Prática 11 - Espectrofotometria

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Universidade Federal Rural do Semi-Árido - UFERSA
– AULA PRÁTICA 11: ESPECTROFOTOMETRIA
11.1 – OBJETIVOS
	Esta aula prática tem como objetivo geral, desenvolver habilidades e competências referentes à espectrofotometria. Como objetivos específicos se destacam os seguintes pontos: 
- determinar a absortividade molar para o permanganato de potássio (KMnO4) e em seguida determinar a concentração de uma solução de concentração desconhecida;
11.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 
11.2.1 – Espectrofotometria
	A concentração de substâncias pode ser determinada medindo-se a luz absorvida por uma solução, através do método espectrofotométrico. 
	Se um raio de luz monocromático atravessar uma solução contendo uma substância capaz de absorver luz neste comprimento de onda (), uma parte desta luz incidente (Io) será absorvida e uma parte será transmitida (I). Chamamos de transmitância (T) a razão entre a intensidade da luz transmitida (I) e a intensidade da luz incidente (Io).
	A transmitância de uma solução depende dos seguintes fatores:
Natureza da substância
Concentração
Espessura da solução
	A relação entre estes três fatores é descrita quantitativamente pela lei de Beer-Lambert, ou simplesmente lei de Beer, segundo a qual a transmitância de uma solução num determinado comprimento de onda é:
	Onde:	( é a absortividade molar e é expressa nas unidades M-1cm-1;
		c é a concentração da amostra expressa em mol/L(M);
		b é o caminho óptico e é geralmente expresso em cm. 
	Como a transmitância é uma função exponencial, aplicando-se o logaritmo temos:
	Chamando-se (-log T) de absorbância (A) temos:
	Portanto, a lei de Beer estabelece que a absorbância de uma substância em solução é diretamente proporcional a sua concentração e a espessura que a luz atravessa.
	A utilização da lei de Beer requer o estabelecimento do comprimento de onda à absorção máxima. Conhecendo-se este comprimento de onda, preparam-se soluções com concentrações conhecidas e determina-se a absorbância neste comprimento de onda. Fazendo-se um gráfico da absorbância (Eixo Y) em função da concentração (Eixo X), obtém-se uma reta que é chamada de curva padrão, a qual poderá ser utilizada para determinar a concentração de soluções a partir dos valores da absorbância.
	Como valores de ( para muitas substâncias são conhecidos, ou podem ser facilmente determinados (fazendo-se um espectro de absorção), e também porque a determinação de A é simples, este método é bastante utilizado para determinações de concentração.
11.2.2 – Instrumentação
	De maneira global, um espectrofotômetro tem três partes:
Fonte de radiação: normalmente é uma lâmpada incandescente. Existe também um controle de intensidade da radiação, mas é fundamental um meio de controle do comprimento da onda (por exemplo, ¯filtros ou monocromatizadores como prismas ou grades de difração). No nosso aparelho, pode-se selecionar o comprimento de onda da luz incidente através de um controle manual.
Amostra: deve estar contida em um recipiente apropriado do tipo tubos de ensaio ou cubetas. Como normalmente medidas comparativas são feitas (uma medida só com solvente, outra com solvente e soluto), as cubetas vêm emparelhadas. As cubetas são fabricadas as mais iguais possíveis. Assim, no resultado ¯final, somente o soluto faz uma contribuição à absorção.
Detector: é um elemento sensível à radiação e que pode nos dar uma medida da intensidade da mesma; varia desde foto-molécula até o próprio olho. Um indicador no aparelho converte o sinal do elemento em um número. Os instrumentos em geral dispõem de dois indicadores: um deles nos dá a transmitância e o outro dá a absorbância, evitando a necessidade de uma calculadora.
11.3 – PROCEDIMENTO PRÁTICO
Preparar 1 L de uma solução estoque de permanganato de potássio (KMnO4 – massa molar = 158,034 g/mol) na concentração de 1,58 mg/L. (Obs.: para poupar tempo esta etapa já foi executada previamente e a solução de permanganato de potássio 1,58 mg/L já se encontra sobre a bancada central)
A partir da solução 1,58 mg/L obtida na etapa anterior, prepare 04 (quatro) soluções padrões de permanganato de potássio por diluição. Estas soluções devem possuir as seguintes concentrações: 0,316 mg/L, 0,632 mg/L, 0,948 mg/L e 1,265 mg/L de permanganato de potássio. 
Para efetuar as diluições você deverá calcular o volume de solução a 1,58 mg/L que será pipetado e transferido para um balão volumétrico de volume conhecido, de forma à obter-se a concentração desejada.
Ex: 
Volume do balão volumétrico = 25 ml (V2)
Concentração final desejada = 0,316 mg/L (C2)
Concentração da solução a diluir = 1,58 mg/L (C1)
Volume da solução a diluir que deve ser pipetado = ? (V1)
Cálculo: 			C1V1 = C2V2
1,58 mg/L . V1 = 0,316 mg/L . 25 ml => V1 = 5 ml
Complete o quadro abaixo com os volumes que devem ser pipetados para preparar cada solução padrão.
	Solução
	C1
	V1
	C2
	V2
	1
	1,58 mg/L
	
