equilibrio en las soluciones

Universidad Nacional de Ingeniera 2014

Universidad Nacional de Ingeniera 2014

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Geolgica, Minera y MetalrgicaCuarta Prctica de LaboratorioEQUILIBRIO EN LAS SOLUCIONES(MTODO COLORIMTRICO)28 de Noviembre de 2014Curso: Fsico-Qumica ME-211Seccin: RProfesor: Ing. Lobato Flores ArturoAlumno: Cortez Caballero RichardtCdigo: 20130385D

Cuarta Prctica de Laboratorio

Cuarta Prctica de Laboratorio

EQUILIBRIO EN LAS SOLUCIONES(MTODO COLORIMTRICO) (MTODO COLORIMTRICO) Cuarta Prctica de Laboratorio

INTRODUCCIN

El presente informe se encuentra dirigido a la poblacion estudiantil, especialmente a la comunidad universitaria, con el afan de promover la investigacion en los diversos ambitos de la vida cotidiana. Dando o conocer de una manera simple los procesos fisicoquimicos que se realizan en este laboratorio.

En manera de resumen se dara a conocer sobre una ciencia hasta ahora muy desconocida por la mayoria de la poblacion universitaria, la Colorimetria ciencia cuyo objetivo promordial es estudiar a profundidad la medida de los colores; en el presente trabajo se dara a conocer un breve resea de su historia desde sus inicios como ciencia hasta la actualidad, la estructura de esta ciencia y su relacion con color su intepretacion y los diversos apsectos que con ella conlleva, asimismo se mostrara los aportes de cientificos destacados a esta ciencia como el caso de Newton y Mussel.

Tambien se destacara el metodo de la colorimetria, donde con ayuda del espectrofotometro nos podra ayudar a calcular algunas unidades muy importantes como la Tramitancia y la Absorvancia las cuales son propiedades cualitativas de las soluciones; tambien aprenderemos sus diversas relaciones de estas porpiedades y sus aplicaciones en la industria.

OBJETIVOS:

Determinar y analizar cualitativamente y cuantitativamente las sustancias preparadas por medio del mtodo del calorimtrico, el cual se basa en la propiedad intensiva que posee cada sustancia de absorber la emisin de luz.

Adiestrar en el buen uso del aparato de medicin de la intensidad de una sustancia a estudiar, espectrofotmetro.

Analizar el funcionamiento del espectrofotmetro, basndose en la ley de Beer.

Reconocer las diversas relaciones que poseen la Absorbancia con respecto a las concentraciones de las sustancias.

Reconocer los diversos usos y aplicaciones de la Tramitancia y la Absorbancia en la industria.

FUNDAMENTO TERICO

Breve historia de la colorimetraDefinicin y caractersticas:La colorimetra tricromtica, tal como se la conoce actualmente, no tiene muchos aos de existencia, aunque los primeros intentos por medir y comprender los conceptos relativos al color se remontan a Aristteles (384-322 a. C.).

Posteriormente apareceran otros autores que tambin trataron el tema como Newton con su obra ptica (1704), Dalton (1794), Young (1802), Grassmann (1853), Maxwell (1860), Rayleigh (1882), Konig (1897)... y as hasta llegar a 1913 a la creacin de la Comisin Internacional de Iluminacin o CIE (por las siglas francesas de ComissionInternationale de l'Eclairage), y ms concretamente a la reunin en Cambrigde de 1931 en que el comit tcnico del CIE en Visin y Color defini unos patrones para la especificacin numrica del color.

Podemos entender como Colorimetra la ciencia que estudia los colores, caracterizndolos mediante nmeros, para que una vez que se encuentran cuantificados poder operar con ellos y deducir caractersticas de los colores obtenidos mediante mezclas, as como para averiguar las cantidades que hay que mezclar de varios colores elegidos y considerados como primarios para obtener el color deseado.Destacamos el descubrimiento de la descomposicin de la luz de Isaac Newton en 1666: cuando un rayo de luz solar traspasaba un prisma de cristal, el rayo de luz de salida no era blanco, sino que estaba formado de un espectro continuo de colores que iban desde el violeta al rojo. As pues el espectro del color poda dividirse en 6 regiones: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo, (aunque en realidad ningn color del espectro termina abruptamente, sino que se combina suavemente en el siguiente)

Figura 1.1 Experimento de NewtonBsicamente, los colores que el ser humano percibe en un objeto estn determinados por la naturaleza de la luz reflejada del objeto. El color del objeto no slo depende del objeto en s, sino de la fuente de luz que lo ilumina, del color del rea que le rodea y del sistema visual humano (el mecanismo ojo-cerebro).

La luz visible se compone de una banda de frecuencias relativamente estrecha en el espectro de la energa electromagntica. Un cuerpo que refleja luz que tiene ms o menos todas las longitudes de onda visibles, aparece como blanco al observador. Sin embargo, un cuerpo que es propicio a reflejar un rango limitado del espectro visible muestra algunas tonalidades de color. Por ejemplo, los objetos verdes reflejan luz con longitudes de ondas principalmente entre los 500 y 570 nm, mientras que absorben la mayora de la energa a otras longitudes de onda.

El Tono es un atributo asociado con la longitud de onda dominante en una mezcla de ondas de luz. As, el tono representa el color percibido por el observador; cuando llamamos a un objeto rojo, naranja o amarillo estamos especificando el tono.

