TERMODINAMICA DE GASES

FISICOQUIMICAUNI-FIGMMEQUILIBRIO EN LAS SOLUCIONES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLGICA, MINERA Y METALURGICA

equilibrio en las soluciones(Mtodo calorimtrico)CURSO : FSICO-QUIMICAALUMNOS : Leandro Mansilla Renan Alex Mantari Pastrana Jeami PROFESOR : Ing. Lobato LIMA PERU2008

INTRODUCCIN

El anlisis qumico proporciona informacin sobre la composicin de una muestra de materia. Algunos de los anlisis dan resultados de tipo cualitativo y aportan informacin til en la que pueden reconocerse especies atmicas o moleculares, deducirse caractersticas estructurales o reconocer en la muestra la presencia de determinados grupos funcionales.Otros anlisis son de tipo cuantitativo; en stos los resultados se representan como datos numricos y se expresan como porcentaje, partes por milln o miligramos por litro. En ambos tipos de anlisis la informacin necesaria se obtiene por medio de la medida de una propiedad fsica que se relaciona en forma caracterstica con el o los componentes de inters.Las propiedades que se utilizan para conocer la composicin qumica de la muestra pueden denominarse seales analticas. Como ejemplo de este tipo de seales cabe citar la emisin o la absorcin de la luz, la conductancia, el peso, el volumen y el ndice de refraccin, pero ninguna es exclusiva de una especia dada; as por ejemplo, todos los elementos metlicos presentes en una muestra cuando se calienta un arco elctrico a una temperatura suficientemente elevada, emite por lo general radiacin ultravioleta o visibles; todas las especies cargadas conducen la electricidad y todos los componentes de una mezcla contribuyen a su pe so, su volumen y su ndice de refraccin. En consecuencia, en todos los procedimientos analticos es necesario realizar una separacin. En algunos casos esta etapa consiste en la separacin fsica de los componentes qumicos individuales que estn presentes en la muestra antes de la generacin y de la seal analtica. En otros casos se genera y se observa la seal en la muestra estera, luego se asla o se separa la seal deseada.La separacin de las longitudes de onda por medio de un dispositivo adecuado, por ejemplo, un espectroscopio, hace posible la identificacin de cada componente sin que sea necesario separarlo fsicamente. en cambio, no existe ningn mtodo general que permita diferenciar la conductancia de los iones sodio y de la causada por los iones potasio. Por tanto si se quiere utilizar la conductancia como seal para el anlisis de una de estas especies inicas en una muestra que tambin contenga la otra, ser necesario realizar la separacin fsica de ambas especies.

OBJETIVOS:

Determinacin y anlisis cualitativo y cuantitativo de sustancias por medio de un mtodo colorimtrico basado en la propiedad que poseen todas las sustancias de absorber la emisin de luz.

Adiestramiento en el buen uso de una aparato de medicin de intensidad de una sustancia estudiada COLORIMTRO.

FUNDAMENTO TEORICO

El mtodo colorimtrico es un mtodo basado en la propiedad que tiene todos los cuerpos de absorber la radiacin solar para la cual previamente el alumno debe revisar algunos conceptos.

Una sustancia en solucin absorbe cierta cantidad de energa de la radiacin electromagntica, esta vara directamente proporcional a la concentracin de la sustancia; cuando esta absorcin es en la regin visible del espectro, el anlisis se denomina colormetro debido esta absorcin podemos saber que tan concentrada es un solucin por medio de su coloracin por supuesto con la ayuda de un espectrmetro.

Radiacin electromagntica: Es una forma de energa que se transmite por el espacio a velocidad muy alta por medio de ondas sinusoidales.

Espectro electromagntico: Es el conjunto de distintos tipos de radiacin electromagntica que abarcan las distintas longitudes de onda.

Luz visible: Una parte del espectro electromagntico cuyas longitudes de ondas pueden ser percibidas por la vista humana. Tambin es conocida como luz blanca, esta radiacin est compuesta por los siguientes colores:

Estos colores son los que son percibidos por la vista humana. El color de una sustancia se debe al rango de longitud de onda que absorbe. Por ejemplo el sulfato de cobre es azul que es el color que la vista capta. Por lo tanto una caracterstica de las sustancias es la longitud de onda que absorbe y no la luz que emite.

