Relatório DETERMINAÇÃO DE COBRE

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Universidade Federal da Bahia
Instituto de Química
DETERMINAÇÃO DE COBRE II 
POR ESPECTROMETRIA MOLECULAR (UV-VIS)
Salvador, Julho de 2018
Relatório de aula prática
Princípios de análise instrumental 
QUIB22
Autores: Bruno Santos
 Silvana Gomes
SUMÁRIO
Fundamentação teórica--------------------------------------------4
ObJETIVOS---------------------------------------------------------------------10
Materiais e reagenteS-----------------------------------------------10
Procedimento expeRIMENTAL-------------------------------------11
Resultados e discussÕes------------------------------------------13
ConclusãO-----------------------------------------------------------------18
Referências bibliográficas-------------------------------------19
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Todas as cores a nossa volta são consequência da absorção e reflexão seletiva da luz visível. Se os nossos olhos fossem sensíveis à radiação ultravioleta – à radiação eletromagnética de comprimentos de onda menores (frequências maiores) do que a luz violeta -, poderíamos ver uma variedade de cores ainda maior porque as substâncias também absorvem e refletem seletivamente na região do ultravioleta. A absorção e transmitância seletiva da luz visível e da radiação ultravioleta é a base de uma técnica espectroscópica de identificação de compostos e determinação de suas concentrações em amostras.
Quando a radiação eletromagnética incide em uma molécula, ocorre excitação de elétrons para um estado de maior energia. A radiação de frequência ʋ (nu) pode aumentar a energia da molécula em ΔE:
ΔE = ɦʋ
Em que ɦ é a constante de Planck. Esta é a condição de frequência de Bohr. Nos comprimentos de onda típicos do ultravioleta (300nm ou menos, que correspondem à frequência de aproximadamente 1015 Hz), um fóton possui energia suficiente para excitar os elétrons de uma molécula e outra distribuição. O estudo de absorção no visível e no ultravioleta, portanto, dá informações sobre os níveis eletrônicos de energia das moléculas.
Espectros de absorção no visível e no ultravioleta (UV) são medidos em espectrômetros de absorção. A fonte emite intensa radiação no visível e no ultravioleta do espectro. Os comprimentos de onda podem ser selecionados com um prisma de vidro para a luz visível e com um prisma de quartzo ou uma rede de difração para radiação ultravioleta (que é absorvida pelo vidro).
Na figura abaixo está representado o espectro visível da luz:
As substâncias absorvem radiação em diferentes comprimentos de onda. Esta absorção só é possível por causa dos grupos cromóforos, são grupos funcionais que absorvem na região do ultravioleta ou do visível.
Para medida da quantidade de radiação absorvida pelas substâncias, utiliza-se a técnica espectroscópica que se baseia na Lei de Lambert-Beer.
A Lei de Lambert-Beer, diz que quando a luz é absorvida por uma amostra, a energia radiante do feixe de luz diminui. Quando o feixe de luz, com energia radiante inicial P0 atinge uma amostra confinada em um recipiente transparente de comprimento b, a energia radiante do feixe que sai do outro lado da amostra é P. Alguma quantidade de luz pode ser absorvida pela amostra, de forma que P ≤ P0. A fração de radiação incidente transmitida pelo meio é denominada Transmitância e é dada pela razão em P e P0.
T = P/P0 ou %T = P/P0 * 100
Imagine a luz de energia radiante P passando por uma camada de espessura infinitesimal de uma solução cuja espessura é dx. A diminuição da energia é dP e é proporcional à energia incidente P, à concentração das espécies absorventes. c e à espessura da seção dx.
A lei de Lambert-Beer considera a radiação incidente como monocromática, os centros absorventes absorvendo independentemente um dos outros e a absorção ocorrendo em um volume de seção transversal uniforme. Portanto, A lei de Beer é aplicável a mais de uma espécie absorvente, desde que não haja interação entre as diferentes espécies absorventes, pois as absorbâncias são aditivas. A lei de Beer não se aplica a soluções com concentrações elevadas (>10-2 mol.L-1).
Para radiação monocromática, a absorbância é diretamente proporcional ao caminho ótico b através do meio e a concentração c das espécies absorventes. Estas relações são dadas por:
A = abc
Onde:
a → constante de proporcionalidade chamada de absortividade (Lg-1cm-1);
b → recipiente (cubeta) em centímetros.
c → concentração em gramas por litro.