La Saturacin se refiere a cmo de puro es el color, es decir, cunto blanco se mezcla con l. Se parte del color blanco hasta llegar al color totalmente saturado:

La Claridad implica la nocin que percibimos de la intensidad de luz en un objeto reflectante, es decir, que refleja la luz pero no tiene luz propia. El intervalo de claridades est comprendido entre el blanco y el negro pasando por todos los grises

El Brillo se usa en lugar de la claridad para referirse a la intensidad percibida por un objeto con luz propia (emitida y no reflejada), tal como una bombilla, el Sol, etc.

La Crominancia engloba la informacin que aportan el tono y la saturacin, por lo que podemos considerar un color caracterizado por su brillo y crominancia.Modelos de colorLa rueda de color de newton (1700)Fue usado como un sistema cuantitativo para medir el color, usando siete tonos primarios en un crculo de la forma que muestra la figura:

Rueda de color de NewtonLuego surge la rueda de Newton modificada, que inclua prpuras (mezcla de rojo y violeta) pero todava no era un modelo totalmente exacto. Sin embargo, la idea era muy similar a la del sistema moderno.

Rueda de color de Newton Modificada

Sistema Munsell (1915)Se cre a partir de datos preceptales, no por aproximacin al CIE. Se trata de asignar una variable a cada atributo, de forma que los escalones de las mismas sean perceptivamente iguales en cada una de ellas. Se obtiene la siguiente tabla:AtributoVariable MunsellN de escalones

BrilloValue0 10

TonoTono0 100

SaturacinCroma0 20 (ilimitada)

Donde el color se forma por la suma de estos tres atributos.Los tonos estn contenidos en un crculo, donde 20 de rotacin causan siempre el mismo cambio (que se traducen en cambios en la percepcin) independientemente de donde comience el crculo, permaneciendo la saturacin y el brillo inalterados. Los tonos que aparecen son R(rojo), YR(amarillo-rojo), Y(amarillo), GY(verde-amarillo), G (verde), BG(azul-verde), B(azul), PB(prpura-azul), P(prpura) y RP(rojo-prpura) .La saturacin se mide por la distancia desde el centro del crculo hacia el exterior, siendo ms saturado cuanto ms alejado desde el centro se encuentre.El brillo se mide por la altura, de forma que si nos movemos verticalmente en el mismo eje no cambian ni saturacin ni tono.En el espacio 3D se pueden distinguir ms niveles de saturacin del azul que del amarillo.

Espacio colorimtrico de MunsellEl libro de Color de MunsellAlgunos autores estiman que estableciendo los escalones (lo ms iguales posibles) basados en los pasos mnimos perceptibles, un observador normal puede llegar a distinguir, en condiciones muy favorables de observacin y por comparacin directa, hasta 10 millones de colores distintos. Se confecciona entonces un atlas Munsell (ver figura) con muestras de colores clasificados (pueden aadirse ms colores si fuera necesario) por los valores de las variables Munsell, de modo que pueda definirse un color de forma diferenciada del resto

Aspecto de una pgina de MunsellRepresentacin del colorConceptos de CalorimetraLa Colorimetra es cuantitativa, orientada a lo fsico, con mediciones a travs del espectro-radio (spectroradiometer) , el colormetro (que mide la cantidad de colores primarios), etc. Podemos hacer una relacin entre los trminos perceptuales con los de colorimetra segn la tabla:

Trminos perceptualesTrminos colorimtricos

TonoLongitud de onda dominante.

SaturacinPureza de la excitacin.

Claridad (objetos reflectantes)Luminancia.

Brillo (objetos con luz propia)Luminancia.

El efecto visual de cualquier distribucin espectral puede caracterizarse por tres caractersticas (longitud de onda dominante, pureza de la excitacin y la luminancia). Vamos a explicar estos conceptos:

Distribucin de la energa en funcin de la longitud de ondaSe entiende por longitud de onda dominante a la que corresponde el tono que vemos, en la figura sera el pico de energa correspondiente a e2. Aunque la longitud de onda dominante de una distribucin real puede no ser aquella de mayor amplitud. Algunos colores (como por ejemplo el prpura) no tienen longitud de onda dominante.La pureza de la excitacin es el radio de la luz monocromtica de la longitud de onda dominante y la luz blanca necesario para producir el color:, la pureza de excitacin es del 0% (insaturado)., la pureza de excitacin es del 100% (totalmente saturado).La luminancia se refiere a la energa total que es proporcional a la integral del producto de la distribucin y la curva de respuesta del ojo (funcin de eficiencia luminosa). En este caso dependera de y .Si la luz es acromtica (sin color), su atributo nico es su intensidad, o cantidad. ( luz acromtica es lo que se ve en una televisin en blanco y negro). De forma que se define una escala de grises que va desde el negro al blanco. La luz cromtica se refiere a la sensacin visual del color, abarca el espectro de energa electromagntica desde aproximadamente 400 a 700nm.

