ΑΣΚΗΣΗ 6 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΜΙΓΜΑΤΟΣ ΥΠΕΡΜΑΓΓΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΔΙΧΡΩΜΙΚΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΟΡΑΤΟΥ

Transcript

1 1 ΑΣΚΗΣΗ 6 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΜΙΓΜΑΤΟΣ ΥΠΕΡΜΑΓΓΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΔΙΧΡΩΜΙΚΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Σκοπός ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΟΡΑΤΟΥ Ο αντικειμενικός σκοπός της άσκησης αυτής είναι ο ταυτόχρονος προσδιορισμός των συγκεντρώσεων των συμπλόκων ιόντων MnO 4 και Cr 2 O 7 2 σε διαλύματα άγνωστης σύστασης, με τη βοήθεια της ηλεκτρονικής φασματοσκοπίας (UV-Visible Spectroscopy). Θεωρία Ο νόμος των Lambert-Beer για την απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι: Α= log(i 0 /I) = ε b C όπου: Ι 0 και Ι είναι οι εντάσεις της εισερχομένης ακτινοβολίας στο διάλυμα και της εξερχομένης αντίστοιχα, ε είναι ο συντελεστής μοριακής απορρόφησης, C είναι η συγκέντρωση (mole/l). και b είναι το μήκος της οπτικής διαδρομής του φωτός μέσα από το διάλυμα (οπτικό μήκος, cm).

2 2 Η ποσότητα Α= log(i 0 /I) ονομάζεται απορρόφηση και είναι αδιάστατος αριθμός, ενώ η ποσότητα Ι/Ι 0 λέγεται διαπερατότητα, Τ. Οπότε, έχουμε A= - logt Στην άσκησή μας το b=1 cm. Έστω ένα διάλυμα που περιέχει τις ουσίες Α και Β, με αντίστοιχες συγκεντρώσεις C A και C B. H ουσία Α έχει συντελεστή μοριακής απορρόφησης ε Α1 σε μήκος κύματος λ 1, και συντελεστή μοριακής απορρόφησης ε Α2 σε μήκος κύματος λ 2, αντίστοιχα. Για την ουσία Β έχουμε ότι σε λ 1 έχει ε Β1 και σε λ 2 έχει ε Β2. Όταν μετρούμε την απορρόφηση ενός διαλύματος σε μήκος κύματος λ 1, έχουμε: Α λ1 = ε Α1 C A + ε Β1 C B (1) Σε μήκος κύματος λ 2, έχουμε: Α λ2 = ε Α2 C A + ε Β2 C B (2) Λύνοντας το σύστημα των δύο εξισώσεων, βρίσκουμε τις άγνωστες συγκεντρώσεις C A και C B.

3 3 Εκτέλεση της πειραματικής διαδικασίας Από δύο αρχικά διαλύματα (stock solutions) διχρωμικού καλίου και υπερμαγγανικού καλίου, συγκέντρωσης Μ, παρασκευάζονται για κάθε ουσία ξεχωριστά, σε ογκομετρικές φιάλες των 25 ml, διαλύματα με συγκεντρώσεις 10-4 Μ, Μ, Μ, Μ και Μ χρησιμοποιώντας ποσότητες από το αρχικό διάλυμα, όπως φαίνονται στον παρακάτω πίνακα και αραιώνοντας κάθε φορά μέχρι τα 25 ml. Όγκος προς αραίωση από το αρχικό διάλυμα Μ, ml Τελική συγκέντρωση διαλύματος σε φιάλη 25 ml, M 0.5 C 1 = C 2 = C 3 = C 4 = C 5 = Αφού παρασκευάσουμε μια σειρά διαλυμάτων, όπως φαίνεται παραπάνω, για την κάθε ουσία ξεχωριστά, μετρούμε έπειτα τις απορροφήσεις των διαλυμάτων ως εξής: Για το υπερμαγγανικό ιόν (MnO 4 ) ο συντελεστής απορρόφησης είναι μεγαλύτερος και πιο ευαίσθητος σε λ 1 =525 nm, ενώ αντίστοιχα για το διχρωμικό ιόν (Cr 2 O 7 2 ) o αντίστοιχος συντελεστής απορρόφησης είναι πιο ευαίσθητος σε λ 2 =352 nm. Αυτά τα μήκη

