Relatório Curva de Absorção U1 - 2015

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ESPECTOFOTOMETRIA NO ULTRAVIOLETA VISÍVEL
Determinação do Manganês no KMnO4
MATHEUS FRANCISCO AQUINO DA SILVA
REBECA DE SANTANA VIEIRA
Salvador, 
Setembro de 2015
SUMÁRIO
página
Resumo………………………………………………………………………………………	2
Introdução........................................................................................................................	3
Objetivos...........................................................................................................................	8
Procedimento experimental........................................................................................... 	8
Materiais e reagentes.......................................................................................................	9
Tratamento de Dados……………………………………………………………………….	10
Discussão………………..................................................................................................	13
Conclusão........................................................................................................................	18
Referências bibliográficas...............................................................................................	19
RESUMO
No referido experimento, realizou-se a determinação espectofotométrica da concentração do manganês no permangamanato de potássio. Para que isso fosse possível realizou-se previamente uma análise numa faixa do espectro da luz visível (380 - 650 nm) . Assim observando a decomposição da luz branca, foram analisadas as cores correspondentes a cada comprimento de onda. A segunda etapa do experimento era destinada a construção da curva de absorção do MnO-4. A curva ou espectro de absorção pode ser utilizado futuramente para comparações qualitativas, quantitativas ou para ajustes de valores nominais dos comprimentos de onda indicado no espectofotômetro. Por fim foi realizado uma curva de calibração, para que se determinasse a concentração do manganês na amostra em questão, numa que faixa que abrangesse a absorbância das soluções em questão .
INTRODUÇÃO
A espectrofotometria pode ser definida como o conjunto de técnicas analitícas que utiliza a luz, através da interação desta com a matéria em questão, para obter informações sobre uma amostra, como, por exemplo, a concentração. A fim de analisar a absorção da luz é necessário analisar também as propriedades da mesma. A luz possui caráter dualistíca, podendo se comportar ora como partícula, ora como onda, a depender da conveniência. Pode, por exemplo, apresentar comportamento de campos elétricos e magnéticos oscilantes.
Figura 01:A luz e o seu caráter de onda eletromagnética.
Onde:
· O comprimento de onda (λ) é a distância entre dois máximos;
· A frequência (v) é o número de oscilações completas que a onda faz a cada segundo em função da velocidade da luz no vácuo, representada pela constante c (c=2, 998x108m. s-1)
De forma que:
c= v.λ (eq 01)
Com relação à energia, é apropriado pensar que a luz é constituída por partículas, denominadas fótons. Cada fóton transporta uma dada quantidade de energia, pela qual:
E= h.v (eq 02)
Onde:
· E é energia, h é a constante de Planck e v a frequência.
Combinando-se as duas equações, tem-se que:
 (eq 03)
Onde: v representa o número de onda (= 1/λ)
Assim, conclui-se que a energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda, mas diretamente proporcional ao número de onda.
A amostra é estimulada geralmente, por meio da aplicação de energia na forma de calor, energia elétrica, luz, partículas ou reação química.Entende-se por estado fundamental, o estado de menor energia das espécies contidas no analito, quando ainda não foi aplicado nele um estímulo tal que o leve ao estado excitado, ou o estado transitório de maior nível energético.
	Seja a luz monocromática, com uma energia radiante , atingindo uma uma amostra contida num recipiente de espessura b. A energia radiante do feixe que sai do outro lado da amostra é P, de forma que, alguma luz pode ser absorvida pela amostra de maneira que, seja válida a relação .
A espectrofotometria de absorção molecular no ultravioleta-visível é baseada na medida da transmitância T ou absorbância A de soluções contidas em células transparentes com caminhos ópticos de b cm. Geralmente , a concentração de um analito que absorve radiação está relacionada linearmente com a absorbância, como mostra a lei de Beer: (SKOOG, 2009)
A = -logT = logP0 = ebc
 	P 
A absorbância da luz a cada comprimento de onda λ é diretamente proporcional à concentração da solução contida na cubeta. Esta linearidade deixa de ocorrer a concentrações muito elevadas da substância, podendo nesses casos diluir previamente a amostra a medir.
