Universidad De Los Andes

Facultad De Ingeniera

Escuela De Ingeniera Qumica

Departamento De Qumica Industrial Y Aplicada

Laboratorio De Anlisis Instrumental

Mrida Edo. Mrida

Determinacin Colorimtrica De Hierro En Soluciones Acuosas

Por Espectrometra De Absorcin De Luz Visible

Josu Snchez CI 20.077.499

Yelibeth Ochoa CI 20.520.989

Mayo Del 2015

RESUMEN

En la prctica realizada se quera determinar la concentracin de hierro en una muestra

problema. Dado que el hierro muestra una absorbancia baja, es necesario convertirlo, con

un reactivo que permita su anlisis. Dicho compuesto formado es la ferroina, este es un

complejo color anaranjado que absorbe notablemente en las regiones del espectro visible

alrededor de los 512 nm. Por medio de la curva de titulacin colorimtrica se pudo

determinar la concentracin de hierro en la muestra problema dando resultando una

concentracin de (1,250 0,116) x M con 24.9% de discrepancia respecto al valor terico (0.001M). Luego con un barrido espectral se reafirm que existe un mximo de absorbancia en 512

nm. Seguidamente se observ que a pH cidos aumenta la absorbancia y disminuye cuando el

medio tiende a neutro o bsico

INTRODUCCIN

Las mediciones espectrometrcas son utilizadas para construir las curvas de titulacin

colorimtricas, las cuales consisten en una representacin grfica de la Absorbancia en funcin del

volumen de titulante aadido. Estas grficas son de especial utilidad para determinar los puntos

finales de la titulacin. Su forma depende de las especies que absorben la radiacin. [2]

Una curva de valoracin fotomtrica es una representacin grfica de la Absorbancia, corregida por

los cambios de volumen, en funcin del volumen del valorador. Si se eligen las condiciones de

manera adecuada, la curva constar de dos regiones lineales con diferentes pendientes, una tiene

lugar al principio de la valoracin y la otra localizada ms all de la zona del punto de equivalencia,

el punto final se toma como la interseccin de las dos porciones lineales. La figura 1 muestra

algunas curvas de valoracin caractersticas. La valoracin de una especie no absorbente con un

valorador coloreado que origina un producto de reaccin incoloro que da lugar a una lnea

horizontal en las etapas iniciales, seguido de un rpido ascenso de la Absorbancia pasado el punto

de equivalencia (Fig. 1 a). Por otro lado la formacin de un producto coloreado, a partir de reactivos

incoloro, produce inicialmente un aumento lineal en la Absorbancia, seguido de una regin en la

cual la Absorbancia se mantiene independiente del volumen de reactivo aadido (Fig. 2 b).

Dependiendo de las caractersticas de absorcin de los reactivos y de los productos, son posibles las

otras formas de curvas que se muestran en la Fig. 1. [1]

Fig.1 Curvas de valoraciones fotomtricas. Las absortividades molares de la sustancia a

valorar, el producto y el valorador se indican como pts ,, , respectivamente.

Con el objeto de obtener un punto final fotomtrico satisfactorio es necesario que el sistema

absorbente cumpla la ley de Beer, de otro modo la curva de valoracin carecer de las regiones

lineales necesarias para la extrapolacin al punto final. Adems como consecuencia de los cambios

de volumen, es necesario corregir la Absorbancia, los valores observados se multiplican por (V+)

/V, donde V es el volumen original de la disolucin y es el volumen de valorador aadido. Se

introduce un pequeo error como resultado de suponer que los volmenes V y son aditivos [1].

