Relatório - Espectrofotometria de absorção molecular UV-VIS

Relatório - Espectrofotometria de absorção molecular UV-VIS

(Parte 1 de 3)

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA – CCEN

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ

ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO MOLECULAR UV-VIS

Determinação de Fe(II) usando 1,10-fenantrolina como reagente complexante

ALUNO: Dariston Kleber Sousa Pereira

MATRÍCULA: 10611464

PROFESSORES: Edvan Cirino da Silva e Mário César Ugulino de Araújo

DISCIPLINA: Química Analítica III SEMESTRE: 2009.1

SUMÁRIO

1 – Introdução­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­________________________________________________________2

1.1 – Fundamentos teóricos ______________________________________________2

1.2 – Instrumentação ___________________________________________________5

2 – Objetivos _________________________________________________________8

3 – Materiais e métodos ________________________________________________8

3.1 – Instrumento analítico_______________________________________________8

3.2 – Soluções e reagentes _______________________________________________8

3.3 – Procedimento experimental__________________________________________8

4 – Resultados e discussão ______________________________________________7

4.1 – Curvas analíticas __________________________________________________9

4.1.1 – Curva analítica obtida com o espectrofotômetro Micronal ________________9

4.1.2 – Curva analítica obtida com o espectrofotômetro Hewlett Packard __________9

4.2 – Espectros obtidos da 1,10-fenantrolina, dos padrões de Fe(II) e das amostras__11

4.3 – Aplicação do teste t emparelhado ____________________________________12

4.4 – Erro relativo percentual das medidas _________________________________12

5 – Conclusões_______________________________________________________13

6 – Referências bibliográficas __________________________________________13

7 – Apêndice ________________________________________________________14

1 – INTRODUÇÃO

1.1 – Fundamentos teóricos

A espectroscopia de absorção UV-Vis utiliza radiação eletromagnética cujos comprimentos () variam entre 200 a 780 nm. Quando estimulada com esse tipo radiação, a molécula do composto pode sofrer transições eletrônicas por ocasião da absorção de energia quantizada. O espectro eletrônico de absorção é o registro gráfico da resposta do sistema ao estímulo.

A absorção de energia UV-Vis modifica estrutura eletrônica da molécula em conseqüência de transições eletrônicas envolvendo geralmente elétrons π e n (não ligantes) envolvidos em ligações. Isto requer que a molécula contenha pelos menos um grupo funcional insaturado (C=C, C=O, por exemplo) para fornecer os orbitais moleculares π e n. Tal centro de absorção é chamado cromóforo, sendo responsável principalmente pelas transições ππ* e nπ*. Estas resultam da absorção de radiações eletromagnéticas que se enquadram em uma região espectral experimentalmente conveniente, ao contrário das transições nσ* e σσ* que requerem geralmente radiações mais energéticas ( < 200 nm).

As bandas de absorção podem ser caracterizadas por dois parâmetros fundamentais: a posição e a intensidade. A posição corresponde normalmente ao “” da radiação eletromagnética responsável pela transição eletrônica, enquanto a intensidade depende, entre outros fatores, da energia dos orbitais moleculares e probabilidade de transição.

Os espectros de absorção UV-Vis apresentam geralmente bandas largas que resultam da sobreposição dos sinais provenientes de transições vibracionais e rotacionais ao(s) sinal(ais) associado(s) à(s) transição(ões) eletrônicas.

Esta técnica constitui um dos mais amplos caminhos usados pelos químicos analíticos para determinação de espécies moleculares em solução. A grande maioria dos elementos da tabela periódica pode ser determinada usando uma técnica apropriada de absorção molecular.

A energia associada às transições em uma molécula poliatômica compreende:

Emolécula = Eeletrônica + Erotacional

Onde a:

  • Energia eletrônica está associada à distribuição dos elétrons em torno dos núcleos atômicos;

  • Energia vibracional relaciona-se com a vibração dos átomos ou grupos de átomos em torno das posições de equilíbrio nas ligações;

  • Energia rotacional associa-se à rotação da molécula em torno do seu centro de gravidade.