Quando a concentração é expressa em mol por litro e o caminho ótico em centímetros, a absortividade é chamada de absortividade molar e é representada por ε (épsilon). Logo, como b é expresso em centímetros e c em mol por litro, ε tem unidade de L mol-1cm-1:
A=εbc
A grandeza ε é simplesmente um coeficiente de proporcionalidade entre a absorbância e o produto bc. Quanto maior a absortividade molar, maior a absorbância. A absortividade molar é característica de uma substância que nos indica a quantidade de luz absorvida num determinado comprimento de onda. Portanto, a equação anterior pode ser reescrita como:
Aλ=ελbc
uma vez que A e ε dependem do comprimento de onda da luz.
DESVIOS DA LEI DE BEER
Quanto à natureza os desvios podem ser considerados como desvios reais e desvios aparentes. Desvios reais são desvios verdadeiros que limitam a aplicação da lei de Beer a sistemas possíveis de sofrerem tais distorções. Desvios aparentes são relacionados às limitações do instrumento usado para a medida da absorvância e a fenômenos químicos que podem ocorrer nas soluções a serem medidas.
INSTRUMENTAÇÃO
A seguir, está representado o equipamento utilizado na espectroscopia UV/VIS:
Fontes de radiação ⇒ Lâmpadas de deutério ou hidrogênio: um espectro contínuo na região do ultravioleta é produzido pela excitação de deutério ou hidrogênio a baixa pressão. ⇒ Lâmpadas de filamento de tungstênio: A mais comum fonte de radiação visível é a lâmpada de tungstênio. 
Seletor de comprimento de ondas ⇒ Filtros de absorção ⇒ Filtro de interferência ⇒ Cunhas de interferência ⇒ Monocromadores (prisma ou rede de difração) 
Reservatório de amostras ⇒ Células ou cubetas. → Região do visível: vidro, plástico, quartzo ou sílica fundida. → Região do ultravioleta: quartzo ou sílica fundida. 
Sistema de detecção ⇒ Fototubos, tubos fotomultiplicadores ou fotodiodos. 
Sistema de controle, aquisição e processamento de dados.
Para a maioria das análises espectroscópicas, é necessária radiação constituída de um grupo estreito de comprimentos de onda, limitado e contínuo chamado banda. Banda efetiva: é a largura da banda da radiação transmitida em unidades de comprimento de onda em torno da meia altura. Uma largura de uma banda estreita aumenta a sensibilidade de mediadas de absorbância e pode fornecer seletividade. É frequentemente um requisito, do ponto de vista da obtenção de uma relação linear entre o sinal óptico e a concentração.
Neste experimento a proposta é determinar a concentração de cobre a partir de uma solução de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O). O sulfato de cobre é um sal que na sua forma hidratada apresenta coloração azul brilhante, esta forma ocorre na natureza como calcantita, ou como chamada antigamente, pedra azul.
Para determinação da concentração de cobre (II) será necessário complexar o cobre com uma solução aquosa de amônia formando um sal complexo monohidratado de coloração azul escura
CuSO4.5H2O (aq) + 4NH3 (aq) → [Cu(NH3)4]SO4.H2O (aq) + 4H2O (l)
O Sulfato de Tetraminocobre (II) monohidratado, [Cu(NH3)4]SO4.H2O, é um complexo de coordenação.
OBJETIVOS
Treinar o manuseio básico do espectrofotômetro e observar a propriedade de absorção de uma solução de cobre (II). Obter o espectro da absorção do complexo [Cu(NH3)4]2+;
Determinar cobre em amostras para exemplificar o planejamento de uma análise espectrofotométrica.
MATERIAIS E REAGENTES
Parte 1: Obtenção do espectro de absorção de cobre (II)
	Solução estoque de Cu (II) 2,00 g/L
	2 balõesvolumétricos de 50mL
	Solução de amônia 20 %
	Pipeta volumétrica de 10 mL
	Cubeta de quartzo
	Água destilada
	Espectrofotômetro UV/VIS
	---
Parte 2: Determinação de cobre (II) por espectrometria molecular
	Solução estoque de Cu (II) 2,00 g/L
	Solução de amônia 20 %
	Cubeta de quartzo
	Espectrofotômetro UV/VIS
	12 balões volumétricos de 50mL
	Bureta de 25 mL
	Água destilada
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Parte 1: 
Inicialmente foi necessária a calibração do espectrofotômetro UV/VIS. A calibração é feita seguindo os seguintes passos:
- após ligar o equipamento, colocar no modo T (transmitância) e ajustar no ponto de 0% de transmitância, utilizando a cubeta preta na primeira posição do suporte de cubetas. 