Localizacin del espectro visible en el rango de las radiacionesGeneralmente se necesitan desde 64 a 256 niveles para dar la sensacin de imagen continua sin contornos. Para describir la calidad de una fuente de luz cromtica se usan 3 caractersticas: radiancia, luminancia, y brillo. Radiancia es la cantidad total de energa que sale de la fuente de luz, y se mide en watios (W). Luminancia, medida en lmenes (lm), da la medida de la cantidad de energa que un observador percibe de la fuente de luz. Por ejemplo, una luz emitida de una fuente que opere en la regin infrarroja del espectro podra tener energa importante (radiancia), pero un observador no podra casi percibirla; su luminancia sera casi cero. Brillo es un descriptor subjetivo que es casi imposible de medir. Engloba la nocin acromtica de intensidad y es uno de los factores principales en la descripcin de la sensacin del colorOtros conceptos del colorDos colores son metmeros si proceden de estmulos distintos pero son percibidos como colores iguales. Sin embargo, dos colores distintos procedern siempre de estmulos (distribucin espectral) distinta.En el caso en que las distribuciones espectrales de dos estmulos sean iguales, esos colores se denominan ismeros y siempre producen la misma sensacin de color. Mezcla aditiva de colorCuando sobre nuestro ojo incide una determinada radiacin, sea una nica frecuencia o sea un conjunto de varias frecuencias, percibimos algo que denominamos color. Si modificamos la radiacin, aadindole una o varias frecuencias ms, hemos realizado una mezcla aditiva, pues sobre el ojo incide, aparte de la primitiva radiacin, las radiaciones nuevas que le hemos aadido. Si se combinan dos fuentes de luz con densidades espectrales de potencia (luminancia) y , la luz resultante, , se obtiene como:

Como las luces se suman, este mtodo recibe el nombre de "Sistema Aditivo de Color". De este modo, si sumamos fuentes luminosas con diferentes longitudes de onda , podemos generar muchos colores diferentes. Existen tres colores denominados primarios del sistema de mezcla aditiva de color, que son el Rojo, el Verde y el Azul. La razn por la que se utilizan estos colores es que combinndolos de forma adecuada se puede conseguir una gama de colores distintos ms amplia que para otras combinaciones de colores.Como el color de las luces monocromticas vara gradualmente, es difcil especificar cul es el punto exacto que corresponde al color rojo (R), verde (G) y azul (B). Por eso, el C.I.E. ha escogido los valores:ColorLongitud de Onda

Rojo (R)700 nm

Verde (G)546.1 nm

Azul (B)435.8 nm

La mezcla aditiva se representa as:

Se define como colores complementarios la pareja de colores que mezclados aditivamente proporciona el blanco (W) Mezcla substractiva de colorConsiste en eliminar componentes espectrales de la radiacin para conseguir nuevos colores, por ejemplo mediante el filtrado o sustraccin de algunas longitudes de onda y reflejando otras. Este proceso, denominado sustraccin, se produce porque ciertas molculas (denominadas pigmentos) absorben zonas particulares del espectro luminoso. Los pigmentos se quedan con unas ciertas longitudes de onda, y una mezcla de dos tipos diferentes de pigmentos dar como resultado una luz reflejada con menos longitudes de onda.

Los tres Colores Primarios de los sistemas sustractivos son el Amarillo, el Cyan y el Magenta, que son los colores complementarios de los sistemas aditivos. Mezclando las cantidades adecuadas de estos tres colores podemos conseguir una amplia gama de colores. Si los mezclamos en proporciones iguales obtenemos como resultado el color Negro (Bl) (en este caso, los pigmentos absorben todas las longitudes de onda).

Es importante resaltar que la mezcla sustractiva es fundamentalmente diferente a la de los sistemas aditivos. En los sistema aditivos, a medida que aadimos colores, el resultado se traduce en una luz que tiene cada vez ms longitudes de onda. En cambio, el resultado de una mezcla sustractiva es una luz que posee menos longitudes de onda que la original.Axiomas del colorLas cantidades de rojo, verde y azul que se necesitan para formar cualquier color en particular se llaman valores triestmulo y se denotan , y , respectivamente. Un color se identifica por tanto, por sus coeficientes tricromticos, definidos como:

De estas ecuaciones: .El color blanco tiene los tres valores triestmulo iguales.Para cualquier longitud de onda de la luz del espectro visible, los valores triestmulo que se necesitan para producir el color correspondiente a esa la longitud de onda se puede obtener directamente de curvas o tablas que han sido contrastadas de muchos resultados experimentales.Las Leyes de Grassman son un conjunto de ocho axiomas que definen la mezcla tricromtica de colores y que sirven de base para medir cuantitativamente un color.1. Mezclando tres fuentes luminosas, escogidas convenientemente, en proporciones determinadas, se pueden imitar todos los colores.

2. El ojo humano no puede resolver las componentes de una mezcla de colores.3. Cuando dos colores son sensorialmente iguales, la igualdad se mantiene si la luminancia de cada uno de ellos se multiplica o se divide por el mismo factor.

4. La luminancia total de un color es igual a la suma de las luminancias de sus componentes.

5. Ley de la Adicin: Si el color M coincide con el color N y el color P coincide con Q, entonces el color M combinado con el color P coincide con el color N combinado con Q.

6. Ley de la Sustraccin: Si la mezcla del color M y el P coincide con la mezcla del color N y el Q, y si P coincide con Q, entonces M coincide con N.

7. Propiedad Transitiva: Si el color M coincide con a N y si el color N coincide con P, entonces el color M coincide con P.

