lista 3 aqi espectroscopia gabarito

8/18/2019 Lista 3 AQI Espectroscopia Gabarito

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Centro Universitário Padre AnchietaAnálise Química Instrumental

Prof. Vanderlei Paula – [email protected]

Gabarito da Lista 3: Espectroscopia

Prof. Vanderlei I Paula – contato: [email protected]

www.aquitemquimica.com.br

y = 0,115x + 0,1785

R² = 0,9935

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

A b s o r b â n c i a

Concentração (ppm)

1) O berílio(II) forma um complexo com a acetilacetona (166,2 g/mol). Calcular a

absortividade molar do complexo, dado que uma solução 1,34 ppm apresenta uma

transmitância de 55,7% quando medida em uma célula de 1,00 cm a 295 nm, o

comprimento de onda de máxima absorção.

Resposta: O cálculo da absorvidade é realizado pela fórmula: A = ε . b . c sendo A

correspondente a Absorvidade, ε absorvidade molar, b caminho óptico e c

concentração em mol/L. Para realizar esse cálculo é preciso transformar a

concentração de 1,34 ppm para unidade em mol/L, como 1,34 ppm a 1,34 mg/L

ou 1,34.10-3

g/L. Para transformar massa em mol, basta fazer a divisão pelamassa molar já informada (166,2 g/mol). 1,34.10 -3 g/L / 166,2 g/mol resulta em

8,0.10-6 mol/L.

A transmitância deverá ser transformada em absorbância e realizar o cálculo final:

2) Um composto X deve ser determinado por espectrofotometria UV/visível. Umacurva de calibração é construída a partir de soluções padrão de X com os

seguintes resultados: (0,50 ppm, A_0,24); (1,5 ppm, A_0,36); (2,5 ppm, A_0,44);

(3,5 ppm, A_0,59); (4,5 ppm, A_0,70). Uma amostra de X forneceu uma

absorbância igual a 0,50 nas mesmas condições de medida dos padrões. Encontre

a inclinação e a interseção da curva de calibração, o erro padrão em y, a

concentração da amostra de X de concentração desconhecida, o desvio padrão na

concentração de X. Construa um gráfico da curva analítica e determine,

empregando o gráfico, a concentração da amostra.

ppm A

0,50 0,24

1,50 0,36

2,50 0,44

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Resposta: Na tabela abaixo estão listados os dados da curva

de calibração:

Gráfico 2: Indica valor correspondente ao ponto da absorbância do composto X.

Tabela abaixo mostra como os dados de desvio padrão foram obtidos no excel:

ppm A Saida da PROJ.LIN

0,50 0,24 Coeficiente Angular Coeficiente Linear

1,50 0,36 Paramentro 0,1150 0,1785

2,50 0,44 Desvio-padrão 0,0054 0,0155

3,50 0,59 R^2 0,9935 0,0170 Desvio-padrão (Y)4,50 0,70

Células marcadas I3:J5

2,79 0,50 Digite "=PROJ.LIN(C2:C6;B2:B6;VERDADEIRO;VERDADEIRO)"

Aperte CRTL + SHIFT + ENTER

fórmula do excel (colocar = antes)

PREVISÃO(C8;B2:B6;C2:C6) F(X) = 0,1150 ± 0,0054 X + 0,1785 ± 0,0155

3) Quais são os cinco componentes principais utilizados nos equipamentos de

espectroscopia óptica (molecular e atômica).Resposta: Os cinco componentes são:

3,50 0,59

4,50 0,70

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

A b s o r b â n c i a

Concentração (ppm)

X

2,79



















1- Fonte de radiação (energia): Responsável pela excitação eletrônica dos

compostos em estudo.

2- Seletor de comprimento de onda (grade de difração ou prismas): Sistema

responsável para isolar da radiação total um comprimento de onda

específico () para que ser sobreposto a amostra em estudo.

3- Sistema amostral (amostra): Após a seleção do comprimento de onda () o

sistema amostral é o local onde é disposto a amostra em estudo para que

seja incidido a radiação.

4- Detector (TFM, Diodos, CCD...): O detector na verdade é um transdutor que

transforma a radiação luminosa () incidente em sinal elétrico para o

processador.

5- Processador de dados (CPU): Atualmente os processadores de dados são

realizados no equipamento por sistemas elétricos/computacionais, a fim de

medir a quantidade de corrente elétrica e transformar em gráficos, ou dados

de tabelas.