- posicionar uma cubeta limpa contendo água destilada e ajustar o ponto de 100% Transmitância ou 0% absorbância,
- inserir uma terceira cubeta limpa na posição 3 do suporte de cubetas contendo água destilada e ler a transmitância a fim de parear as cubetas que serão utilizadas para a determinação. A diferença de Transmitância entre uma cubeta e outra, não deve ser superior a 3%.
Proceder com a preparação do medicamento para iniciar a varredura de comprimento de onda iniciando em 350nm até 700nm para determinar o comprimento de onda de maior absorção:
- preparar a amostra tomando uma alíquota de 10,00mL da solução estoque de sulfato de cobre penta-hidratado em um balão de 100mL e completar o volume com solução aquosa de amônia a 20% até a marca de aferição. Aguardar 15 minutos e proceder com a varredura do comprimento de onda.
Iniciar a determinação do espectro de ferro na amostra efetuando a leitura das transmitâncias iniciando no comprimento de onde 350nm, variando de 10 em 10nm até o comprimento de onda de 700nm.
Determinar através de cálculos o comprimento de onda de maior absorção e construir o gráfico da relação A x ʎ. 
Parte 2:
Após determinar o comprimento de onda de maior absorção da amostra, construir a curva de calibração para determinação da concentração de ferro na amostra:
- Calcular os volumes de solução estoque de cobre necessários para preparar 6 padrões nas concentrações de 50, 100, 200, 250, 400 e 800ppm, respectivamente.
- Tomar 9 balões volumétricos de 100mL e adicionar em cada um deles, com o auxílio de uma bureta os volumes indicados na Tabela 1 abaixo da solução estoque de Cobre (II) para cada concentração equivalente:
Tabela 1 – volumes para preparação dos padrões
- Repetir o procedimento para o Ponto 3 em mais dois balões. 
- Completar os volumes dos balões até a marca de aferição com solução de amônia a 10%. Aguardar 15 minutos e iniciar as leituras.
- Repetir o mesmo procedimento para o balão de número 9, sem adicionar solução estoque de cobre.
- Tomar 3 alíquotas de 5,00mL da amostra, colocar em três balões volumétricos de 50mL, identificando-os como A1, A2 e A3 e completar até a marca de aferição com a solução de amônia a 10%. Aguardar 15 minutos.
- Com o comprimento de onda pré-determinado, efetuar a leitura de transmitâncias dos padrões e das amostras, com o par de cubetas selecionadas. Em uma cubeta deve estar contida a solução em branco e a outra deve ser utilizada para os padrões e amostras. Anotar os valores de transmitâncias medidos para cálculos posteriores.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Parte 1:
Na Tabela 2, estão apresentados os valores de transmitância obtidos na varredura de comprimento de onda iniciando em 350nm até 700nm, variando de 10 em 10nm, para determinar o comprimento de onda de maior absorção
Tabela 2 – Valores de Transmitâncias obtidos experimentalmente
	OBTENÇÃO DO ESPECTRO DO COBRE
	ʎ(nm)
	% T
	A
	ʎ(nm)
	% T
	A
	350
	77,5
	0,1107
	530
	65,5
	0,1838
	360
	84,4
	0,0737
	540
	61,1
	0,2140
	370
	91,2
	0,0400
	550
	56,8
	0,2457
	380
	93,7
	0,0283
	560
	53,5
	0,2716
	390
	95,9
	0,0182
	570
	50,8
	0,2941
	400
	97,5
	0,0110
	580
	48,6
	0,3134
	410
	98,2
	0,0079
	590
	47,2
	0,3261
	420
	98,2
	0,0079
	600
	46,5
	0,3325
	430
	98,1
	0,0083
	610
	46,1
	0,3363
	440
	97,6
	0,0106
	620
	46,2
	0,3354
	450
	96,6
	0,0150
	630
	46,8
	0,3298
	460
	94,7
	0,0237
	640
	47,7
	0,3215
	470
	91,9
	0,0367
	650
	48,9
	0,3107
	480
	88,9
	0,0511
	660
	50,3
	0,2984
	490
	85,1
	0,0701
	670
	51,8
	0,2857
	500
	80,6
	0,0937
	680
	54,1
	0,2668
	510
	75,6
	0,1215
	690
	56,1
	0,2510
	520
	69,2
	0,1599
	700
	58,3
	0,2343
Os valores de A (absorbância) fora obtidos através da relação matemática estabelecida pela Lei de Lambert-Beer entre Transmitância e Absorbância, sendo ela:
A = - log10 P/P0
A = - log10 T = - log10(%T/100) = log 100 - log10(%T)
A = 2 – log10(%T)
Aplicando esta relação a cada valor de transmitância medida experimentalmente, foi possível obter os valores de A em cada comprimento de onda selecionado.