A figura 1 mostra que as três formas de energia são quantizadas, ou seja, não podem assumir qualquer valor. As transições são referentes às energias de uma molécula diatômica e são indicadas como: E = eletrônicas, J = rotacional pura e V = vibracional-rotacional.

Este diagrama de energias esquematizado na figura 1 mostra que a diferença entre os níveis de energia seguem a seguinte ordem:

Eeletrônica > Evibracional > Erotacional

Figura 1: Diagrama esquemático de energias de uma molécula diatômica.

A resposta para essa ordem de energias encontra-se na mecânica quântica, pois ela mostra que quanto maior for o grau de confinamento da partícula, maior serão as restrições para o seu movimento. Assim, maior será o grau de quantização de suas energias.

Origem dos espectros de absorção molecular UV-Vis

O processo de absorção é essencialmente o mesmo para espécies orgânicas e inorgânicas, porém, existem algumas peculiaridades referentes a cada classe.

Os elétrons que contribuem para a absorção UV-Vis das espécies moleculares orgânicas são:

  • Os elétrons que participam das ligações entre os átomos (elétrons π e σ);

  • Os elétrons não-ligantes n, ou seja, os elétrons externos dos átomos que não participam da formação das ligações.

Absorção por compostos orgânicos

Nos compostos orgânicos, são possíveis quatro tipos de transições eletrônicas. Sendo elas classificadas como:

  • Transições σσ*: ocorrem nos hidrocarbonetos que possuem apenas ligações σ e elétrons ligantes. Ex.: Propano (máx = 135 nm);

  • Transições n → σ*: ocorrem em compostos saturados contendo átomos com elétrons não-ligantes. Ex.: cloreto de metila (máx = 173 nm);

  • Transições n → σ*: são observadas em compostos contendo orbitais π e heteroátomo com elétrons não-ligantes;

  • Transições π → π*: compostos contendo grupo funcional insaturado.

Estas duas últimas são as transições mais importantes para a espectroscopia UV-Vis dos compostos orgânicos, pois o máx apresenta-se normalmente nessa região, sendo que as transições π → π* apresentam absortividades molares muito maiores em relação às transições n → π*.

Absorção por espécies inorgânicas

Os compostos inorgânicos dos elementos dos blocos s e p apresentam bandas de absorção na região UV originadas das transições n π*.

A capacidade de absorção de muitos complexos se deve a um processo de transferência de carga. Nos complexos de transferência de carga, um dos componentes deve ter atuar como doador de elétron e o outro como receptor. A absorção relaciona-se com a transição de um elétron do doador para um orbital de maior energia do receptor. Assim, o estado excitado é produto de uma espécie de oxi-redução interna.

No complexo [Fe(SCN)6]3-, por exemplo, a absorção se relaciona com a transição de um elétron do íon tiocianato a um orbital do íon Fe(III).

A maioria dos complexos que apresenta bandas de transferência de carga associadas a um íon metálico que atua com aceptor de elétrons. Uma exceção é o complexo de ferro(II) com o-fenantrolina, onde o ligante é o aceptor e íon metálico é o doador.

Lei de Beer

É a lei fundamental da espectrofotometria de absorção UV-Vis. Ela estabelece uma relação entre a absorbância ou transmitância com a concentração de uma espécie absorvente quando um feixe de radiação monocromática atravessa um recipiente contendo a espécie absorvente. A expressão matemática é:

A = log(1/T) = -log(T) = abC

a é uma constante denominada absortividade (quando a concentração C é dada em gramas por litro) e b é o comprimento do percurso ótico da REM.

Quando a concentração for expressa em mols por litro, a absortividade é denominada de absortividade molar e a lei de Beer é escrita como:

A = bC

A sensibilidade de um método espectrofotométrico (ou fotométrico) é governada pela absortividade molar da espécie absorvente.

Os fatores que podem mudar a absortividade molar da espécie absorvente são:

  • estrutura eletrônica da molécula absorvente, ou seja, dos tipos de transições possíveis que ela pode sofrer.

  • probabilidade de transição;

  • comprimento de onda da radiação incidente ();

  • natureza solvente;

  • índice de refração do meio (ni).

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