A equação A= εbc mostra que a absorbância depende da quantidade total de substância absorvedora que há no caminho ótico através da cuba com a solução.
O conjunto de soluções de números 1 a 5 constitui o que se denomina curva de calibração ou curva padrão, indispensável para determinar concentração de qualquer solução,desde que conheça sua absorbância. Na plotação do gráfico absorbância versus concentração, teremos uma reta, como já era indicado pela Lei de Beer, que permite calcular concentrações graficamente.
Na maioria das análises espectrofotométricas,é importante preparar um reagente branco contendo todos os reagentes, mas com o constituinte em análise substituído por água destilada. Também é importante usar uma série de padrões para estabelecer uma curva de calibração. Os padrões devem ser preparados pelo mesmo procedimento usado nas amostras desconhecidas. A absorbância da amostra desconhecida deve diminuir dentro da região coberta pelos padrões, de forma que não haja questionamento sobre a validade da curva de calibração.
	Para que a lei de Beer seja válida, algumas condições devem ser respeitadas:
1 - Luz monocromática, ou seja, de um comprimento de onda determinado;
2 - Meio homogêneo, onde o índice de refração seja igual em todas as direções;
3 - Ausência de reações indesejáveis entre moléculas do soluto e moléculas do solvente.
	A partir dessas considerações é possível deduzir alguns tipos de desvios na Lei de Beer. Esses desvios podem ser químicos ou devidos ao instrumento. Os desvios químicos são capazes de mudar a concentração da espécie absorvente na solução e ocorrem basicamente devido a três fatores: interações químicas com o soluto, mudança do índice de refração com a concentração e variações no pH. Já os desvios correspondentes ao instrumento ocorrem quando houver: esgotamento da célula fotoelétrica; câmbio da lâmpada por outra que não corresponde exatamente, ou cujo o filamento não esteja colocado com o original, variando desta forma quantidade de luz que chega a célula; pó que cobre a ampola; uso de filtros de outros aparelhos (a cada troca de filtro, o aparelho deve ser novamente calibrado); uso de tubos de vidro comuns ao invés daqueles especialmente fabricados para o instrumento.(CIENFUEGOS, 2000).
OBJETIVOS
Objetivo Geral
· Verificar a lei de Beer, a qual prevê a existência de uma relação linear entre a concentração e a absorbância, a partir da determinação espectofotométrica do manganês. 
Objetivos específicos 
· Relacionar as cores do espectro com seus respectivos comprimentos de ondas.
· Obter os espectros de absorção de soluções coloridas.
· Estudar os princípios básicos da espectofotometria bem como as operações de manuseio de um espectrofotômetro.
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAIS
Quadro 01: Vidrarias, equipamentos e acessórios 
	Material 
	Quantidade
	Capacidade
	Espectrofotômetro*
	01
	-
	Cubeta
	02
	-
	Bureta
	01
	25 mL
	Balão Volumétrico
	05
	50mL
*Modelo do Espectofotômetro: Femto 700 Plus
PROCEDIMENTO
 1 - O Espectro Visível
Parte a): 
Girou-se o botão seletor de comprimento de onda, de 380mm a 650mm, com variações de 10mm. A cada intervalo a cor correspondente a cada comprimento de onda foi observada.
Parte b):
	O botão seletor de comprimento de onda foi girado vagarosamente e observou-se cada coloraçãoque apareceu. Foram anotados os valores das faixas de comprimento de onda correspondente a cada cor.
	2 - Curva de Absorção de Uma Espécie Colorida
a) Preparo da solução:
Inicialmente, tomou-se uma alíquota de 5,00 mL da solução estoque de permanganato de potássio (1,0008g/L).
b) Seleção das cubetas:
Em um espectrofotômetro, depois de devidas instruções, foi feita a seleção do par de cubetas utilizados nas medidas (a diferença de comprimento de onda entre as cubetas deve ser de, no máximo, 0,010 nm). Posteriormente, uma das cubetas foi cheia com a solução de KMnO4 (S) e a outra foi cheia com água para que funcionasse como branco (B).
c) Espectro de absorção:
Ajustou-se o comprimento de onda do espectrofotômetro. Depois o aparelho foi calibrado sem a cubeta. Em seguida a cubeta com água destilada foi colocada no espectofotometro, e a absorbância foi medida. A partir dos requisitos supracitados, foi obtido o espectro de absorção do permanganato de potássio, na faixa do visível, de 380 a 680 nm, sendo variado o comprimento de onda de 10 em 10 nm. Posteriormente, foram anotadas as medidas em absorvância (A) em tabela definida.