O valor do comprimento de onda onde houve a maior absorção de radiação, foi 610nm. Para facilitar a compreensão, o gráfico 1 a seguir mostra a relação A x ʎ(nm):
A partir da seleção do comprimento de onda de 610nm, foram efetuadas as leituras dos padrões com concentrações dentro da região de linearidade do método que é 800ppm, obedecendo a Lei de Lambert-Beer. 
A Tabela 3 mostra os valores de Transmitância dos padrões medidos experimentalmente e os valores de Absorbância calculados a partir das Transmitâncias de cada ponto da curva de calibração.
Tabela 3 – Valores de transmitâncias e absorbâncias da curva de calibração
Dados os valores de absorbâncias da curva de calibração, foi construído um gráfico (Gráfico 2) da relação Absorbância x Concentração dos padrões, para provar a linearidade estabelecida pela Lei de Lambert-Beer.
A partir dos dados obtidos neste gráfico foi possível estabelecer a equação da reta e estimar o R2, indicando o intervalo de confiança maior que 99%. O valor de R2 obtido foi 0,9993.
O R² varia entre 0 e 1, indicando, em percentagem, o quanto o modelo consegue explicar os valores observados. Quanto maior o R², mais explicativo é o modelo, melhor ele se ajusta à amostra.
Ao efetuar as medidas dos valores de transmitância das amostras, foram obtidos os seguintes resultados mostrados na Tabela 4:
Tabela 4 – Resultados obtidos da amostra em triplicata
Os cálculos das Absorbâncias das amostras, foram efetuados da mesma forma que os cálculos dos padrões, utilizando a relação A = 2 – log10(%T). Para o cálculo da concentração das amostras, foi necessário efetuar inicialmente o cálculo do Fator de calibração (Fc) utilizando o padrão intermediário de 200ppm. A medida apresentou desvio padrão de +/- 0,00032.
O Fc é obtido considerando-se que a absorbância é diretamente proporcional à concentração do soluto. 
Fc = C/A
Aplicando esta fórmula para o padrão de 200ppm temos:
Fc = 200/ 0,171 = Fc = 1169,59
A partir do fator de calibração do método obtido, foi possível calcular a concentração das amostras expressas na tabela 4.
Foram obtidos os valores de concentração de cobre de 124,26 mg/L, 124,26 mg/L e 124,90 mg/L que resultou num valor de concentração média de 124,47 mg/L. 
As concentrações também podem ser obtidas substituindo na equação da reta expressa no gráfico 2, y = 0,0008x + 0,007, o valor de Y pelo valor da absorbância média, obteremos o valor da concentração média das amostras:
Y = 0,0008x + 0,007
0,171 = 0,0008x + 0,007
x = 124,28mg/L
A tabela 5 mostra os resultados obtidos pelo cálculo de concentração dos dois métodos:
Tabela 5 – Concentrações obtidas
Foi tomada uma alíquota de 10mL da solução de concentração desconhecida e colocada em balões volumétricos de 50mL, o que gera um fator de diluição (f) igual a 0,200; f = 10mL/50mL. Para obter a concentração real de cobre na amostra, é necessário que se multiplique o fator de diluição pelas concentrações calculadas pelos dois métodos, o do Fator de calibração e pela equação da reta. Neste caso a concentração real é dada por
Método da equaçãoda reta
Creal = Ccalc. x f = 124,28 x 0,200 = Creal = 24,856 mg/L
Método do fator de calibração
Creal = Ccalc. x f = 124,47 x 0,200 = Creal = 24,894 mg/L
A concentração real foi calculada utilizando dois métodos e resultaram em valores muito próximos um do outro, indicando que ambos métodos podem ser adequados para a determinação da concentração de cobre. O desvio padrão (ơ) entre os valores calculados é ơ = 0,136. 
CONCLUSÃO
Foi obtido o espectro de cobre através da determinação espectrofotométrica, possibilitando a definição do comprimento de onda de maior absorção de radiação para o complexo (tetra) amincobre II e foi possível determinar a concentração de cobre na solução de concentração desconhecida. 
REFERÊNCIAS
Roteiro de aulas práticas – Instituto de química – Departamento de química analítica – QUI B22 – Princípios de análise instrumental – Semestre – 2017.1 – Experimento 7 e Experimento 8.
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química. Porto Alegre: Bookman, 2012.