El color azul se debe a que l material al cual ndice el rayo de luz absorbe todos los colores menos el azul.

EL COLORIMETRO

El colormetro es un instrumento que permite la absorbancia de una solucin en una especfica frecuencia de luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentracin de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia.Diferentes sustancias qumicas absorben diferentes frecuencias de luz. Los colormetros se basan en el principio de que la absorbancia de una sustancia es proporcional a su concentracin, y es por eso que las sustancias ms concentradas muestran una lectura ms elevada de absorbancia. Se usa un filtro en el colormetro para elegir el color de luz que ms absorber el soluto, para maximizar la precisin de la lectura. Note que el color de luz absorbida es lo opuesto del color del espcimen, por lo tanto un filtro azul sera apropiado para una sustancia naranja.Los sensores miden la cantidad de luz que atraves la solucin, comparando la cantidad entrante y la lectura de la cantidad absorbida.Se realiza una serie de soluciones de concentraciones conocidas de la sustancia qumica en estudio y se mide la absorbancia para cada concentracin, as se obtiene una grfica de absorbancia respecto a concentracin. Por extrapolacin de la absorbancia en la grfica se puede encontrar el valor de la concentracin desconocida de la muestra.Otras aplicaciones de los colormetros son para cualificar y corregir reacciones de color en los monitores, o para calibrar los colores de la impresin fotogrfica. Los colormetros tambin se utilizan en personas con dficit visual (ceguera o daltonismo), donde los nombres de los colores son anunciados en medidas de parmetros de color (por ejemplo, saturacin y luminiscencia).

Ley de Beer-Lambert

La ley de Beer se verifica muy bien si C es menor o igual que 0.01 M. Falla en soluciones con concentraciones ms altas, y la grfica de absorbancia en funcin de la concentracin deja de ser una lnea recta.

El coeficiente de absorcin molar es la propiedad caracterstica de las sustancias que indica cunta luz se absorbe a una longitud de onda dada. De hecho, tanto los valores de la absorbancia como los del coeficiente de absorcin molar dependen de la longitud de onda de la luz. El funcionamiento del espectrofotmetro es el que sigue: la luz de una fuente continua pasa a travs de un monocromador, que selecciona una banda estrecha de longitudes de onda del haz incidente. Esta luz monocromtica atraviesa una muestra de espesor b, y se mide la potencia radiante de la luz que sale. Es necesario calibrar el espectrofotmetro con un blanco antes de medir las absorbancias de la disolucin problema. Esta celda o cubeta de referencia sirve para compensar los efectos de reflexin, dispersin o absorcin de luz de la celda con el disolvente. Cuando emerge poca luz de la muestra (absorbancia alta), la intensidad es difcil de medir. Cuando emerge mucha luz de la muestra (absorbancia baja), es difcil detectar la diferencia de absorbancia entre las celdas de muestra y de referencia.Varios fabricantes ofrecen en la actualidad instrumentos de haz sencillo sin registrador que pueden utilizarse para medidas en la regin UV-VIS. El extremo inferior de longitudes de onda de estos instrumentos vara de 190 a 210 nm, y el superior de 800 a 1000 nm. Todos ellos estn equipados con lmparas de wolframio y de hidrgeno o deuterio intercambiables. La mayora utilizan tubos fotomultiplicadores como detectores y redes como elementos dispersantes. Algunos estn provistos de dispositivos de salida digitales; otros utilizan medidores de gran tamao. Las anchuras de banda suelen variar de 2 a 8 nm y se han descrito exactitudes en la longitud de onda de 0.5 a 2.0 nm.

Suele ser recomendable utilizar un espectrofotmetro de doble haz, en el cual la luz pasa alternadamente por las celdas de muestra y de referencia. Esto se realiza mediante un motor que hace girar un espejo dentro y fuera de la trayectoria de la luz. Cuando el espejo obturador intermitente (entrecortador) no desva el haz, la luz pasa a travs de la muestra, y el detector mide la potencia radiante Ps. Cuando dicho espejo desva el haz de luz a travs de la celda de referencia, el detector mide Pr. De esta forma, la luz es desviada varias veces por segundo, y el circuito compara automticamente Pr y Ps para obtener la absorbancia (A = log Pr/Ps). Este procedimiento mejora las prestaciones de un equipo de haz simple, donde el haz de luz sigue un camino nico a travs de una sola muestra. Ello causa inexactitud, porque tanto la intensidad de la fuente como la respuesta del detector fluctan en el transcurso del tiempo. Si hay un cambio en alguna de ellas entre la medicin de una cubeta y otra, la absorbancia aparente tendr error. Un instrumento de haz simple es poco apropiado para mediciones continuas de absorbancia.

