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CENTRO UNIVERSITÁRIO FEI Química Analítica Instrumental Espectrofotometria com dois solutos coloridos Alice Albanes Kanbara RA: 11.115.694-9 Geraldo Luiz Pacheco Fontana RA: 15.115.137-0 Julia Galluzzi Scott RA: 15.115.180-0 São Bernardo do Campo 2º semestre 2017 1. Resumo A espectrofotometria pode ser definida como toda técnica que usa a luz para medir as concentrações das soluções, através da interação da luz com a matéria. A luz de maneira geral é mais bem descrita como sendo uma radiação eletromagnética em virtude de sua natureza dualística, ou seja, ela existe e tem um comportamento de campos elétricos e magnéticos oscilantes. Quando a luz atravessa uma substância, parte da energia é absorvida (absorbância): a energia radiante não pode produzir nenhum efeito sem ser absorvida. A cor das substâncias se deve a absorção (transmitância) de certos comprimentos de onda da luz branca que incide sobre elas, deixando transmitir aos nossos olhos apenas aqueles comprimentos de onda não absorvidos. Sumário 1. Resumo .......................................................................................................................... 2 2. Objetivo .......................................................................................................................... 4 3. Introdução ...................................................................................................................... 4 4. Procedimento Experimental........................................................................................ 6 5. Análise de dados .......................................................................................................... 6 6. Conclusão ...................................................................................................................... 9 7. Referências Bibliográficas ........................................................................................ 10 2. Objetivo O objetivo desse experimento é calcular o pH das soluções de tampões ácida e básica através da medição de absorbância em função do comprimento de onda (λ). Determinar os valores das absortividades ε a partir dos gráficos obtidos. 3. Introdução Espectrofotômetro é um aparelho amplamente utilizado em laboratórios, cuja função é a de medir e comparar a quantidade de luz (energia radiante) absorvida por uma determinada solução, ou seja, ele é usado para medir (identificar e determinar) a concentração de substâncias, que absorvem energia radiante, em um solvente. [2] A espectrofotometria é a medida de absorção ou transmissão de luz e é uma das mais valiosas técnicas analíticas amplamente utilizadas em laboratórios de área básica, bem como em análises clínicas. Por meio da espectrofotometria, componentes desconhecidos de uma solução podem ser identificados por seus espectros característicos ao ultravioleta, visível ou infravermelho. [3] Quando um feixe de luz monocromática atravessa uma solução com moléculas absorventes, parte da luz é absorvida pela solução e o restante é transmitido. A absorção de