de una cantidad

determinable: la intensidad, que es energía de una radiación que llega a la unidad de

área en un segundo , por tanto a la radiación incidente se le asigna una intensidad Io a las

reflejadas Ir , a las absorbidas Ia y a las radiaciones trasmitidas I t sobre la base que no

existen otras pérdidas apreciables se puede plantear la igualdad siguiente como

consecuencia del principio de conservación de la energía

en la práctica como se utiliza la misma celda de absorción para una serie de análisis, la

intensidad de la luz reflejada es constante , además de ser pequeña , por tanto puede ser

despreciada quedando la ecuación anterior de la siguiente forma

Ioy It pueden ser determinadas por medida directa, sin embargo Ia no puede ser medida

directamente , por tanto debe ser hallada por diferencia.

Ley de lambert – Beer

Esta ley plantea que :

(11) planteada de otra forma

donde:

L: espesor ó longitud del paso óptico ( que es el recorrido que va a tener la luz dentro

de la disolución

C: concentración de la sustancia

: coeficiente de extinción molar ( si la concentración se expresa en mol l y el espesor

L en cm) ó absortividad específica ( si la concentación se expresa en g l y el espesor L

en cm ), representandose por a

Definición de ó a: es la absorción causada por una disolución de concentración de un

mol l ó un g l respectivamente de la sustancia en cuestión y una longitud de paso

óptico de 1cm, el valor de este coeficiente es constante , dependiendo de la longitud de

onda de la radiación incidente , de la naturaleza de la sustancia absorbente y de la

temperatura de la disolución

: se denomina Absorbancia ( A ), extinción ( E ) ó densidad óptica ( DO ) y nos

da un índice de la absorción que presenta la sustancia y es proporcional a la

concentración de la misma

(12)

Vamos a cambiar la relación entre las intensidades La razón entre It I0 se representa por T y se le llama transmitancia y nos da l a

relación que existe entre la intensidad que se trasmite y la intensidad incidente.

En el caso de que la disolución que se analice no posea ningún centro absorbente, o

sea, no haya absorción, la It será numéricamente igual a I0 por lo que la razón será igual

a la unidad, por el contrario si toda la intensidad que incide es absorbida la T es igual

a cero ya que no hay intensidad trasmitida de aquí se deduce que T tomará valores entre

cero y uno por lo que se prefiere expresar esta relación en tanto por ciento , entonces T

tomará valores entre 0- 100 %

Relación entre Absorbancia y transmitancia

o sea:

por tanto(13)

Colorimetría por comparación visual

En los colorímetros visuales se ajusta el espesor ( L ) de la capa absorbente de dos

disoluciones, una de concentración desconocida que es el problema y otra que se usa

como patrón , de concentración conocida y del mismo compuesto que se analiza. El

espesor se ajusta para obtener la igualdad de intensidades de luz

Para igualar la intensidad de luz que trasmiten las dos celdas se fija ( LP ) de la

disolución conocida y se varía el espesor ( LX ) de al disolución de concentración

desconocida hasta lograr ver por el ocular una intensidad uniorme o una zona donde se

vea la misma homogéneidad del campo visual . En este momento, puede decirse que los

términos de la izquierda de las ecuaciones anteriores son iguales ya que la radiación

incidente es la misma, además como las dos disoluciones contienen la misma sustancia

puede decirse que la constante es la misma por lo que se puede plantear :

(14 )

Por este método , son posibles errores del 5 al 20 % debido a la incapacidad relativa del

ojo humano para comparar intensidades de luz, por lo que en la actualidad se emplean

equipos mas precisos donde no sea determinante la apreciación del analista. De ahí que

los métodos visuales de colorimetría son métodos subjetivos ya que ellos dependen de

la sensibilidad del ojo humano, estos métodos son muy fatigosos cuando se realiza gran

número de mediciones , además con ellos el análisis no puede ser automatizado. Esto

puede hacerse extensivo a todos los métodos fotométricos, tanto a los fotómetros de

filtro como en los espectrofotómetros.

Figura 13: Esquema interno de un colorímetro de Duboscq

1 espejo; 2 y 3 Celdas de absorción ; 4 y 5 Vástagos; 6 y 7 Prismas; 8 y 9 lentes

Celdas de absorción o cubetas: tienen que ser de paredes muy delgadas , sin embargo

cuando no se necesita calcular los coeficientes de extinción molar ( ) se pueden

emplear también un tubo de ensayo, expresándose los resultados en curvas de

calibración que presentan la variación de la absorbancia ( A ) con la concentración

( C ). Deben utilizarse siempre, e idénticos, en el calibrado y análisis los mismos tubos

de ensayos. Las celdas de absorción no deben absorber a las frecuencias que en ellas

incide por lo que en el visible ( colorimetría ) se utilizan cubetas de vidrio.

5. Parte experimental

(a) Colocar la disolución patrón en la celda de la derecha del equipo , luego llevar

esta a una posición tal que el vástago marque 10 mm en la escala respectiva , esto

se logra con el botón correspondiente

(b) Colocar la disolución a estudiar ( x ) en la celda izquierda del equipo

(c) Encender la lámpara y mover dicha celda hasta lograr que los dos campos visuales

tengan igual intensidad, es decir que se logre una homogeneidad del campo visual;

esto se logra por el botón correspondiente

(d) Mida la longitud del paso óptico por la escala correspondiente a la celda izquierda

(e) Repita el proceso desde los incisos a hasta el c hasta completar 5 mediciones para

esa disolución

(f) Retire la celda de la izquierda y regrese la muestra al frasco de origen

(g) Lleve la celda de agua destilada al portacelda de la izquierda y súbalo hasta una

altura mayor que la que alcanzó el líquido y luego seque el vástago con un algodón

o papel fino

(h) Retire la celda de agua destilada del portacelda

(i) Monte otra disolución, teniendo cuidado de que la celda esté limpia y cuando eche

la disolución endulzar la celda primero, esto quiere decir echar un poquito de la

nueva disolución en la celda, moverla alrededor de las paredes de esta y luego botar

el contenido

(j) Repita los pasos desde el inciso b en adelante hasta medir todas las muestras

(k) Lleve los resultados a una tabla como la siguiente

Tabla # 6: Para procesar los pasos ópticos de la disolución x ( debe de hacer una tabla

para cada disolución estudiada

# LX

1

2

.

.

n

suma /////////////// =

Valor medio /////////////// //////////////

6. Procesamiento de datos experimentalesDebe contener:

Tabla para cada una de las disoluciones estudiadas

Cálculo de la concentración para cada una de las disoluciones por la ecuación (14 )

Reporte la concentración con su error absoluto y relativo porcentual. Para ello

consulte las Guías metodológicas 1 y 2 del Folleto de Laboratorio de Física.

Elementos de Teoría de Errores

7. Elaboración del informe de la práctica: Elaborar un informe técnico de la práctica

con los elementos que lleva este, presentarlo y discutirlo con el docente en el próximo

laboratorio