Ecuaciones:

Diagrama de la absorcin de un haz de luz atravesando una cubeta de tamao l. Esto se puede expresar de distintas maneras:

Dnde:

A: es la absorbancia (o absorbencia) I0: es la intensidad de la luz incidente I1: es la intensidad de la luz una vez ha atravesado el medio l : es la distancia que la luz atraviesa por el cuerpo c : es la concentracin de sustancia absorbente en el medio : es el coeficiente de absorcin o la absorbencia molar de la sustancia : es la longitud de onda del haz de luz k : es el coeficiente de extincin

En resumen, la ley explica que hay una relacin exponencial entre la transmisin de luz a travs de una sustancia y la concentracin de la sustancia, as como tambin entre la transmisin y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa. Si conocemos l y , la concentracin de la sustancia puede ser deducida a partir de la cantidad de luz transmitida.

Las unidades de c y dependen del modo en que se exprese la concentracin de la sustancia absorbente. Si la sustancia es lquida, se suele expresar como una fraccin molar. Las unidades de son la inversa de la longitud (por ejemplo cm.-1). En el caso de los gases, c puede ser expresada como densidad (la longitud al cubo, por ejemplo cm.-3), en cuyo caso es una seccin representativa de la absorcin y tiene las unidades en longitud al cuadrado (cm2, por ejemplo). Si la concentracin de c est expresada en moles por volumen, es la absorbencia molar normalmente dada en mol cm.-2.

El valor del coeficiente de absorcin vara segn los materiales absorbentes y con la longitud de onda para cada material en particular. Se suele determinar experimentalmente.

La ley tiende a no ser vlida para concentraciones muy elevadas, especialmente si el material dispersa mucho la luz.La relacin de la ley entre concentracin y absorcin de luz est basada en el uso de espectroscopia para identificar sustancias.

TRANSMITANCIA

La transmitancia o transmitencia es una magnitud que expresa la cantidad de energa que atraviesa un cuerpo.

TRANSMITANCIA PTICA La transmitancia ptica que se define como la fraccin de luz incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a travs de una muestra.Su expresin matemtica es:

Donde I0 es la intensidad del rayo incidente e I es la intensidad de la luz que viene de la muestra.La transmitancia de una muestra est normalmente dada en porcentaje, definida como:

La transmitancia se relaciona con la absorbancia (o absorbencia) A como

Donde T% es el porcentaje de transmitancia y T es transmitancia en "tanto por uno".

Ntese que el trmino transmisin se refiere al proceso fsico de la luz pasando por una muestra, mientras que transmitancia se refiere a una cantidad MATEMTICA.

ABSORBANCIA

En espectroscopia, la absorbancia o absorbencia () es definida como

Donde es la intensidad de la luz con una longitud de onda especfica y que es pasada por una muestra (intensidad de la luz transmitida) y es la intensidad de la luz antes que entre a la muestra (intensidad de la luz incidente)Las medidas de absorbancia son frecuentemente usadas en qumica analtica, ya que la absorbancia es proporcional al grosor de una muestra y la concentracin de la sustancia en sta, en contraste a la transmitancia I / I0, la cual vara exponencialmente con el grosor y la concentracin.

PROCEDIMIENTO

Determinacin De La Curva De TrabajoA partir de la solucin patrn, preparar soluciones en las fiolas de 50 ml con las siguientes concentraciones.Muestra patrn de CuNO3 1000gr/LConcentracin (mg/l)

50100300450600800

Para hallar las concentraciones pedidas se usar la relacin C1V1 = C2V2[Volumen requerido VR, volumen de fiola VF, concentracin pedido C2 concentracin inicial C1 (1000mgr/L)].