Las titulaciones colorimtricas se basan en las caractersticas de los sistemas formados, es decir, la

capacidad de absorcin que presentan los reactivos a los productos. La mayora de los complejos

formados entre metales y quelantes por transferencia de carga, vemos que uno de sus componentes

tiene propiedades de donador de electrones y el otro aceptor de electrones. El estado excitado para

que se produzca la absorcin de la radiacin, es consecuencia de un tipo de proceso interno de

xido-reduccin, debido a la transicin de un electrn del donador al aceptor. [2]

El mtodo de colorimetra tiene una amplia gama de aplicaciones para anlisis y es conveniente en

los que son modestos los requisitos de precisin, se venden en el comercio equipos de prueba

colorimtricas sencillas, tiles para determinar el pH y el contenido de cloro del agua en las piscinas

de natacin, pueden obtenerse tambin equipos para anlisis de suelos. La planta de filtracin de

agua comnmente emplea pruebas de comparacin de colores para la estimacin de Fe, Si, F y CL

en abastecimientos de agua en las ciudades. [3]

En la siguiente prctica se determinar la concentracin de hierro en una solucin problema por

titulacin colorimtrica de su complejo coloreado con solucin de orto-fenantrolina, adems que se

estudiar el efecto del tiempo y pH.

Es importante mencionar que en la determinacin de hierro, la orto-fenantrolina reacciona con el Fe

2+, formando un complejo color anaranjado el cual absorbe en las regiones del espectro visible

alrededor de 512 nm. Como el Fe 3+ no absorbe a esa longitud de onda, debe reducirse con

clorhidrato de hidroxilamina. Las reacciones se muestran a continuacin:

3C12H8N2H + Fe2+

---------> Fe (C12H8N2)32+

+ 3H+ (Ecuacin 1)

Ferroina

Rojo-naranja

(Ecuacin 2)

Hidroxilamina

MATERIALES Y MTODOS

Para medir los valores de Absorbancia se utiliz un espectrofotmetro (Spectronic 20). Analgico.

Milton Roy Company. El equipo se calibr realizando un ajuste al (0% T) siendo el agua destilada

el blanco del anlisis. Posteriormente la solucin problema de hierro se mezcl con solucin de

hidroxilamina al 10% p/v pasados dos minutos se aadi la ortofenantrolina al 0.3% p/v en las

proporciones 2:0.5:2 ml respectivamente. La acidez fue ajustada hasta un pH de 5 por adicin de

solucin de acetato de sodio 2M, la Absorbancia se midi una vez preparada la solucin y despus

de dos min para observar la estabilidad en el tiempo. De manera similar se prepararon varias

soluciones, pero agregando en este caso diferente alcuotas de ortofenantrolina y de esta manera

medir la Absorbancia y graficar sta en funcin del volumen de ortofenantrolina. Para la

experiencia 3 se prepararon cuatro soluciones a diferentes pH (entre 2 y 12), y midiendo una vez

ms la Absorbancia se estudi mediante una grfica el efecto que tiene sobre sta. Por ltimo para

la misma solucin problema se midi la Absorbancia a diferentes longitudes de onda para la

construccin del espectro.

Tabla 1: Propiedades de los reactivos utilizados en la titulacin conductimtricas.

Sustancia

[] Normal

% Soluciones

Pm

Densidad

g/cm3

Empresa

CH3COONa

Solucin

2M

- 82 1.45 -

Hidroxilamina

clorhidrato

- 10 69,49 - Scharlau.

1-10-fenantrolina - 0.3% p/v - - Riedel- de Han

NaF - 99% 41.98 2.558 Merk

Oxalato de

sodio

- - 134 - allied chemical

Corporation

Cl3Fe.6H2O - - 270,30 - Cientifica andina

C.A

RESULTADOS Y DISCUSION

Tabla 2. Datos Experimentales de absorbancia @512 nm con volumen de orto-

fenantrolina.

V o-fenantrolina A

0,1 0,16

0,2 0,25

0,3 0,37

0,5 0,57

1 0,56

1,5 0,55

2 0,56

Figura 1. Absorbancia vs volumen de Orto-fenantrolina.

Tabla 3. Datos Experimentales de PH y absorbancia.

PH A

2 0,36

4 0,52

5 0,56

9 0,54

12 0,48

Figura 2. Absorbancia vs PH.

y = 1,0371x + 0,0523 R = 0,9984

y = -0,008x + 0,57 R = 0,4

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Ab

sorb

anci

a

V o-fenantrolina (ml)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Ab

sorb

anci

a

PH

Tabla 4. Datos Experimentales de longitud de onda y absorbancia.

