ESPECTROCOPIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR

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UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
ESCOLA DE ENGENHARIA - EE
Graduação em Química
RELATÓRIO DE ATIVIDADE PRÁTICA: ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR
Guilherme Maluf, 3170846-3
Victor Gonçalves de Sousa, 3178492-5
 TURMA 05N13
São Paulo
2019
UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
ESCOLA DE ENGENHARIA - EE
Graduação em Química
RELATÓRIO DE ATIVIDADE PRÁTICA: ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR
                                                                 	 Relatório de atividade prática desenvolvido como instrumento de avaliação parcial para aprovação na componente curricular Analise Instrumental – Laboratório, turma 05N13, do curso de Química da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, sob orientação da Professora Dra. Maura Vincenza Rossi.
São Paulo
2019
INTRODUÇÃO 
Espectrofotometria é uma técnica, que a partir da quantidade de luz (radiação) absorvida, emitida ou refletida, em diferentes comprimentos de onda, mede a concentração de espécies químicas. A absorção pode ser medida em comprimentos de onda no espectro do ultravioleta (100 - 400nm), na região do visível (400 -700nm) e no infravermelho (700nm – 1mm). 
Para a realização dessa técnica, é utilizado o espectrofotômetro, onde uma fonte de radiação emite ondas eletromagnéticas que incidem em um monocromador onde ocorre a seleção de um determinado comprimento de onda (λ). A luz que passa pelo monocromador passa pela cubeta com a solução a ser analisada, parte da luz incidente é retida na solução e o restante é transmitido. A razão entre a luz transmitida e a luz incidente é chamada de transmitância (SKOOG, 2015, p. 654).
A cada comprimento de onda o material possui uma capacidade de absorção especifica, essa capacidade é chamada de absorbância. A relação entre a transmitância e a absorbância é diretamente proporcional. (Figura 1)
 Figura 1: Esquematização da incidência de radiação
De acordo com a Lei de Lambert-Beer “a absorbância é diretamente proporcional a concentração de uma espécie absorvente c e ao caminho ótico b do meio absorvente” (SKOOG et al, 2015, p. 654). (Equação 1). 
 (1)
Caso a concentração seja dada em mol/L ao invés de g/L utiliza-se absortividade molar (Ɛ). (Equação 2).
 (2)
Com essa equação e com o espectrofotômetro, podemos calcula a concentração de uma espécie em uma amostra tanto sozinha quanto em uma mistura. 
MATERIAIS E MÉTODOS
 Equipamentos
Capela;
Espectrofotômetro UV/VIS;
 Vidrarias
Pipeta volumétrica de 10 e 20 mL;
Béquer de 50 mL;
Balão Volumétrico de 50 mL;
Cubetas de Polipropileno;
 Reagentes
Nitrato de Crômio – Cr (NO3)3 0,200 mol. L-1;	
Nitrato de Cobalto – Cr (NO3)2 0,200 mol. L-1;
Permanganato de Potássio – KMnO4 0,250 g.L-1.
MÉTODOS
DETERMINAÇÃO ESPECTROFOTOMÉTRICA DO ÍON PERMANGANATO
Preparo das soluções padrão
A partir de uma solução padrão de KMnO4 0,250 g.L-1 retirou-se 5 alíquotas de 5,6,7,8 e 10 mL respectivamente e transferiu-se estes em 5 balões volumétricos de 50 mL e avolumou-se com água destilada, numerando as amostras de 1 a 5.
Obtenção do espectro de absorção do íon permanganato.
	Nesta etapa do procedimento foi utilizado a solução 3 previamente preparada a fim de determinar o pico de absorção. Assim, em duas cubetas de polipropileno encheu-se uma com a solução de permanganato e outra com água destilada (está para ser utilizada como branco) e realizou-se medidas de absorbância e transmitância em intervalos de 10 nm, de 450 a 610 nm, com exceção de 480 e 530, onde os intervalos devem ser de 5nm. Para cada ajuste de comprimento de onda, colocou-se uma cubeta com o branco (água destilada) no caminho ótico, ajustando a transmitância em 100%. Desta forma, realizou-se a leitura das amostras em absorbância e transmitância, sempre “zerando” a cada comprimento de onda e, por fim, construiu-se um gráfico com base nos dados levantados.
Obtenção da curva de calibração do íon permanganato.
	Com o auxílio do espectrofotômetro, ajustou-se no comprimento de onda máximo, determinado no item anterior e como branco, trabalhou-se com a água destilada, e ajustou a transmitância em 100%. Em seguida, encheu-se quatro cubetas com as soluções padrões que restaram e mediu-se a transmitância e absorbância de cada uma, incluindo a solução 3, utilizada anteriormente para determinação do comprimento de absorção máximo. Com os dados levantados, pode-se construir um gráfico e a partir deste, pode-se determinar o valor de épsilon (ε).
Determinação da concentração de permanganato da solução a analisar.