4 4 κύματος αντιστοιχούν στα μέγιστα των απορροφήσεων για κάθε ιόν (λ max ). Άρα, μετράμε τις απορροφήσεις των διαλυμάτων του υπερμαγγανικού καλίου σε λ 1 =525nm και σε λ 2= 352 nm, και του διχρωμικού καλίου μόνο σε λ= 352 nm. Έτσι, σχηματίζουμε τρεις πίνακες του τύπου: Συγκέντρωση, Μ Απορρόφηση, A A A A A A 5 Έπειτα, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων, κατασκευάζεται η ευθεία: ψ= αχ+β, όπου ψ=απορρόφηση, Α, και χ = συγκέντρωση, c. Κατασκευάζεται ο παρακάτω πίνακας, τρεις φορές, μία για κάθε περίπτωση:

5 5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΛΑΧΙΣΤΩΝ ΤΕΤΡΑΓΩΝΩΝ χ ψ χψ χ 2 C 1 A 1 C 2 A 2 C 3 A 3 C 4 A 4 C 5 A 5 Σχ Σψ Σχψ Σχ 2 Έπειτα, με βάση τα τελικά αθροίσματα, όπως υπολογίσθηκαν από τον παραπάνω πίνακα, υπολογίζονται οι παράμετροι α και β στη γραμμική συνάρτηση ψ=αχ+β: Aριθμός διαλυμάτων N=5 α = Ν. Σχψ ΣχΣψ Ν. Σχ 2 (Σχ) 2 β = Σχ 2 Σψ ΣχΣχψ Ν. Σχ 2 (Σχ) 2 Ο συντελεστής α είναι η κλίση της ευθείας και ταυτόχρονα ο συντελεστής απορρόφησης ε για την κάθε ουσία. O συντελεστής β είναι η τεταγμένη στην γραφική παράσταση της ψ=αχ+β και εκφράζει την απόκλιση

6 6 πειραματικών/θεωρητικών (Νόμος Beer-Lambert) μετρήσεων. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται τρεις φορές, μία για κάθε πίνακα. Έτσι, υπολογίζονται οι τρεις συντελεστές απορρόφησης Θεωρητικές τιμές των ε ε 352 (MnO 4 ) = 1450 Μ 1. cm 1 ε 525 (MnO 4 ) = 1800 Μ 1. cm 1 ε 352 (Cr 2 O 7 2 ) = 3040 Μ 1. cm 1 % Απόκλιση = ε j - ε θ /ε θ x 100 ΑΓΝΩΣΤΟ ΔΙΑΛΥΜΑ Στη συνέχεια, μετρούμε την απορρόφηση ενός αγνώστου διαλύματος σε λ 1 = 352 nm και σε λ 2 = 525 nm. M Mε βάση αυτά που προαναφέρθηκαν, προσδιορίζουμε τις άγνωστες συγκεντρώσεις των ιόντων.

7 7 Παράδειγμα υπολογισμών Έστω Α=MnO 4 και Β=Cr 2 O 7 2 και ότι σε λ 1 =352 nm μετρήσαμε Α=0.291, ενώ σε λ 2 =525 nm είχαμε Α= Έχουμε για λ 1 =352 nm: = 1450 C A C B (1) Για λ 2 =525nm : = 1800 C A (2) Λύνοντας το σύστημα, έχουμε τελικά: C A = C MnO4 = C B = C Cr2O7 2 = ΕΣΕΙΣ ΘΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΕΤΕ ΤΙΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΙΣ ΜΕ ΤΟΥΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΥΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