8. Adaptacin de Colores:

a. C unidades del color C coinciden con la mezcla de M unidades de M, con N unidades de N y con P unidades de P.

b. La mezcla de C unidades de C con M unidades de M dan el mismo color resultante de la mezcla de N unidades de N con P unidades de P.

c. La mezcla de C unidades de C con M unidades de M y con N unidades de N coinciden con P unidades de P.Espacio colorimtrico. Sistemas estndar xyzActualmente se emplean distintos sistemas de coordenadas para especificar el color, dependiendo de la aplicacin para la que estn pensados. Cada sistema de coordenadas permite representar los colores en lo que se llama un diagrama de cromaticidad. La CIE ha estandarizado algunos de estos sistemas de coordenadas. Lo que se pretende con ellos es conseguir representar la mayor cantidad de colores posibles con coeficientes triestmulo positivos (para que se puedan obtener los colores de forma aditiva). Es un estndar del CIE que pretende representar la mayor cantidad de colores posible mediante valores triestmulo positivos. Sus coordenadas , y (obtenidas a partir de los primarios , y donde la componente representa el factor de luminancia) cumplen (, y valores entre 0 y 1)Diagrama de cromaticidadUna aproximacin para especificar los colores es el diagrama cromtico o de cromaticidad, que muestra la composicin del color como funcin de e . Para cada valor de e , el correspondiente valor de se obtiene de la ecuacin . Las posiciones de varios colores del espectro - desde violeta a 380 nm a rojo 780 nm- se indican alrededor del lmite del diagrama cromtico con forma de dedo pulgar. El diagrama de cromaticidad que se obtiene con el sistema de coordenadas es lo ms amplio posible y tiene el siguiente aspecto:

Diagrama de CromaticidadAlgunos aspectos de esta representacin El punto de igual energa es el color blanco.

Un segmento recto que una 2 puntos cualesquiera del diagrama define todas las distintas variaciones del color que se puedan obtener combinando estos 2 colores al sumarlos. Por ejemplo, si consideramos una lnea recta desde el rojo hasta el verde, y hay ms luz roja que verde, el punto exacto que represente el nuevo color estar en la lnea del segmento, pero estar ms cerca del punto rojo que del verde.

Si se dibuja una lnea desde el punto de igual energa a cualquier punto del lmite de la grfica se definirn todas las tonalidades de ese color del espectro.

Para determinar el rango de colores que se puede obtener de 3 colores cualesquiera del diagrama de cromaticidad, simplemente dibujamos lneas que conecten cada uno de los 3 puntos de color. El resultado es un tringulo, y cualquier color dentro del tringulo se puede producir por varias combinaciones de los tres colores iniciales.

Un tringulo cuyos vrtices sean 3 colores fijados (rojo, verde y azul en la figura) no englobar nunca toda la grfica. Esta observacin prueba grficamente que no todos los colores se pueden obtener con tres colores primarios.

El punto que representa al color blanco se llama punto de igual energa, y se llama as porque corresponde a la mezcla de los tres colores primarios en igual proporcin.

Los colores ms puros son los que se encuentran en la periferia del diagrama de cromaticidad, puesto que no contienen nada de blanco. A medida que el punto se aleja del lmite y se acerca al punto de igual energa, se aade ms luz blanca al color, y pasa a ser menos saturado. El punto de igual energa (color blanco) tiene saturacin cero y cromaticidad nula.

En el exterior de la curva no hay colores fsicos, por lo que es imposible colorear esas zonas. Dichos colores tienen sentido matemtico, pero no lo tienen fsico. En concreto, los primaros del espacio XYZ se encuentran fuera de la curva, en los vrtices del tringulo rectngulo de cateto unidad.

La luminancia no est reflejada en el diagrama, de manera que dos colores con la misma cromaticidad pero distintos valores de luminancia se representan en el mismo punto.

Para que dos colores sean complementarios han de estar colocados en el diagrama de cromaticidad sobre una recta que pase por el blanco cuyos coeficientes son y han de tener los componentes con amplitudes tales que la suma de los dos colores caiga precisamente en el blanco.

En la figura se aprecian dos colores complementarios respecto del punto de igual energa.No todos los colores espectrales puros tienen color complementario espectral puro, teniendo en su lugar una mezcla.Otros sistemas de coordenadas (rgb, cmy, yiq, etc)Sistemas de coordenadas RGBEs el ms intuitivo. Emplea como coordenadas los colores primarios rojo, verde y azul, que se utilizan de forma aditiva para representar cada color.

Cubo de coordenadas RGBLa lnea diagonal de puntos representa la escala de grises, que se extiende desde el blanco (1,1,1), hasta el negro (0,0,0).Sistemas de coordenadas CMYSistema de coordenadas cartesianas que usa como colores base los complementarios del sistema RGB: cyan, magenta y amarillo. Estos colores se obtienen restando su complementario del color blanco (por ejemplo: amarillo = blanco azul).

Colores primarios substracticos y sus mezclasSistemas de coordenadas HSVConsiste en un subconjunto hexagonal de un sistema cilndrico, tal y como muestra la figura. Las coordenadas son: tono (HUE), saturacin (S), y brillo (V).El plano V=1 es el sistema RGB visto anteriormente.Desplazamientos verticales hacia el negro implican un oscurecimiento del color, mientras que para brillo (V) constante, cuanto ms nos alejemos del eje ms saturados sern los colores. El tono se representa como el ngulo de rotacin partiendo desde el rojo (0) sobre un plano V cte.

Cono hexagonal simple del modelo de color HSVComparativa de los modelosRGBVentajas Es un sistema de coordenadas cartesianas, lineal. Basado en los valores triestmulo.Desventajas No cubre toda la gama de valores perceptibles. No es uniforme, ya que las distancias geomtricas entre colores no se corresponden con distancias percibidas.Sistemas CIEVentajas Lineal. Basados en la percepcin humana, ya que se han obtenido de experimentos. Cubren toda la gama de colores perceptiblesDesventajas: No uniformes. El diagrama de cromaticidad no muestra la luminancia de los colores.Temperatura del colorLa radiacin luminosa puede ser provocada de muy diversas formas, pero en principio una clasificacin puede ser por fuentes trmicas y por fuentes no trmicas. Las fuentes trmicas generan una radiacin en la que parte de ella es captada por los sensores de la piel, obtenindose sensacin de calor. Estas radiaciones se encuentran en la zona del infrarrojo y a ellas es sensible la piel, pero si el cuerpo se calienta a temperatura muy alta, su espectro de radiaciones se expande hacia la zona superior y penetra en la zona del espectro visible, activando a los sensores del ojo, lo que sucede alrededor de los 500 C. Se denomina cuerpo negro a aquel que absorbe todas las radiaciones, independientemente de la longitud de onda que stas tengan, no reflejando ninguna. En buena lgica, este mismo cuerpo ser un radiador integral, puesto que todo lo que l radie ser generado por l mismo y nunca reflejado de las radiaciones externas a l.