3 - Curva analítica para o manganês
Em balões de 50mL, preparou-se cinco soluções usando 0,50; 1,00; 1,50; 2,00; 2,50 mL da solução estoque de manganês e completar com água até a marca. Determinar Absorbância para as soluções obtidas (usar o comprimento de onda escolhido no experimento anterior). Determinar a absorbância da amostra.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
1) Espectro Visível
Tabela 01:Variação de cores dentro de uma faixa do espectro visível, conforme variação do comprimento de onda.
	Comprimento de onda (λ)
	Cor
	380
	Lilás
	390
	Violeta
	400
	Roxo
	410
	Roxo
	420
	Roxo
	430
	Anil
	440
	Anil
	450
	Azul
	460
	Azul Netuno
	470
	Verde Azulado
	480
	Verde
	490
	Verde
	500
	Verde Esmeralda
	510
	Verde Esmeralda
	520
	Verde Claro
	530
	Verde Cana
	540
	Verde cana
	550
	Amarelo Esverdeado
	560
	Amarelo Canário
	570
	Amarelo Ouro
	580
	Laranja
	590
	Laranja Avermelhado
	600
	Carmim
	610
	Vermelho Sangue
	620
	Vermelho Sangue
	630
	Vermelho Sangue
	640
	Vermelho
	650
	Vermelho
Tabela 02: Faixa de Comprimento de Onda Correspondente a Cada Cor.
	Coloração
	Faixa de Comprimento de Onda (nm)
	Violeta
	380 - 420
	Azul
	430 - 450
	Verde Azulado
	460 - 470
	Verde
	480 - 540
	Amarelo
	550 - 570
	Alaranjado
	580 - 590
	Vermelho
	600 - 650
A sensação visual de cor nos seres humanos está relacionada ao comprimento de onda da radiação e também a sua frequência, variando de pessoa pra pessoa e se limitando a uma faixa definida entre 350nm e 700nm dos comprimentos de onda para a luz visível. Considerando o caráter ondulatório da luz, pode-se afirmar que para cada cor há um determinado comprimento de onda e frequência, que permite a distinção entre destas.
A luz visível de menor frequência- e portanto, maior comprimento de onda- provoca a sensação visual do vermelho; acima dessa faixa de comprimento de onda, tem-se a luz infravermelha. Enquanto que a luz visível de maior frequência (e menor comprimento de onda), provoca sensação visual do violeta, encontrando-se abaixo dessa faixa de comprimento de onda a luz ultravioleta.
Observou-se a mudança de cores dentro da faixa do espectro visível, conforme houve mudança do comprimento de onda. Como as frequências das ondas do espectro eletromagnético variam constantemente, entre as cores referidas (vermelho e azul) há uma faixa do espectro de infinitas frequências,(Figura 03) o que corresponde à um número infinito de cores, variando em degradê, em que sete cores distintas podem ser distinguidas (são as cores encontradas no arco-íris, um fenômeno em que a luz branca,que é uma mistura de todas as cores, do sol sofre refração nas gotículas de água provenientes da chuva que se encontram na atmosfera, decompondo-a em espectros coloridos ).
Figura 03: Faixa do Espectro da Luz Visível
2) Curva de Absorção de uma espécie colorida
Tabela 03: Comprimento de onda e transmitância e absorbância correspondentes.