(nm) A

375 0,12

400 0,23

425 0,36

450 0,44

475 0,52

500 0,56

512 0,56

525 0,48

550 0,2

575 0,06

600 0,03

625 0,03

Figura 3. Absorbancia vs (nm)

En los resultados obtenidos en la prctica vemos que se logr cumplir el objetivo de la

misma al determinar la concentracin en una muestra problema de hierro, para esto se

prepar inicialmente una serie de disoluciones de hierro con ortofenantrolina aadiendo

diferentes volmenes de este ltimo compuesto, los volmenes usados se reportan en la

tabla 2 para cada una de estas soluciones se midi la absorbancia y se construy la figura 1

donde observamos dos zonas lineales de pendientes diferentes y donde esta se interceptan

encontramos la formacin del complejo absorbente, adems del punto final de la titulacin,

cuyo volumen nos permiti determinar la concentracin de la muestra problema (1,250

0,116) x M la cual discrepa en un 24.9% del valor esperado. Este resultado es

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

300 350 400 450 500 550 600 650

Ab

sorb

anci

a

(nm)

bastante satisfactorio ya que la concentracin hallada esta en mismo orden de magnitud de

la concentracin del patrn (0.001 M), los errores que pudieron haber afectado son los

cometidos al momento de realizar diluciones o trasvasar volmenes con las pipetas, adems

de los errores de apreciacin en la lectura de absorbancia. Luego en la tabla 3 encontramos

los datos para graficar la curva de absorcin versus el pH (figura 2), aqu podemos observar

la influencia del pH sobre las medidas de absorbancia y notamos que en medio acido la

absorbancia aumenta, es decir, el complejo formado es capaz de absorber mayor radiacin

en un medio acido a una misma longitud de onda (512 nm). Por ltimo se hizo un barrido

espectral a una solucin patrn de hierro 0.001 M (tabla 4) con la finalidad de corroborar la

existencia de un mximo de absorbancia alrededor de 512 nm, con los datos obtenidos se

grafic la absorbancia versus la longitud de onda, donde podemos comprobar que si existe

un mximo de absorbancia en 512 nm.

CONCLUSION

- Se logr determinar la concentracin de hierro en una muestra problema por medio

de una valoracin colorimtrica.

- La concentracin de hierro encontrada es de (1,250 0,116) x M con una

discrepancia de 24.9% del valor terico.

- El complejo fenantrolina tiene un mximo de absorcin a 512 nm.

- En un medio acido la absorcin del complejo se ve ms favorecida que en uno

bsico.

- Los errores en obtenidos en las medidas hechas son debidos a la apreciacin en la

lectura de los datos de absorbancia y a errores al trasvasar volmenes y preparar

soluciones

BIBLIOGRAFIA

[1] Douglas A. Skoog; F.James Holler; Timothy A. Nieman. (2001) Principios De

Anlisis Instrumental. Quinta edicin. McGraw Hill Interamericana de Espaa S.A.

Madrid Espaa. Pag 372-374.

[2] Douglas A. Skoog, Donald N. West. (1974). Fundamentos de qumica analtica tomo

1 y 2. REVERTE S.A. Espaa.

[3] Mtodos Normalizados para el anlisis de aguas potables y residuales. 17 edicin.

Ediciones Daz de santos. S.A, 1992. Madrid Espaa.

MUESTRA DE CLCULO

1. Construccin de la curva de titulacin colorimtrica para la determinacin de

la concentracin de hierro en la solucin.

Tabla 2. Datos Experimentales de absorbancia con volumen de orto-fenantrolina.

V o-fenantrolina A

0,1 0,16

0,2 0,25

0,3 0,37

0,5 0,57

1 0,56

1,5 0,55

2 0,56

Se grafic absorbancia en funcin del volumen de orto-fenantrolina, obtenindose lo

siguiente.

Figura 1. Absorbancia vs volumen de Orto-fenantrolina.

