prática 11 - espectrofotometria

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

Química Analítica 1


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

a) 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)



b) 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).

c) 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.

d) 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

e) 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:



y = 145x

R2 = 0,9932

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Concentração molar

Ab

s

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

f) Anote o valor de , ele será necessário para determinar a

concentração de uma determinada solução de permanganato

de potássio.

= M-1cm-1

g) 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.

h) Calcule a concentração molar da solução usando a lei de Beer-

Lambert (A = .C.l) – use l = 1 cm.

11.4 – PÓS-LABORATÓRIO

a) 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.



b) 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 mL1 Espátula1 balão volumétrico de 1000 mL

KMnO4

Água destilada

1 balão volumétrico de 25 mL1 Pipeta graduada de 10 mL4 frascos com rótulo1 Espectrofotômetro

8.6 – 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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