	Para uma solução de permanganato de concentração desconhecida, ajustou-se o espectrofotômetro no comprimento de absorção máximo, utilizou-se a água destilada como branco e a transmitância novamente foi ajustada em 100%. Após isso, encheu-se uma cubeta com a solução e mediu-se a transmitância e absorbância da amostra. Com os dados coletados, construiu-se um gráfico e pode-se determinar a concentração de permanganato na solução, expressando o resultado em g.L-1, ppm e mol. L-1.
DETERMINAÇÃO ESPECTROFOTOMÉTRICA DE ÍONS Co (II) E Cr (III) EM MISTURA
Preparo das soluções padrão.
A partir de uma solução estoque de 0,200 mol. L-1 de Co (II) pipetou-se alíquotas de 5,0;10,0;15,0; e 20,0 mL desta solução e transferiu-se estes volumes para 4 balões volumétricos de 50 mL. Completou-se o volume dos balões com água destilada e numerou-se os balões.
O mesmo foi realizado com a solução estoque de Cr (III), trabalhou-se com o mesmo volume de alíquotas, tendo apenas como diferente a concentração da solução que era de 0,100 mol. L-1. 
Obtenção do espectro de absorção do cobalto.
Como na obtenção do espectro de absorção do íon permanganato, utilizou-se a solução padrão de número 3 para o cobalto e como branco, usou-se água destilada. Em seguida, no espectrofotômetro realizou-se a leitura da transmitância da amostra com intervalos de 10 nm na faixa de 450 a 480, de 480 a 530 com intervalos de 5 nm e por fim, de 530 a 610 com intervalos de 10 nm. Para cada ajuste, zerou-se o equipamento com o branco, ajustando a transmitância em 100%. Com os dados coletados de transmitância, converteu-se estes em absorbância e tabelou os valores coletados para a construção do gráfico, onde foi possível identificar o comprimento de absorção máximo.
Obtenção do espectro de absorção do cromo
Para o Crômio, o procedimento é idêntico ao anterior, apenas diferenciando-se nos intervalos de comprimento de onda, onde foi analisado a transmitância da amostra com intervalos de 10 nm na faixa de 450 a 540, de 540 a 600 com intervalos de 5 nm e por fim, de 600 a 610 com intervalos de 10 nm. 
Obtenção das curvas de calibração do Cobalto.
Mediu-se as transmitâncias das 4 soluções de cobalto preparadas anteriormente no comprimento de absorção máximo do cobalto e no comprimento de absorção máximo do crômio, utilizando a água destilada como branco. Com os dados obtidos converteu-se estes em absorbância e a partir destes valores foi possível construir um gráfico traçando duas curvas de calibração. Com a elaboração das curvas, obteve-se o valor dos coeficientes angulares de cada reta traçada.
Obtenção das curvas de calibração do cromo
Para obtenção das curvas de calibração do cromo, o procedimento é igual ao anterior, analisar a soluções padrões nos dois comprimentos de absorção máximo de ambas espécies.
Determinar as concentrações de Co e Cr na solução desconhecida.
Efetuou-se leituras de transmitância com a solução desconhecida nos comprimentos de onda de absorção máxima do Cobalto e do Cromo, onde após as leituras converte-se os valores em absorbância. No sistema, considerou-se que as absorbâncias são aditivas onde podemos escrever a lei de Beer da seguinte maneira:
A510 = ε.Co(510). b. CCo + ε.Cr(510).b.CCr
A575 = ε.Co(575).b.CCr + ε.Co(575).b.CCrRESULTADOS E DISCUSSÃO
Obtenção do Espectro de absorção do íon permanganato 
Para a construção do espectro do íon cobalto, pegou-se uma solução que contém o íon que será analisado e mediu-se a absorbância em diferentes comprimentos de ondo, obtendo os seguintes dados.
 Quadro 1 – Valores de absorbância e transmitância em diferentes comprimentos de onda.
	Comprimento de onda (λ)
	Absorbância
	Transmitância (%)
	450
	0,182
	65,6
	460
	0,227
	59,2
	470
	0,257
	55,5
	480
	0,281
	52,3
	485
	0,290
	51,3
	490
	0,301
	50,1
	495
	0,314
	48,6
	500
	0,331
	46,8
	505
	0,344
	45,2
	510
	0,348
	44,8
	515
	0,347
	44,9
	520
	0,340
	45,7
	525
	0,324
	47,3
	530
	0,305
	49,5
	540
	0,247
	56,8
	550
	0,190
	64,6
	560
	0,141
	72,2
	570
	0,109
	77,8
	580
	0,090
	81,6
	590
	0,078
	83,6
	600
	0,074
	84,4
	610
	0,070
	85,2
De acordo com os valores obtidos na tabela 1 pode-se construir o espectro de absorção do íon cobalto.
Gráfico 1 – Espectro de absorção do íon cobalto.
Com isso podemos definir que o comprimento de onda de máxima absorção do íon cobalto é em 510nm e esse comprimento será utilizado para os próximos experimentos. 
Determinação da concentração de permanganato da solução a analisar
Na segunda parte do experimento, deveria determinar a concentração do íon permanganato a partir do espectrofotômetro. Para isso deve-se construir uma curva analítica de absorbância por concentração.
De acordo com os dados coletados, construiu-se curva de calibração. 
Quadro 2 – Valores de transmitância e absorbância em diferentes valores de concentração.
	Número da amostra
	T%
	[KMnO4] g/L
	Abs 525 (nm)
	0
	100
	0
	0
	1
	52,2
	0,025
	0,282
	2
	43,1
	0,03
	0,367
	3
	35,9
	0,035
	0,445
	4
	33,6
	0,04
	0,474
	5
	25,5
	0,05
	0,593
A partir dos valores da tabela 2 foi feito o gráfico de calibração do íon permanganato. 
Gráfico 2 – Curva analítica do íon permanganato.
 