	Comprimento de onda (λ)
	Transmitância (%)
	Absorbância
	420
	89,80
	0,047
	430
	84,00
	0,076
	440
	75,20
	0,124
	450
	63,20
	0,199
	460
	46,90
	0,329
	470
	29,70
	0,527
	480
	20,00
	0,699
	490
	12,10
	0,917
	500
	8,10
	1,091
	510
	5,10
	1,292
	520
	4,90
	1,309
	530
	5,20
	1,284
	540
	8,30
	1,081
	550
	16,00
	0,795
	560
	25,20
	0,598
	570
	52,50
	0,28
	580
	68,10
	0,167
	590
	73,30
	0,135
	600
	76,20
	0,118
	610
	78,40
	0,106
	620
	79,30
	0,101
Como a interação da luz com a matéria depende da sua estrutura química, o espectro de absorção é uma forma de caracterização que viabiliza a verificação da faixa de comprimento de onda em que um dado composto apresenta sua maior afinidade de absorção. Quando se realiza uma medida fotométrica, deve-se primeiramente selecionar uma faixa espectral de trabalho, tendo em vista a absorção máxima da energia radiante (lâmbda máximo) a fim de se obter um maior grau de sensibilidade. A escolha do comprimento de onda onde há máxima absorção é importante, pois, só desta maneira é possível detectar o composto em baixas concentrações.
Figura 04: Gráfico de Curva de Absorção plotado a partir do comprimento de onda e absorbância.
 Figura 05:Gráfico de Curva de Absorção plotado a partir do comprimento de onda e transmitância.
 
Conforme os Gráficos 01 e 02, mostrados respectivamentes nas figuras 04 e 05, pode-se perceber que absorção e transmitância são grandezas inversamente proporcionais e o lâmbda máximo e portanto, o comprimento de onda de trabalho escolhido foi o de menor transmitância, e portanto, de maior absorção, neste caso, coincidentes, sendo λ= 510 .
3)Curva analítica para o manganês
Tabela 04: Valores de Absorbância em Diferentes Concentrações
	
	Absorbância
	
	Comprimento de onda (λ)
	Volume (mL)
	1
	2
	3
	Média
	-
	0,5
	0,152
	0,154
	0,158
	0,154
	510
	1,0
	0,298
	0,300
	0,301
	0,300
	510
	1,5
	0,452
	0,457
	0,456
	0,456
	510
	2,0
	0,593
	0,588
	0,590
	0,59
	510
	2,5
	0,759
	0,754
	0,742
	0,754
	510
A fim de analisar o quanto de luz é absorvida pela água, e de minimizar os erros de possíveis interferentes, realizou-se um ensaio em branco, enchendo uma cubeta até a delimitação da marca com água destilada e mediu-se a absorbância desta, com o espectrofotômetro previamente calibrado.
Absorbância do Branco: 0,001
Realizou-se as medidas de absorbância para cada volume de solução estoque de manganês em triplicata, com a função de conferir reprodutibilidade às medidas. Calculou-se as médias, e deste valor então, subtrai-se a absorbância obtido no branco conforme tabela 04 abaixo:
Tabela 05: Valores de Absorbância para Diferentes Concentrações de KMNO4
	Solução
	Volume de KmnO4 (mL)
	Absorbância*
	Concentração (g/L)
	1
	0,5
	0,153
	0,010008
	2
	1,0
	0,299
	0,020016
	3
	1,5
	0,455
	0,030024
	4
	2,0
	0,589
	0,040032
	5
	2,5
	0753
	0,054004
*Valor do branco subtraído
Tendo em vista que a concentração da solução estoque de Permanganato de Potássio foi de 1,0008g/L , que os balões volumétricos utilizados tinham capacidade de 50mL e os diferentes volumes da solução estoque de Permanganato , é possível, através de uma simples relação entre os volumes e as concentrações (C1 x V1= C2x V2), achar as concentrações das soluções após feita a diluição. Essas concentrações constam na Tabela 04.
Através do uso do espectrofotômetro, aparelho cujo mecanismo permite a passagem de um feixe de luz por uma solução, é possível medir a quantidade de luz absorvida ou transmitida pela mesma. O prisma presente em sua estrutura é responsável por separar este feixe de luz com diferentes comprimentos de onda.
Então, o aparelho possibilita o conhecimento da quantidade de luz absorvida a cada comprimento de onda, relação que varia de substância para substância. Saindo do mérito de comparações entre substâncias distintas, também é possível comparar e até determinar a concentração de uma amostra desconhecida de uma substância pela absorbânciaque ela apresenta em determinado comprimento de onda.