	0,316 mg/L
	25 mL
	2
	1,58 mg/L
	
	0,632 mg/L
	25 mL
	3
	1,58 mg/L
	
	0,948 mg/L
	25 mL
	4
	1,58 mg/L
	
	1,265 mg/L
	25 mL
Tendo calculado os volumes de solução (V1) que devem ser usados para cada diluição, pipete o volume calculado e transfira-o para o balão volumétrico (de volume idêntico ao usado nos cálculos), complete o volume (até o menisco) usando água como solvente (isto para cada solução). Guarde cada solução preparada em um frasco e rotule, indicando a concentração de permanganato de potássio (obs.: entre a preparação de uma solução e outra, lave o balão volumétrico usado água).
Leve as quatro soluções padrões preparadas ao espectrofotômetro e leia a absorbância de cada uma delas usando um comprimento de onda o mais próximo possível de 525 nm. Use água como branco.
Preencha o quadro abaixo com as absorbâncias relativas a cada concentração de permanganato de potássio. Calcule também a concentração molar de cada solução.
	Solução
	Concentração (mg/L)
	Concentração (mol/L)
	Absorbância
	1
	0,316 mg/L
	
	
	2
	0,632 mg/L
	
	
	3
	0,948 mg/L
	
	
	4
	1,265 mg/L
	
	
Usando uma planilha eletrônica de cálculo (o Microsoft EXCEL, por exemplo) trace um gráfico de pontos, colocando os valores de absorbância nas ordenadas e as concentrações molares nas abscissas. Ajuste a equação de uma reta passando pelos pontos e pela origem (Y = a.X) aos dados experimentais. Anote a equação da reta e o coeficiente de correlação (R2).
Ex: 
A tangente da reta fornece a absortividade molar do permanganato de potássio, sabendo-se que o caminho óptico da cubeta é de 1 cm. Compare a equação da reta com a lei de Beer-Lambert.
A = ( . C. l
Y = a . X
Anote o valor de (, ele será necessário para determinar a concentração de uma determinada solução de permanganato de potássio.
( = M-1cm-1
Leve a solução de permanganato de potássio de concentração desconhecida e leia a absorbância à um comprimento de onda próximo à 525 nm. Anote a absorbância obtida.
Calcule a concentração molar da solução usando a lei de Beer-Lambert (A = (.C.l) – use l = 1 cm.
11.4 – PÓS-LABORATÓRIO
Pesquisa - Faça uma pesquisa sobre espectrofotometria e:
	a.1) Cite e explique quais são as limitações da técnica.
	a.2) Quais são os tipos de desvios que podem ocorrer na lei de Lambert-Beer? Explicar cada um deles.
A absortividade molar de uma certa substância é 14.000 M-1cm-1 no comprimento de onda do seu máximo de absorção. Calcular a molaridade dessa substância que pode ser medida no espectrofotômetro com célula de 1 cm, para uma absorbância de 0,850.
11.5 – MATERIAIS E REAGENTES
	MATERIAIS
	REAGENTES 
	1 becker de 40 mL
1 Espátula
1 balão volumétrico de 1000 mL
	KMnO4
Água destilada
	1 balão volumétrico de 25 mL
	
	1 Pipeta graduada de 10 mL
4 frascos com rótulo
	
	1 Espectrofotômetro8.6 – BIBLIOGRAFIA
1 - HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 862 p.
2 - SKOOG, D.H. et al. Fundamentos de Química Analítica. 8. ed. São Paulo: Thomson, 2006. 999 p.
3 - BACCAN, Nivaldo et al. Química analítica quantitativa e elementar. 2. ed. rev. ampl. São Paulo: Edgard Blücher; Campinas
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Química Analítica