Segundo os dados retirados do gráfico, o ε (constate de absortividade) é igual a 12,007 cm.g.L-1 e com neste valor determinaremos a concentração do íon permanganato na solução.
Mediu-se a absorbância da amostra de permanganato de concentração desconhecida e obteve-se o seguinte valor 0,453. E conforme a Lei de Lambert-Beer:
0,453=12,007.1.C
C=0,038 g.L-1
Então a partir da leitura do gráfico e do valor de absorbância medido da solução desejado podemos descobrir a concentração do permanganato na solução. Este método também pode ser usado para determinar a concentração de uma mistura de soluções com substancias conhecidas – terceira parte do experimento. 
Determinar as concentrações de Co e Cr na solução desconhecida
De acordo com os resultados obtidos, foi possível construir dois gráficos para cada espécie de acordo com as tabelas abaixo:
Tabela 1 – Valores de concentração em mol.L-1 e absorbância para Cobalto no comprimento de onda de (510 nm).
	Cromo
	Absorbância
Comprimento de onda λ (nm)
	 
	
	Amostra 1
	
	510
	0,010
Concentração (mol.L-1)
	Amostra 2
	0,067
	510
	0,020
	Amostra 3
	0,172
0,095
	510
	0,030
	Amostra 4
	0,214
	510
	0,040
Tabela 2 - Valores de concentração em mol. L-1 e absorbância para Cromo no comprimento de onda de (575 nm).
	Cobalto
	Absorbância
Comprimento de onda λ (nm)
	 
	
	Amostra 1
	
	575
	0,020
Concentração (mol.L-1)
	Amostra 2
	0,103
	575
	0,040
	Amostra 3
	0,337
0,215
	575
	0,060
	Amostra 4
	0,458
	575
	0,080
Tabela 3 - Valores de concentração em mol. L-1 e absorbância para Cobalto no comprimento de onda de (575 nm).
Tabela 4 - Valores de concentração em mol. L-1 e absorbância para Cromo no comprimento de onda de (575 nm).
	Cromo
	Absorbância
Comprimento de onda λ (nm)
	 
	
	Amostra 1
	0,002
	575
	0,010
Concentração (mol.L-1)
	Amostra 2
	
	575
	0,020
	Amostra 3
	0,031
0,012
	575
	0,030
	Amostra 4
	0,037
	575
	0,040
	Cobalto
	Absorbância
Comprimento de onda λ (nm)
	 