luz depende basicamente da concentração das moléculas absorventes e da espessura da solução – caminho óptico. [3] A cor das substâncias deve-se à reflexão (transmitância) de certos comprimentos de ondas da luz branca que incide sobre elas, deixando transmitir aos nossos olhos apenas aqueles comprimentos de ondas não absorvidos. [4] Figura 1. Exemplo de espectofometria [1] Para se obter os resultados deve-se colocar a amostra em uma cubeta, e esta deve ser inserida dentro do espectrofotômetro, onde com o ajuste do comprimento de onda, apenas um do mesmo, irá passar sobre a solução da amostra onde é lida pelo detector e então se obtêm os dados. [6] Potencial hidrogeniônico (pH) O pH corresponde ao potencial hidrogeniônico (ou hidrogênio iônico) de uma solução, sendo determinado pela concentração de íons de hidrogênio (H+) e serve para medir o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de determinada solução. O pH é representado numa escala que varia de 0 a 14 medindo a acidez e basicidade de uma solução.Sendo assim, o pH 7 representa uma solução neutra, já os que estão antes dele são consideradas soluções ácidas (pH ácido), e os que estão após o pH 7 são as soluções básicas (pH alcalino). Quanto menor for o valor do pH mais ácida é a solução.[7] Figura 2. Escala de pH 4. Procedimento Experimental Transferiram-se alíquotas de 25 mL da solução do indicador verde de bromocresol a dois balões volumétricos de 100 mL. A um deles adicionou-se 25 mL de uma solução 0,5 mol/L de HCl e a outro adicionou-se 25 mL de uma solução 0,4 mol/L de NaOH. Diluiu-se até a marca e agitou-se bem. Obteve-se o espectro de absorção para as formas conjugadas ácida e básica do indicador entre 400 e 600 nm, usando água como branco. Registraram-se os valores de transmitância em intervalos de 10 nm e intervalos menores para definir o máximo e mínimo (1 nm). Calculou-se a absortividade molar das espécies nos valores correspondentes ao máximo de absorção. Transferiram-se 25 mL da solução do indicador verde de bromocresol a um balão volumétrico de 100 mL. Adicionou-se 50 mL de uma solução tampão desconhecida, diluiu-se até a marca e agitou-se bem. O valor da transmitância da solução diluída foi medido nos comprimentos de onda para as quais as absortividades molares foram calculadas. Assim, foi possível calcular o valor do pH do tampão. 5. Análise de dados Através das medições realizadas, obtivemos o 1𝑚á𝑥 = 430 𝑛𝑚 para a solução ácida e o 2𝑚á𝑥 = 600 𝑛𝑚 para a solução básica. Com isso, pudemos obter os valores das concentrações 𝐶1 𝑒 𝐶2. Á𝒄𝒊𝒅𝒐 (𝑨𝒕𝟏) 𝑩𝒂𝒔𝒆 (𝑨𝒕𝟐) 𝑻𝒂𝒎𝒑ã𝒐 𝟏 (𝑨𝒕𝟏 ′ ) 𝑻𝒂𝒎𝒑ã𝒐 𝟐 (𝑨𝒕𝟐’) 𝟏 = 𝟒𝟑𝟎 𝐧𝐦 1,122 0,320 0,778 -0,331 𝟐 = 𝟔𝟎𝟎 𝐧𝐦 -0,53 2,523 1,215 2,391 Para o cálculo das concentrações, utilizou-se as seguintes relações: 𝐴𝑡 = 𝐴1 + 𝐴2 Onde: 𝐴1 → 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 á𝑐𝑖𝑑𝑎 𝐴2 → 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑎 1 = 430 → At = ε1. b. c1 + ε2. b. c2 (I) 2 = 600 → At ′ = ε1 ′ . b. c1 ′ + ε2 ′ . b. c2 ′ (II) Para calcular da absortividade “ε” de cada substância foi preciso utilizar a seguinte fórmula: ε = 𝐴 𝑏 .