Se sabe:C1VR = C2VF

VR =

Reemplazando:

C2(mgr/l)VF(ml)VR (ml)

5010030045060080050,050,050,050,050,050,0

2.551522.53040

Luego de obtener todas las concentraciones pedidas sacar una muestra de cada una de ellas en los tubos de ensayo para obtener el porcentaje de transmitancia de cada muestra.

Escala de T%Selector de longitudAjuste de T 100%T100%T 0%Ajuste de T 0%Compartimiento de celtaESPECTROFOTOMETRO

Para cada medida se debe llevar el espectrofotmetro al 100% usando la solucin incolora de agua destilada debido a que el colormetro es muy sensible a las variantes en temperatura y en la corriente elctrica.

Ajustar el selector de longitud de onda a 620 nm.

CURVA DE TRABAJO

Estos son los datos obtenidos en el laboratorio:

Concentracin 1(mgr/L)Concentracin 2(mgr/L)Volumen 2(mL)Transmitancia(%)A =

1000502.5790.10237

10001005770.11350

100030015650.18708

100045022.5470.32790

100060030370.43179

100080040260.58502

Hacemos los ajustes de las curvas con ayuda del excel:

CUESTIONARIO

1.-Describe en forma bsica las partes de un fotmetro y cmo funciona?El fotmetro mide la atenuacin de un haz de luz, debido a la absorcin de electrolito coloreado en una solucin, ste parmetro depende de la concentracin de la especie responsable de la absorcin.

Para su funcionamiento, primero se coloca el patrn en la en la otra celda y se ajusta el instrumento al 100% de trasmitancia.

Despus se retira el patrn y se mide el %T de las muestras con un instrumento de doble haz, el rayo de luz generalmente se divide en dos; una parte se dirige a travs del patrn y la otra a travs de la muestra en forma simultnea. As un instrumento de doble haz compensa los cambios a corto plazo en la intensidad de la lmpara y en la respuesta del detector.

2.- Una solucin X que contiene 1,54x10-4 M tiene una trasmitancia de 0,0874 cuando se mide en una celda de 2cm. Que concentracin de X permitir tener una trasmitancia tres veces mayor si se utiliza una celda de 1cm ?Inicialmente:C= 1,54x10-4A= -log T= -log(0,0784)T= 0,0784A= 1,058488A= abc1,058488= a(2cm)(1,54x10-4)A= 3436,6511(1/cm.M)Finalmente:C= ?A= -log T= -log(0,2622)T= 3(0,0784)A= 0,581367312

ReemplazandoA= abc0,581367312=3436,651192(1/cm.M)(1cm)C C= 1,69x10-43.- Trate sobre la importancia de las soluciones coloreadas para un qumico analtico.

El anlisis espectro qumico por emisin es el mtodo instrumental de anlisis ms antiguos; por eso ha sido muy estudiado y los modernos espectrmetros recogen toda la experiencia de muchos aos de avance tecnolgico en ste campo.

De aqu que su rea de aplicacin sea tan extraordinariamente amplia que abarca desde anlisis cualitativo y cuantitativo de minerales y de rocas, al de productos metlicos y siderrgicos, aleaciones de todo tipo y productos comerciales diversos.

La espectrografa de emisin aventaja a las dems tcnicas instrumentales en el anlisis cualitativo rpido particularmente en la identificacin de impurezas y trazas. Adems, permite efectuar el anlisis por un mtodo prcticamente no destructivo ni alterable de la muestra, bastando cantidades de esta del orden inorgnico. En anlisis rutinarios o en series de ciertas industrias resulta imprescindible, siendo tambin de gran utilidad en investigaciones fsicas, qumicas, biolgicas, arqueolgicas, forenses, etc.

Recientemente su campo de aplicacin se ha ampliado con la incorporacin, como fuente de excitacin de la llamada antorcha o soplete de plasma.El plasma es un gas ionizado con igual nmero de electrones que de iones positivos, es conductor de la electricidad y sensible a un campo magntico.

Cuando se genera un plasma se libera una gran cantidad de energa que da lugar a temperaturas muy altas. As con argn puro en estado de plasma se ha alcanzado temperaturas hasta de 16.000K. A estas temperaturas tan elevadas se excitan muchos elementos, incluso aquellos que por los mtodos convencionales de excitacin (llama, arco o chispa) no originan lneas espectrales por ejemplo con los compuestos de niobio, Tntalo y titanio o bien otros, como ciertos compuestos de fsforo o de boro difcilmente excitables.