Curva de colores que adquiere el cuerpo negro con la temperaturaSi a este cuerpo negro se le calienta por encima de los 500 C, comienza a tomar color rojizo. Si se le calienta ms, despus de pasar por una tonalidad amarillenta, su tono se vuelve blanquecino y para temperaturas mucho ms altas toma un color azulado.Si sobre el diagrama de cromaticidad dibujamos el lugar geomtrico de los puntos que describe su color al hacer variable la temperatura, aparece la curva representada en la figura.Por extensin de este concepto, cuando queremos caracterizar un color cualquiera que se encuentre cerca de esta curva, se le suele asociar, para identificarlo, la temperatura ms cercana sobre dicha curva y su color puede expresarse en grados Kelvin (K).Por tanto, al decir que la temperatura de un color es de ToK, no quiere decir que se encuentre a esa temperatura, sino que el tono del color que presenta es similar al que presentara el cuerpo negro si se calentase a esa temperatura.Donde ms aplicacin encuentra este concepto es para definir la luz blanca, normalmente en iluminaciones, indicndose con la temperatura de color si es una luz blanca-rojiza, blanca o blanca-azulada. Suele utilizarse esta terminologa en estudios de fotografa o de televisin para definir el blanco de referencia que se va a utilizar.A continuacin se dan las temperaturas de color de algunos iluminantes ampliamente conocidos:Buja ordinaria1900 K

Lmpara de petrleo2000 K

Lmpara de acetileno2100 K

Lmpara elctrica de incandescencia2400 K

Lmpara de atmsfera gaseosa2700 K

Blanco patrn (A)2850 K

Luna4100 K

Blanco patrn (B)4780 K

Sol5500 K

Blanco patrn (W) equienergtico5500 K

Luz diurna, con sol y cielo claro6000 K

Blanco patrn (D)6500 K

Blanco patrn (C)6770 K

Luna con cielo cubierto6800 K

Cielo azul claro25000 K

(A) Corresponde a las lmparas incandescentes de baja potencia.(B) Corresponde a lmparas incandescentes de gran potencia.(C) Luz difusa de cielo nublado.(D) Combinacin de luz diurna directa y luz difusa de cielo nublado.Aplicaciones y consideracionesLa percepcin del color depende de lo que lo rodea. En el cuadro siguiente, por ejemplo, se usa la tcnica basada en puntos de color separados, pero en la distancia los 17colores se mezclan aditivamente. La mezcla de pigmentos en s es substractiva y oscurece el dibujo, por eso el puntillismo da la apariencia de ms brillo en los colores.

The Channel at Gravelines(1890) por George Seurat.El color afecta a la percepcin del tamao: por ejemplo, los objetos de color rojo se ven ms largos que objetos verdes.Los colores se refractan de forma diferente al pasar por las lentes de unas gafas confundiendo el sentido de profundidad: el rojo da sensacin de ms cercana, el azul de lejana.Dos colores se dicen complementarios cuando su mezcla aditiva da el color blanco. En el caso de los colores primarios, son complementarios entre s el rojo y el cyan, verde y magenta, y azul y amarillo.El tono que se percibe de un color depende de la adaptacin del observador. Por ejemplo, la bandera de los Estados Unidos no aparece inmediatamente roja, blanca y azul si el observador ha estado antes sometido a una intensa luz roja. En este caso, los colores de la bandera parecern cambiar de matriz desde el complementario del rojo (el cyan) hasta sus verdaderos colores. La explicacin de este fenmeno es que cuando desaparece sbitamente un color de la retina, aparece el complementario. Esto se debe al cansancio de los conos sometidos a excitacin, que pierden su sensibilidad al desaparecer el color, activndose los complementarios. Se puede realizar el siguiente experimento para comprobarlo: mire fijamente a la imagen. Despus de un momento pase la imagen y mire a la pantalla en blanco. Ver cmo aparece la flor con los ptalos rojos y las hojas y el tallo, verdes.mtodo colorimtricoEl colormetro es un aparato basado en la ley de absorcin de la luz habitualmente conocida como de "Lambert-Beer". En realidad, estos dos autores nunca llegaron a colaborar puesto que un siglo separa el nacimiento de cada uno. Johann Heinrich Lambert (1728-1777) realiz sus principales contribuciones en el campo de la matemtica y la fsica y public en 1760 un libro tituladoPhotometria, en el que sealaba la variacin de la intensidad luminosa al atravesar un rayo de luz un nmero "m" de capas de cristal poda considerarse como una relacin exponencial, con un valor caracterstico ("n") para cada cristal. En 1852, AugustBeer (1825-1863) seal que esta ley era aplicable a soluciones con diversa concentracin y defini el coeficiente de absorcin, con lo que sent las bases de la frmula que sigue siendo utilizada actualmente:

Dnde:es el coeficiente de absorcin molecular, caracterstico de la sustancia absorbente para la luz de una determinada frecuencia.es la concentracin molecular de la disolucines el espesor de la capa absorbente o distancia recorrida por el rayoEsta propiedad comenz a ser utilizada con fines analticos gracias a los trabajos de Bunsen, Roscoe y Bahr, entre otros. El colormetro ms antiguo de la coleccin de la Universidad de Valencia es semejante al propuesto en 1870 por Jules Duboscq (1817-1886), un fabricante de instrumentos pticos de Pars. Es un buen ejemplo de lo que GastonBacherlard denominaba theormesrifis para hacer referencia a los instrumentos cientficos. Dado que su forma y sus caractersticas muestran claramente las bases tericas de su funcionamiento, este tipo de instrumentos resulta particularmente adecuado para ser empleados en la enseanza, por ejemplo, en el estudio de las leyes de la colorimetra.