En la Figura 1. Se observan dos rectas que se cortan, el punto de interseccin, es el

volumen de equivalencia, representa la cantidad de orto-fenantrolina necesaria para formar

el complejo con el hierro. Para determinar este punto, se realiz un ajuste con la recta antes

del punto de equivalencia y otro con la recta despus del punto de equivalencia. El ajuste se

y = 1,0371x + 0,0523 R = 0,9984

y = -0,008x + 0,57 R = 0,4

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Ab

sorb

anci

a

V o-fenantrolina (ml)

realiz con el mtodo de los mnimos cuadrados para ambos casos, a travs de las

siguientes ecuaciones:

|

|

|

|

|

|

|

|

Determinacin de la recta antes de punto de equivalencia.

Para la determinacin de esta recta, se tomaron los datos de la Tabla 1. hasta un volumen

aadido de orto-fenantrolina igual a 0,5ml ya que despus de este punto se observo cambio

en la pendiente.

Tabla 5. Clculo de los mnimos cuadrados para antes del punto de equivalencia.

xi yi xi2 xi*yi (yi-mxi-b)

2 (xi-x

-)2

0,1 0,16 0,01 0,016 1,6E-05 0,030625

0,2 0,25 0,04 0,05 9,4367E-05 0,005625

0,3 0,37 0,09 0,111 4,3184E-05 0,000625

0,5 0,57 0,25 0,285 7,3469E-07 0,050625

1,1 1,35 0,39 0,462 0,00015429 0,0875

Sumatoria

Al tener las sumatorias, donde n=4 se determinaron los valores correspondientes de D, m,

b, sy, sm y sb.

De igual manera se realizaron los clculos para los puntos despus del punto de

equivalencia, los resultados para ambas rectas se muestran a continuacin:

Tabla 6. Resultados para las rectas antes y despus del punto de equivalencia.

recta D m Sm b Sb Sy R2

antes 0,35 1,037 0,02969 0,0522 0,00927 0,00878 0,998

despus 5 -0,008 0,00692 0,57 0,00948 0,00774 0,4

Con la interseccin de estas dos rectas se obtiene el punto de equivalencia, es decir,

Donde X= volumen de orto-fenantrolina en el punto de equivalencia.

Para el clculo del error Sx se empleo la ecuacin de error para una divisin.

(

) (

)

(

)

(

)

Determinacin de la concentracin de hierro en la solucin estudiada

Experimentalmente el volumen de solucin de hierro aadida fue de 2ml, por lo tanto:

Error de los moles de orto-fenantrolina

Aplicando reglas de propagacin de errores:

R=k*A, su error ser SR=kSA

En este caso K viene siendo la concentracin de orto-fenantrolina ya que no se dispone de

su error asociado.

Mol orto-f= (7,5 0,6)* mol

Error asociado a los moles de hierro:

Mol de hierro = (2,5 0,2)* mol

Error asociado a la concentracin de hierro

El error del volumen de solucin de hierro viene dado por el instrumento de medicin, en

este caso se utiliz una pipeta de 5ml clase A, con una tolerancia de 0,1ml:

La concentracin del hierro viene dada por: (1,250 0,116) x M.

Por otro lado, la concentracin de la solucin de hierro patrn es de 0,001M, por lo tanto:

| |

| |

2. Estabilidad del color del complejo de hierro coloreado o ferroina en funcin

del PH

Tabla 3. Datos Experimentales de PH y absorbancia.

PH A

2 0,36

4 0,52

5 0,56

9 0,54

12 0,48

Con estos datos se grafic absorbancia en funcin del PH obtenindose lo siguiente:

Figura 2. Absorbancia vs PH.

3. Determinacin del Espectro de absorcin de luz visible de una solucin de

ferrona.

Tabla 4. Datos Experimentales de longitud de onda y absorbancia.

(nm) A

375 0,12

400 0,23

425 0,36

450 0,44

475 0,52

500 0,56

512 0,56

525 0,48

550 0,2

575 0,06

600 0,03

625 0,03

Se grafic absorbancia en funcin de la longitud de onda y se obtuvo lo siguiente.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Ab

sorb

anci

a

PH

Figura 3. Absorbancia vs (nm).

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

300 350 400 450 500 550 600 650

Ab

sorb

anci

a

(nm)