4) Por que há equipamentos com dois tipos de lâmpadas, por exemplo uma

lâmpada de H2 e D2 e outra de tungstênio/halogênio? Skoog, FQA, Pg.707.Resposta: As lâmpadas de H2 ou D2 são emissoras de radiação na região do ultra-

violeta, enquanto as lâmpadas de tungstênio/halogênio são responsáveis para

emissão de radiação na região do visível e no infravermelho.

5) Qual a função da fenda existente de espectroscopia? Skoog, FQA, Pg.713.

Resposta: A fenda possui a função de atenuar o feixe de radiação que será

incidente na amostra ou o feixe de radiação emitido. A absorção de radiação é

diretamente dependente da concentração, das espécies absorventes. Se o feixe de

radiação incidente ao detector com alta intensidade ocorre saturação do detector e

as medidas tornam incorretas, ao mesmo tempo se o feixe de radiação for muito

atenuado, a radiação que irá incidir ao detector poderá estar próximo ao limite de

detecção e também poderá gerar dados incorretos.



















6) Quais os principais detectores de radiação utilizados em espectroscopia óptica e

descreva o funcionamento de uma fotomultiplicadora. Skoog, FQA, Pg.719-723.

Resposta: Os principais detectores de radiação eletromagnética são:

- tubos fotomultiplicadores (TFM);

- arranjo de fotodiodos de sílico;

- fototubos;

- células fotocondutivas;

Todos os detectores de fótons são baseados na interação da radiação com uma

superfície reativa para produzir elétrons (fotoemissão) ou para promover elétronspara os estados energéticos nos quais podem conduzir eletricidade (fotocondução).Somente as radiações UV, visível e infravermelha próxima possuem energiasuficiente para provocar a fotoemissão; assim, os detectores fotoemissivos estãolimitados a comprimentos de onda menores que 2 mm (2.000 nm). Osfotocondutores podem ser empregados nas regiões do IV próximo, médio edistante do espectro.

7) Esboce um diagrama de um espectrofotômetro de simples feixe, com os

principais instrumentos listados na questão 3.

Resposta: As figuras abaixo mostram diagramas de simples feixe de um

espectrofotometro.



















8) Esboce um diagrama de um espectrofotômetro de duplo feixe, com divisor de

feixe espacial e com divisor de feixe temporal, e apresente os principais

instrumentos listados na questão 3. Skoog, FQA, Pg.730.

Resposta:

9) Explique ou descreva um modelo que ilustre a absorção de um determinado

comprimento de onda (energia) em nível molecular.

Resposta: Geralmente a absorção de energia está associada a uma transição

eletrônica do nível fundamental de energia de um orbital atômico ou de um orbital

molecular para um orbital de maior energia que é denominado orbital excitado. A

absorção segue o princípio mostrado na figura abaixo, no esquema (a) a amostra

recebe a radiação incidente P0 e transmite a radiação P, a diferença entre P0 - P éigual à Absorbância. Essa absorbância é responsável para excitação eletrônica



















dos elétrons no estado fundamental 0, como demostra o esquema (b), para os

níveis 1 ou 2, com as energias correspondentes E1 ou E2. No esquema (c) é

mostrado um espectro da absorção das energias E1 e E2. No caso de moléculas

geralmente o nível fundamental que é excitado é o HOMO (orbital molecular de

maior energia ocupado) e o nível de excitação de maior energia é o LUMO (orbital

molecular de menor energia desocupado.

10) Se um analista desejar prever um espectro na região do ultravioleta/visível do

hexano (CH3CH2CH2CH2CH2CH3), sabendo que só há ligações C-H e C-C quais os

tipos de transições possíveis e qual a faixa que elas seriam apresentadas. Qual o

tipo de equipamento que deveria ser utilizado para a visualização do espectro?

a) UV-vácuo; b) UV-próximo (near); ou c) VIS-Vísivel. Justifique sua escolha.

Resposta: O hexano só possui ligações simples entre os carbonos assim não

ocorre o efeito de conjunção (pi) que é responsável para o deslocamento do

comprimento de onda () e aumento da absorvidade molar(ε).

A região correspondente a C-C e C-H são por volta de 150 – 180 nm, dessa

maneira o item de escolha devem ser a resposta A, pois a faixa corresponde a

absorção no UV. Usa-se UV-Vácuo devido à alta absorção da molécula de agua

que sai na mesma região.