	
	Amostra 1
	0,002
	510
	0,020
Concentração (mol.L-1)
	Amostra 2
	
	510
	0,040
	Amostra 3
	0,031
0,012
	510
	0,060
	Amostra 4
	0,037
	510
	0,080
Desta forma, de acordo com os dados acima, construiu-se dois gráficos, apresentando a absorbância em relação a concentração.
Gráfico 3 – Curva de calibração para o cobalto no comprimento de onda de 510 e 575 nm.
Neste primeiro gráfico pode-se observar que, por mais que os dois tenham apresentado uma reta, ao analisarmos valores de r2 e absortividade, podemos notar a linha azul que mostra cobalto sendo analisado no comprimento de onda de 510 nm, este apresentou valores de r e absortividade superiores quando o mesmo é analisado no comprimento de onda de 575 nm, isto se deve pelo fato de que, o comprimento de onda de absorção máxima do cobalto é em 510 nm portanto, ao realizar uma leitura num comprimento de onda diferente, sua absorção é baixa, isto é, naquele ponto a amostra absorve pouca radiação.
Gráfico 4 – Curva de calibração para o cromo no comprimento de onda de 510 e 575 nm.
Em relação ao gráfico 2, nota-se que, diferentemente do gráfico 1, os valores de r são próximos, ou seja, estão próximos de ser uma reta, porém, os valores de absortividade molar são distintos, isto é, na linha laranja que demonstra cromo sendo analisado no comprimento de onda de 575 nm a absortividade foi maior do que a linha inferior (azul), ou seja, em 575 nm que é o comprimento de onda de máxima absorção do cromo ele consegue absorver mais luz, e como visto anteriormente, ao analisar este em um comprimento de onda diferente, ele não apresentara uma alta absortividade.
Assim, conforme os dados levantados e com o valor das absortividades encontradas, analisou-se uma mistura de concentração desconhecida, onde encontrou-se os seguintes valores de absorbância:
Tabela 5 – Valores de absorbância e absortividades nos comprimentos de onda de 510 nm e 575 nm.Absortividade em mol. L-1 (575 nm).
	Comprimento de onda (λ) em 510 nm.
	Cobalto
	Comprimento de onda (λ) em 575 nm.
	Cromo
	
Absorbância.
	
0,197
	
Absorbância.
	
0,230
	
	Absortividade em mol. L-1 (510 nm).
5,6267
	
	
5,43
	Absortividade em mol. L-1 (510 nm).
	
0,445
	Absortividade em mol. L-1 (575 nm).
	
14,51
Deste modo, pôde-se calcular a concentração das espécies através da lei de Beer pela seguinte equação:
A510 = ε.Co(510). b. CCo + ε.Cr(510).b.CCr
A575 = ε.Co(575).b.CCr + ε.Co(575).b.CCr
Onde:
A 510 e A 575 – Absorbâncias; 
ε – Absortividades em mol.L-1
Cco e Ccr – Concentrações em mol. L-1 
b – Caminho Ótico;
Substituindo os valores na equação:
0,197 = 5,6267*1*Cco + 5,43*1*Ccr * (0,445)
0,230 = 0,445*1*Cco +14,51*Ccr * (-5,6267)
Utilizando-se o método matemático, multiplica-se a linha de cima por algum valor da equação de baixo e o mesmo se faz com a equação de baixo, multiplicando está por algum valor que se encontra na linha de cima, mas com o sinal invertido, a fim de que, ao realizar o cálculo possamos cancelar umas das incógnitas e encontrar a concentração para uma das espécies, sendo assim:
0,0876 = 2,5039Cco + 2,464Ccr
-1,294 = -2,5039Cco – 81,6Ccr
-1,2064 = -79,22Ccr
Portanto:
Ccr = (-1,2064) / (-79,22) = 1,04 mol. L-1.
Com a concentração de cromo descoberta na mistura, utiliza-se equação trabalhada anteriormente a fim de encontrar a concentração para Cobalto:
0,197 = 5,6267*1*Cco + 5,43*1*Ccr * (14,51)
0,230 = 0,445*1*Cco +14,51*Ccr * (-5,43)
 2,8585 = 81,64Cco + 78,79Ccr
 -1,2489 = -2,4164Cco – 78,79Ccr
-1,6096= -79,22Cco
Portanto:
Cco = (-1,6096) / (-79,22) = 0,020 mol. L-1.
Com os valores obtidos, comparou-se com o valor calculado e, os valores não deram dentro do esperado, pois a concentração para cromo e cobalto deveriam ser de 0,012 g.L-1 e 0,016 g.L-1 respectivamente, e os valores encontrados estão fora, a concentração de cromo e cobalto foram superiores. Desta maneira, realizou-se outra leitura da amostra de concentração desconhecida e os novos valores de absorbância foram: 
Tabela 6 – Novos valores de absorbância nos comprimentos de onda de 510 nm e 575 nm.
	Comprimento de onda (λ) em 510 nm.
	Cobalto
	Comprimento de onda (λ) em 575 nm.
	Cromo
	
Absorbância.
	