4.- Defina los siguientes trminosTrasmitanca: En la figura se muestra una radiacin solares antes y despus de pasar a travs de una capa de solucin absrbante a la concentracin. Como consecuencia de las interacciones entre fotones y la partcula absrbante se puede notar que la radiacin disminuye. Siendo la transmitaca la fraccin o radiacin incidente transmitida por solucin.Por lo general la transmitanca se expresa en porcentaje(%).

Absorbancia:La absorbancia de una solucin est definida por la ecuacin:

Absortividad y Absortividad Molar

Como se ver a continuacin, la absorbancia es directamente proporcional a la trayectoria de la radiacin a travs de la solucin y a la concentracin de la especie que produce la absorcin. Es decir

Donde: a: es una constante de proporcionalidad llamada absortividad

Resulta evidente que la magnitud de a dependa de las unidades utilizadas para b y c. cuando se expresa la concentracin en moles por litros y la trayectoria a travs de la celda en centmetros, la absortividad se denomina absortividad molar y se representa con el smbolo . En consecuencia, cuando b se expresa en centmetros y c en moles por litro se tiene:

A = bc5.-Que principio general trata la ley de Beer

La ley de Beer queda de esta manera: A = bc

La ley de Beer no se cumple para todas las concentraciones ya que la absortividad se determina experimentalmente. El recorrido b suele ser de un centmetro. La longitud de onda con la que se va a trabajar se fija en el espectrofotmetro y con ella fija se trabaja con la ley de

Lambert-Beer. Esta ley tambin se puede aplicar a mezclas, con la diferencia que se suman las absorbancia parciales de cada mezcla, trabajando cada una de ellas a una longitud de onda determinada.

Limitaciones de la Aplicabilidad de le ley de Beer

Existen limitaciones entre la relacin lineal entre la absorbancia y la concentracin. Esta relacin es lineal si se trabaja a concentraciones inferiores a 10-2M. Si aumentamos la concentracin se pone de manifiesto las interacciones de atraccin y repulsin dentro del analito, modificando la capacidad de absorber una longitud de onda. Tambin existen limitaciones cuando existe presencia de sales en la disolucin (efecto salino).

Podemos hablar de dos tipos de desviaciones, las qumicas y las instrumentales.

6.- En cuanto al equipo usado que controles son los ms usadosLos controles ms importantes del equipo son: Calibrador de la lectura de transmitanca Calibrador de la longitud de onda(620nm) del rayo incidente

APLICACIN A LA ESPECIALIDAD

El mtodo del Colormetro es usado por los metalurgistas para el anlisis de muestras de sustancias y equilibrio de soluciones.

En las minas es usado para el reconocimiento de agentes contaminantes por ejemplo las aguas contaminadas y relaves por medio de su longitud de onda.

Podemos usarlo en el campo de la mineraloga para el reconocimiento de minerales.

Espectrografa gamma superficial, en perforaciones y ncleos: por medio de los registro de radiactividad en perforaciones y muestras de ncleos y los ripios ayudan a los gelogos a predecir donde ocurren estratos contenedores de petrleo e identificar secuencias litolgicas. Los registros de radiactividad indican el tipo de roca y lquidos contenidos en ellas. Estos datos se correlacionan con otras informaciones para aumentar las probabilidades de encontrar petrleo.

Entre otras aplicaciones tenemos.

Levantamientos geolgicos-mineros regionales y de detalle.

Prospeccin y exploracin minera(estudios geoqumicas, geofsicos, etc.)

Estudios mineralgicos, petrogrficos, calcogrficos y de alteracin hidrotermal.

Identificacin de minerales mediante difraccin de rayos X y microscopia electrnica.

Estudios y anlisis geotermobaromtricos de inclusiones fluidas.

Anlisis qumicos (determinacin de elementos mayoritarios y traza en minerales, rocas, agua y suelos) por espectrometra de Absorcin Atmica.

Procesamiento digital e interpretacin de imgenes satelitales y fotografas areas.

BIBLIOGRAFIA

FISICO-QUIMICA. Segunda edicin. Gilbert W. Castellan. Addison Wesley Longman

FISICOQUIMICA Levine,Mc Gaw-Hill

ING LOBATO FLORES LABORATORIO N 3