11) Por qual razão o licopeno apresenta-se com coloração vermelha? Justifique a

absorção de radiação do licopeno visto que uma dupla possui transição π π* na

ordem de 200 nm (região do ultravioleta = invisível)

X



















Resposta: O licopeno possui coloração vermelha, pois ocorre o efeito de conjunção

(pi) que é responsável para o deslocamento do comprimento de onda () e

aumento da absorvidade molar(ε). A coloração vermelha é a transmitida (vista),

mas a absorção é verde-azulado, na faixa de 460-500 nm.

12) Descreva as diferenças básicas entre a espectroscopia de absorção a e de

emissão atômicas. Skoog, FQA, Pg.797

Resposta: A espectroscopia de absorção atômica necessita de uma lâmpada de

cátodo oco (específica para cada amostra) para excitação atômica, enquanto na

espectroscopia de emissão atômica a excitação é realizada via plasma (ICP) que

possui alto poder de excitação. O fato da espectroscopia de absorção atômica

necessitar de uma lâmpada de cátodo oco específica para cada elemento de

análise acarreta a limitação da diversidade de análises por conta da disponibilidade

de lâmpadas, no entanto o custo operacional do equipamento é menor. Já na

espectroscopia de emissão atômica a diversidade de análises não é limitada ao

sistema, no entanto o custo operacional é alto para manter o funcionamento do

plasma, em geral se gasta 20 L de argônio por minuto. Ambos os equipamentos

possuem limites de absorção típicos, assim devem ser realizados estudos para

aquisição destes equipamentos.

13) A respeito de espectroscopia atômica, defina os seguintes conceitos:

(a) atomização. (b) nebulizador. (c) plasma. (d) lâmpada de cátodo oco.

Resposta:



















(a) Atomização: é a primeira etapa de todos os procedimentos deespectroscopia atômica é a atomização, um processo no qual a amostra évolatilizada e decomposta de forma a produzir uma fase gasosa de átomos e

íons. A eficiência e a reprodutibilidade da etapa de atomização pode tergrande influência na sensibilidade, precisão e exatidão do método. Emresumo, a atomização é uma etapa crítica em espectroscopia atômica.

(b) Nebulizador: Os métodos gerais de se introduzir as soluções das amostrasno plasma e nas chamas. A nebulização direta é empregada com maiorfreqüência. Nesse caso, o nebulizador introduz constantemente a amostrana forma de uma nuvem de gotículas, denominada aerossol. Com essaintrodução contínua da amostra na chama ou no plasma, é produzida umapopulação em estado estacionário de átomos, moléculas e íons.

(c) Plasma: Os atomizadores de plasma, os quais se tornaram disponíveiscomercialmente em meados dos anos 1970, oferecem diversas vantagensem espectroscopia atômica analítica. A atomização em plasma tem sidoempregada para emissão, fluorescência e espectrometria de massa atômica.Por definição, um plasma é uma mistura gasosa condutiva contendo umaconcentração significativa de cátions e elétrons. No plasma de argônioutilizado para a espectroscopia atômica, os íons argônio e elétrons são asespécies condutoras principais, embora os cátions da amostra possamtambém contribuir. Os íons argônio, uma vez formados no plasma, sãocapazes de absorver potência suficiente de uma fonte externa para manter atemperatura em um dado nível, de forma que a ionização adicional sustentao plasma indefinidamente; temperaturas tão altas como 10.000 K sãoobtidas.

(d) Lâmpada de cátodo oco: fonte de radiação mais útil para a espectroscopiade absorção atômica é a lâmpada de cátodo oco. Esta consiste em umânodo de tungstênio e de um cátodo cilíndrico selado em um tubo de vidro,contendo um gás inerte, como o argônio, a pressões de 1 a 5 torr. O cátodoé fabricado com o metal do analito ou serve de suporte para umrecobrimento desse metal. Aplicando-se cerca de 300 V através doseletrodos produz-se a ionização do argônio e a geração de uma corrente de

5 a 10 mA quando os cátions e os elétrons migram para os eletrodos. Se opotencial é suficientemente alto, os cátions de argônio se chocam com ocátodo com energia suficiente para desalojar alguns átomos do metal eassim produzir uma nuvem atômica; esse processo é denominadosputtering.

14) Monte um diagrama que ilustre os processos atômicos envolvidos na

espectroscopia de absorção atômica e emissão atômica, bem como os

componentes dos instrumentos facilitadores para ação requerida.

Resposta:



















Esquema de um equipamento de espectroscopia de absorção atômica.

Esquema de um equipamento de espectroscopia de emissão atômica.



















Diagrama de energia e seu gráfico correspondente de absorção de energia.












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