0,118
	
Absorbância.
	
0,149
	Absortividade em mol. L-1 (575 nm).
	Absortividade em mol. L-1 (510 nm).
5,6267
	
	
5,43
	
	
0,445
	Absortividade em mol. L-1 (575 nm).
	
14,51
Absortividade em mol. L-1 (510 nm).
De acordo com os novos valores para absorbância, trabalhou-se com a mesma equação da lei de Beer e os novos valores de concentração encontrados foram:
Cromo:
0,118 = 5,6267*1*Cco + 5,43*1*Ccr * (0,445)
0,149 = 0,445*1*Cco +14,51*Ccr * (-5,6267)
 0,05251 = 2,5039Cco + 2,4164Ccr
 -1,2489 = -2,5039Cco – 81,64Ccr
-0,7859 = -79,22Ccr
Portanto:
Ccr = (-0,7859) / (-79,22) = 9, 92.10-3 mol.L-1
Cobalto:
0,149 = 0,445*1*Cco +14,51*9, 92.10-3
 0,149=0,445Cco + 0,1439
	0,149 – 0,1439 = 0,445Cco
		5, 1.10-3 = 0,445Cco
Portanto:
Cco = (5, 1.10-3) / (0,445) = 0,01146 mol.L-1.
Ao analisarmos os dados da segunda leitura, podemos notar que, desta vez, por mais que os valores não deram dentro do esperado, mas estão mais próximos, isso se deve por diversos fatores, impurezas na cubeta, mal encaixe da mesma no espectrofotômetro, impurezas nas soluções, e também a solução preparada estava numa concentração abaixo da linha de detecção, o que justifica a obtenção desses resultados.
CONCLUSÃO
A técnica de espectrofotometria por absorção molecular é uma importante ferramenta utilizada nos dias atuais, onde podemos realizar a leitura de compostos a fim de determinar que substância está ali presente e também, sua precisão na análise. É importante entender como o equipamento funciona e como podemos utiliza-lo, observar como as substâncias se mostram quando colocadas para análises neste tipo de aparelho a fim de verificar aspectos qualitativos e quantitativos.
A primeira etapa do procedimento experimental foi realizada sem maiores problemas. Pôde-se analisar como o equipamento funciona e como as espécies químicas trabalhadas se comportam no aparelho. Do ponto de vista qualitativo, conseguiu-se obter os espectros de absorção do íon permanganato, cobalto e cromo e compara-los com o que se esperava, tendo um resultado satisfatório mesmo sendo um equipamento relativamente antigo.
Quanto à parte quantitativa do experimento, foi possível determinar a concentração de permanganato e, de cromo e cobalto em uma mistura a partir dos comprimentos de onda de máxima absorção analisados na primeira etapa experimental, embora este último ter apresentado resultados razoáveis, devido a concentração da mistura estar abaixo da linha de detecção, podemos observar como duas substâncias podem ser determinadas trabalhando-se com este método e, analisando se a metodologia empregada é adequada para este tipo de amostra.
REFERÊNCIAS
SKOOG D. A., HOLLER F. J., NIEMAN T.A., Princípios de Análise Instrumental, 5a edição, capítulos 6, 13 e 14. 
MENDHAM, DENNEY R.C., BARNES J.D., THOMAS M.J.K J. VOGEL Análise Química Quantitativa, 6a edição, capitulo 17. 
 HARRIS D.C. Análise Química Quantitativa, 5a edição, capítulos 19 e 20.
STAFFORD, F. E.; HOLT, C. W.; PAULSON, G. L., Vibration-Rotation Spectrum of HCl, J. Chem. Educ., 1963, 40: 245-249.
ZARE, R. N., Calculation of Intensity Distribution in the Vibrational Structure of Electronic Transitions: The Ressonance Series of Molecular Iodine, J. Chem. Phys., 1964, 40: 1934-1944.
 
VERMA, R. D.; Ultraviolet Ressonance Spectrum of the Iodine Molecule, J. Chem. Phys., 1960, 32: 738-