Pode-se constatar por intermédio de uma propriedade conhecida como absorbividade molar, constante para uma substância específica, pois, baseado na lei de Beer, existe proporcionalidade entre a concentração da substância e a intensidade da sua cor e, portanto, com sua absortividade, pois, quanto maior a concentração de moléculas da substância na solução, maior será a interação da luz com estas. Dessa forma, podemos determinar a concentração de uma amostra desconhecida, através da plotagem do gráfico da curva de calibração, que relaciona absorbância versus concentração.
No experimento realizado, soluções de permanganato de potássio nas concentrações de 0,01g/L, 0,02g/L, 0,03g/L, 0,04g/L e 0,05 g/L foram submetidas à comprimentos de onda na faixa de 510 nm, faixa na qual a substância utilizada apresenta maior índice de absorção e sua absorbância determinada pelo espectrofotômetro.
Com os valores obtidos, pôde-se construir uma curva de calibração (Figura 05; Gráfico 03) e, após observação desta, foi destacado seu caráter linear, possibilitando a determinação da relação entre os dois fatores e assim também, o grau de confiança dos resultados expostos.
Figura 06: Curva analítica para o Permanganato de Potássio
Com base na análise gráfica e determinação da relação entre a absorbância e a concentração da substância, foi possível verificar a linearidade da substância e calcular a concentração da amostra desconhecida. A partir da equação da reta indicada por y=13,739x+ 0,0264 , o y representará o valor da absorbância e o x a concentração a ser descoberta. Desta forma, a concentração determinada da amostra desconhecida de KMnO4 foi de x=0,0921
1,292=13,739x+ 0,0264 
Ainda a partir da curva plotada, foi determinado o coeficiente de determinação, R², igual a 0,9965. Seus valores variam de 0 a 1, e o quanto mais se aproximarem do valor máximo, indicam que menos variações o y na reta de regressão sofreu, o que acarreta uma boa confiabilidade dos resultados e também do modelo explicativo em relação aos dados da amostra. Nesse caso, 99,65% da variável dependente (y), neste caso a absorbância, consegue ser explicada pelos regressores presentes no modelo
Ainda a partir da curva plotada, foi determinado o coeficiente de determinação, R², igual a 0,9965. Seus valores variam de 0 a 1, e o quanto não sofreu, o que acarreta uma boa confiabilidade dos resultados e também do modelo explicam se aproximarem do valor máximo, indicam que menos variações o y na reta de regressativo em relação aos dados da amostra. Nesse caso, 99,65% da variável dependente (y), neste caso a absorbância, consegue ser explicada pelos regressores presentes no modelo.
CONCLUSÃO
	De acordo com os dados obtidos e analisados pode-se concluir que a lei de beer foi comprovada experimentalmente assim à medida que aumenta a concentração de uma solução aumenta sua absorbância, e através de processos físicos, realizados pelo aparelho de espectrofotometria, pode-se analisar as propriedades das soluções, por exemplo, a concentração. Com a utilização de cálculos juntamente com os resultados obtidos pelo instrumento, é possível definir a concentração de soluções de concentração desconhecida.
Dessa forma a espectrofotometria de absorção molecular UV-VIS permanece como uma das ferramentas mais amplas para se determinar espécies moleculares em solução, pois grande parte das moléculas absorve nesta região do espectro eletromagnético.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. CIENFUEGOS, F. ; VAITSMAN D. - Análise Instrumental - Rio de Janeiro: Interciência, 2000
2. SKOOG, D. A.; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. A., Princípios de Análise Instrumental, 6ª ed., Bookman: São Paulo, 2009.
3. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422009000900043 
4. http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAReQAG/espectrofotometria-na-regiao-visivel-obtencao-espectro-absorcao-preparacao-curva-calibracao-determinacao-concentracao?part=2
5. http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA4-AAB/espectrofotometria?part=2
6. http://www.ebah.com.br/content/ABAAAenlsAC/espectrofotometria-no-utravioleta-visivel