𝑐 (III) Onde: 𝑏 = 1 𝑐𝑚 𝑒 𝑐 = 0,00007 𝑚𝑜𝑙/𝑙 Assim, utilizando a equação III, obtiveram-se os valores de absortividade de cada comprimento de onda ε1 = 𝐴1 𝑏 .𝑐 = 1,122 1.0,00007 = 1,6. 104 ε2 = 𝐴2 𝑏 .𝑐 = 0,32 1.0,00007 = 4,57. 103 ε1 ′ = 𝐴1′ 𝑏 .𝑐 = −0,53 1.0,00007 = −7,57. 103 ε2 ′ = 𝐴2 ′ 𝑏 .𝑐 = 2,523 1.0,00007 = 3,6. 104 Substituindo os valores encontrados nas equações I e II, têm-se: (I): 0,778 = 1,6. 104 . 1. 𝑐1 + 4,57. 10 3 . 1. 𝑐2 1,215 = −7,57. 103𝑐1 + 3,6. 10 4𝑐2 (II): 0 = 1,6. 104 . 1. 𝑐1′ + 4,57. 10 3. 1. 𝑐2′ 2,391 = −7,57. 103 . 1. 𝑐1′ + 3,6. 10 4 . 1. 𝑐2’ Fazendo o sistema da equação (I), obtemos: 𝐶1 = 3,68. 10 −5 𝑚𝑜𝑙/𝑙 𝐶2 = 4,14. 10 −5 𝑚𝑜𝑙/𝑙 A partir dos valores obtidos anteriormente,podemos calcular o Ph da solução (I) da seguinte forma: 𝐾𝑎 = 𝐻 + . [𝐼𝑛−] [𝐻. 𝐼𝑛] → −𝑙𝑜𝑔 𝐾𝑎 = − log 𝐻 + − 𝑙𝑜𝑔 [𝐼𝑛−] [𝐻𝐼𝑛] 𝑃𝑘𝑎 = 𝑃ℎ − 𝑙𝑜𝑔 [𝐼𝑛−] [𝐻𝐼𝑛] *O valor do Pka para o Verde de Bromocresol pode ser encontrado na literatura e vale 𝑃𝑘𝑎 = 4,66 Assim,temos: 4,66 = 𝑃ℎ − 𝑙𝑜𝑔 4,14. 10−5 3,68. 10−5 𝑃ℎ = 4,6 Fazendo o sistema da equação (II), obtemos: 𝐶1 = 1,79. 10 −5 𝑚𝑜𝑙/𝑙 𝐶2 = 6,27. 10 −5 𝑚𝑜𝑙/𝑙 A partir dos valores obtidos anteriormente, podemos calcular o Ph da solução (II) da seguinte forma: 𝐾𝑎 = 𝐻 + . [𝐼𝑛−] [𝐻. 𝐼𝑛] → −𝑙𝑜𝑔 𝐾𝑎 = − log 𝐻 + − 𝑙𝑜𝑔 [𝐼𝑛−] [𝐻𝐼𝑛] 𝑃𝑘𝑎 = 𝑃ℎ − 𝑙𝑜𝑔 [𝐼𝑛−] [𝐻𝐼𝑛] Porém, a solução (II) é básica portanto devemos calcular o Pkb para a mesma: 𝐾𝑤 = 𝐾𝑎 𝐾𝑏 Onde: 𝑃𝑘𝑎 = −𝑙𝑜𝑔 𝐾𝑎 𝑒 𝐾𝑤 = 1. 10−14 Assim,temos: 4,66 = − log 𝐾𝑎 → 𝐾𝑎 = 2,188. 10−5 Substituindo os valores obtidos anteriormente na equação, temos: 𝐾𝑏 = 2,188. 10−5 1. 10−14 → 𝐾𝑏 = 2,188. 10−9 Como 𝑃𝑘𝑏 = − log 𝐾𝑏, temos: 𝑃𝑘𝑏 = 9,34 Assim,obtivemos a seguinte relação: 𝑃𝑘𝑏 = 𝑝𝐻 − log 𝑐2 𝑐1 → 9,34 = 𝑝𝐻 − log 6,27. 10−5 1,79. 10−5 𝑝𝐻 = 8,8 6. Conclusão A espectrofotometria é um método que estuda a interação da luz com a matéria. Cada composto químico absorve, transmite ou reflete luz ao longo de um determinado intervalo de comprimento de onda. A espectrofotometria também pode ser utilizada para identificar e quantificar substâncias químicas a partir da medição da absorção e transmissão de luz que passa através da amostra. De acordo com a Teoria da dissociação iônica de Arrhenius, uma substância é considerada ácida se, em meio aquoso, ela liberar como único cátion o H+ (ou H3O+). Assim, quanto maior a quantidade desses íons no meio, maior será a acidez da solução. Como pode-se observar no experimento, o pH da solução apresentou um valor de 5,1 sendo considerada uma solução ácida, uma vez que seu pH é menor do que 7 (neutro). 7. Referências Bibliográficas [1] https://www.google.com.br/search?q=espectrofotometria&source=lnms&tbm=isch& sa=X&ved=0ahUKEwi3h_K9odjWAhXHEpAKHQufCA0Q_AUICygC&biw=1366&bi h=662#imgrc=wRIMwyYtsI9acM: [2] http://www.infoescola.com/materiais-de-laboratorio/espectrofotometro/ [3] http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/conceito-ph-poh.htm [4] https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectrofotometria [5] https://www.todamateria.com.br/o-que-e-ph/ [6] http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/
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