Espectrofotmetro o ColormetroTransmitancia y absorvanciaTransmitanciaLa transmitancia o transmitencia es una magnitud que expresa la cantidad de energa que atraviesa un cuerpo en la unidad de tiempo (potencia).Transmitancia pticaLa 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:

Dnde:es la intensidad del rayo incidente.es la intensidad de la luz que viene de la muestra.La transmitancia de una muestra est normalmente dada porcentualmente, definida como:

La absorbanciaEs la cantidad de luz que absorbe una muestra. Est definida como:

MATERIALES E INSTRUMENTOS

Materiales de Almacenamiento:1 Frasco hermticamente cerrado (para el Cu electroltico).2 Botellas (para las soluciones de HNO3 y NH3).1 Bidn (para el H2O destilada). Materiales de Uso General:1 Vaso de precipitados.5 Tubos de ensayo.1 Gradilla.1 Bagueta. Materiales de Medicin:1 Fiola con marca de aforo en 100 ml.. 1Fiola con marca de aforo en 50 ml.1 Probeta1 Espectrofotmetro tipo Spectronic 20 de Bausch y Lomb Materiales Qumicos:Cu(s)HNO3 (ac)Diluido.NH3 (ac)Concentrado.H2O (l) destilacin.

PARTE EXPERIMENTAL

A) Preparacin de la solucin estndar (1000mgr/Lt):Pesar exactamente 1g de cobre electroltico.Luego disolver el cobre con cido ntrico(HNO3)16N despus de aadir 2 a 5 gotas de hidrxido de amonio(NH4OH) verter la solucin en una Fiola de 1000ml y enrasar con agua destilada y finalmente mezclar homogneamente.B) Determinacin de la curva de trabajoA partir de la solucin patrn preparar soluciones en las fiolas de 50 o 100ml con las siguientes concentraciones:Concentracin (mgr/Lt)

50

100

300

450

600

800

Para hallar las concentraciones se usar la relacin:C1V1=C2V2

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

CLCULOS Y RESULTADOSDATOS OBTENIDOS:Sabemos que:

Los volmenes necesarios para preparar nuestras soluciones a distintas concentraciones son:1) Muestra para una concentracin de 50 mgr/lt.

2) Muestra para una concentracin de 100 mgr/lt.





Las transmitancias fueron las siguientes:N SolucinSolucionesTransmitancias

1Del agua potable100

2Con concentracin de 50 mgr/lt95






N SolucinConcentracin (mgr/lt)Transmitancia(T)Absorbancia

11000

250950,02227639

3100820,08618615

4300590,22914799

5450450,34678749

6600350,45593196

7800240,61978876

Aplicando las ecuaciones de ajuste de la recta:

Por regresin linealY=A+BxA=-3.13764*10-3B=7.748184*10-4r=0.999435

A=-3.13764*10-3 +7.748184*10-4C

CUESTIONARIO1. Describa en forma bsica las partes de un fotmetro y como funciona.

1. Fuente de luz:La fuente de luz que ilumina la muestra debe cumplir con las siguientes condiciones: estabilidad, direccionalidad, distribucin de energa espectral continua y larga vida. Las fuentes empleadas son: lmpara de wolframio (tambin llamado tungsteno), lmpara de arco de xenn y lmpara de deuterio que es utilizada en los laboratorios atmicos.2. Monocromador:El monocromador asla las radiaciones de longitud de onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto, se usa para obtener luz monocromtica.Est constituido por las rendijas de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersin. El colimador se ubica entre la rendija de entrada y salida. Es un lente que lleva el haz de luz que entra con una determinada longitud de onda hacia un prisma el cual separa todas las longitudes de onda de ese haz y la longitud deseada se dirige hacia otra lente que direcciona ese haz hacia la rendija de salida.

3. Compartimiento de Muestra:Es donde tiene lugar la interaccin, R.E.M con la materia (debe producirse donde no haya absorcin ni dispersin de las longitudes de onda). Es importante destacar, que durante este proceso, se aplica la ley de Lambert-Beer en su mxima expresin, en base a sus leyes de absorcin, en lo que concierne al paso de la molcula de fundamental-excitado.4. Detector:El detector, es quien detecta una radiacin y a su vez lo deja en evidencia, para posterior estudio. Hay de dos tipos:a) los que responden a fotones;b) los que responden al calor5. Registrador:Convierte el fenmeno fsico, en nmeros proporcionales al analito en cuestin.6. FotodetectoresEn los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 fotodetectores para percibir la seal en forma simultnea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes mviles del equipo.FUNCIONAMIENTOElcolorde cada objeto que vemos est determinado por unprocesode absorcin y emisin de la radiacin electromagntica (luz) de sus molculas. El anlisisfotomtrico est basado en el principio de que muchas sustancias reaccionan unas con otras y forman un color que puede indicar la concentracin de la sustancia a medir.Cuando una sustancia se expone a un haz de luz de intensidad Io una parte de la radiacin es absorbida por las molculas de la sustancia, y se emite una radiacin de intensidad I ms baja que Io.La cantidad de radiacin absorbida la da laLeyde Lambert-Beer:A = log Io / ILa absorcin tambin se da por A = el. c. dDnde:el = coeficiente de extincin molar de la sustancia a una longitud de onda l.c = concentracin molar de la sustancia.d = distancia ptica que la luz viaja a travs de lamuestra.Por lo tanto, la concentracin "c" puede calcularse por el color de la sustancia determinando la radiacin emitida I, ya que los dems factores se conocen.Mostramos a continuacin un diagrama de bloque tpico de un fotmetro:

Un LED (Diodo Emisor de Luz) monocromtico emite una radiacin a una nica longitud de onda, facilitando al sistema la intensidad I0. Dado que una sustancia absorbe el color complementario de aquel que emite (por ejemplo, una sustancia parece amarilla porque absorbe luz azul), algunos fotmetros usan un LEDs que emiten la longitud de onda apropiada para medir la muestra.La distancia ptica se mide por la dimensin de la cubeta que contiene la muestra.La clulafotoelctrica recoge la radiacin I emitida por la muestra y la convierte encorriente elctrica, produciendo un potencial en el rango mV.Elmicroprocesadorusa este potencial para convertir el valor de entrada en la unidad de medicin deseada y mostrarla en la pantalla VCL. De hecho, la preparacin de la solucin a medir tiene lugar bajo condiciones conocidas, que se programan en el microprocesador del medidor en forma de curva de calibracin. Esta curva se usa como referencia para cada medicin. Entonces es posible dosificar concentraciones desconocidas de la muestra y provocar una reaccin colorimtrica, y de esta forma obtener el mV correspondiente a la intensidad I emitida (el color de la muestra). Por medio de la curva de calibracin, se puede determinar la concentracin de la muestra que corresponde al valor mV:El fotmetro es un instrumento para medir la luz existente en una escena y que se utiliza para calcular la exposicin correcta de sta. Todas las cmaras disponen de un fotmetro interno que mide la luz reflejada en la escena. Este fotmetro permite a la cmara calcular una exposicin correcta.Sin embargo el fotmetro de la cmara no es el ms exacto, y para cierto tipo de fotografa se utilizan fotmetros de mano o fotmetros externos. Con ellos podemos medir la luz de forma ms exacta.Podemos dividir los fotmetros en dos en funcin del mtodo que utiliza para medir la luz:* De luz reflejada: Mide la luz que se refleja en las superficies. Haciendo un retrato con este mtodo apuntaramos con el fotmetro hacia la cara del sujeto y mediramos la luz reflejada en sta.* De luz incidente: Mide la luz que incide sobre el fotmetro. Haciendo un retrato con este mtodo pondramos el fotmetro al lado de la cara del sujeto y apuntaramos hacia el lado opuesto para medir la luz que incide en su cara.

En el mercado podemos encontrar fotmetros profesionales que combinan los dos tipos de medicin, as como fotmetros que utilizan uno de los dos mtodos.

2. Una solucin X que contiene 1,54.10-4 M tiene una transmitancia de 0,0874 cuando se mide en una celda de 2cm. Que concentracin de X permitir tener una transmitancia 3 veces mayor si se utiliza una celda de 1cm?

Solucin:Se tiene

Si:

Luego:

Entonces:

3. Trate sobre la importancia de las soluciones coloreadas para un qumico analtico.Solucin:El anlisis espectroqumico por emisin es el mtodo instrumental de anlisis ms antiguos; por eso a 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. 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, tantalo y titanio o bien otros, como ciertos compuestos de fsforo o de boro difcilmente excitables.4. Defina los siguientes trminos: Transmitancia, Absorbancia, Absortividad y Absortividad Molar.

La transmitancia se define como la cantidad de energa que atraviesa un cuerpo en determinada cantidad de tiempo.Existen varios tipos de transmitancia, dependiendo de qu tipo de energa consideremos.La transmitancia ptica se refiere a la cantidad de luz que atraviesa un cuerpo, en una determinada longitud de onda. Cuando un haz de luz incide sobre un cuerpo traslcido, una parte de esa luz es absorbida por el mismo, y otra fraccin de ese haz de luz atravesar el cuerpo, segn su transmitancia. El valor de la transmitancia ptica de un objeto se puede determinar segn la siguiente expresin:

Ies la cantidad de luz transmitida por la muestra eI0es la cantidad total de luz incidente.Muchas veces encontraremos la transmitancia expresada en porcentaje, segn la frmula:

Podemos hablar de transmitancia trmica como la cantidad de energa en forma de calor que atraviesa un cuerpo, en cierta unidad de tiempo. Si tenemos en cuenta un cuerpo con caras planas y paralelas, y entre sus caras hay una diferencia trmica, esta diferencia constituye la transmitancia trmica del cuerpo. La transmitancia trmica es el inverso de la resistencia trmica. Se puede definir segn la siguiente frmula:

En esta expresin tenemos queU = transmitancia en W/m2.KelvinS = superficie del cuerpo en m2.K = diferencia de temperaturas en grados Kelvin.El concepto de este tipo de transmitancia es aplicado en los clculos para construir aislamientos trmicos y para calcular prdidas de energa en forma de calor.Tambin se toman en cuenta estos conceptos al momento de calefaccionar una habitacin, ya que hay que calcular qu potencia se necesitar en un determinado perodo, para lograr una cierta temperatura en la habitacin, teniendo en cuenta la prdida de calor debido a la transmitancia de las paredes de la habitacin.ABSORBANCIA:Cuando un haz de luz incide sobre un cuerpo traslcido, una parte de esta luz es absorbida por el cuerpo, y el haz de luz restante atraviesa dicho cuerpo. A mayor cantidad de luz absorbida, mayor ser la absorbancia del cuerpo, y menor cantidad de luz ser transmitida por dicho cuerpo. Como se ve, la absorbancia y la transmitancia son dos aspectos del mismo fenmeno. La absorbancia, a una determinada longitud de onda lambda, se define como:

DondeIes la intensidad de la luz que pasa por la muestra (luz transmitida) yI0es la intensidad de la luz incidente.La medida de la absorbancia de una solucin es usada con mucha frecuencia en laboratorio clnico, para determinar la concentracin de analitos tales como colesterol, glucosa, creatinina y triglicridos en sangre. Cada uno de estos analitos se hace reaccionar qumicamente con determinados compuestos, a fin de obtener una solucin coloreada. A mayor intensidad de color, mayor ser la absorbancia de la solucin en una determinada longitud de onda. La absorbancia es entonces directamente proporcional a la concentracin del analito en sangre.Para medir esta absorbancia, se hace incidir un haz de luz con determinada intensidad y longitud de onda, sobre la solucin, y se mide la luz transmitida al otro lado de la cubeta que contiene dicha solucin. Estas tcnicas estn comprendidas en el rea de la espectrofotometraABSORTIVIDADLa absortividad de una solucin es la cantidad de luz que sta es capaz de absorber. Es la relacin entre su absorbancia y la concentracin de la solucin por la longitud de la celda en la cual se halla dicha solucin, ya que sta es la trayectoria que la luz debe atravesar.La absortividad es directamente proporcional a la conductividad del soluto presente en la solucin absorbente.Otros nombres dados anteriormente para absortividad son: constante de absorcin, ndice de absorbancia o coeficiente de absorcinSi la concentracin de la solucin est expresada en moles por litro, entonces estaremos hablando de absortividad molar. Si la concentracin est expresada en gramos por litro, entonces tendremos como resultado la absortividad especfica de la solucin.La relacin entre una absorbancia medida en una determinada solucin, y su absortividad est determinada por la siguiente expresin:

Donde A es la absorbancia medida,aes laabsortividad, b la longitud de la cubeta en la que se halla la solucin y c la concentracin de la solucin.Podemos conocer la absortividad de determinada solucin, si sabemos su concentracin, la colocamos en una cubeta transparente de cierta medida conocida y medimos su absorbancia a determinada longitud de onda, mediante un espectrofotmetro.Se conoce comoAbsortividad molar(E) a la Absortividad definida en trminos deconcentracionesexpresadas enmolesporlitro.Antes conocida comocoeficiente molar de extincin.5. Qu principio general trata la ley de BeerLa ley de Lambert Beer tambin se conoce como ley de Beer-Lambert-Bouguer y fue descubierta de formas diferentes e independientes en primer lugar por el matemtico y astrnomo francs Pierre Bouguer en 1729Luego por el filsofo y matemtico alemn, Johann Heinrich Lambert en 1760 y por ltimo el fsico y matemtico tambin alemn, August Beer en el ao 1852.Se puede decir que esta ley se trata de un medio o mtodo matemtico, el cual es utilizado para expresar de qu modo la materia absorbe la luz. En ptica (Rama de la fsica que se encarga del estudio de la luz) La ley de Beer afirma que la totalidad de luz que emana de una muestra puede disminuir debido a tres fenmenos de la fsica, que seran los siguientes:El nmero de materiales de absorcin en su trayectoria, lo cual se denomina concentracinLas distancias que la luz debe atravesar a travs de las muestra. Denominamos a este fenmeno, distancia del trayecto ptico.Las probabilidades que hay de que el fotn de esa amplitud particular de onda pueda absorberse por el material. Esto es la absorbencia o tambin coeficiente de extincin.La relacin anterior puede ser expresada de la siguiente manera:

Donde:A = Absorbencia = Coeficiente molar de extincind = Recorrido (en cm)c = Concentracin molarA medida que la luz atraviesa un medio que absorbe, la cantidad de luz absorbida en cualquier volumen corresponde a la intensidad de luz que incide, luego se multiplica por el coeficiente de la absorcin. Frecuentemente la intensidad de un haz de luz incidente declina significativamente a medida que pasa a travs del medio absorbente. Cuando esta relacin se expresa como Ley de Beer-Lambert, tenemos que:

Donde:T = Transmitancia = Coeficiente molar de extincinc = Concentracin molar del absorbented = Recorrido en cmLa transmitancia se puede expresar como la intensidad de la radiacin incidente, Io. Esto puede dividir a la luz que emerge de la muestra, I. Se refiere a la relacin I/Io como transmitancia o como T.La transmitancia se puede trazar con relacin a la concentracin, pero esta relacin no sera Lineal. Aunque el logaritmo negativo en base 10 de la transmitancia s es lineal con la concentracin.De esta forma, la absorcin es medida como:

A continuacin podemos observar un diagrama de la absorcin de un haz que atraviesa un recipiente de tamao l.

6. En cuanto al Equipo usado Que controles son los ms importantes (calormetro usado: spectonic-20 Bauseh y Lom )Los controles ms usados son: Calibrador de longitud de onda Calibrador de la lectura de transmitancia Lectura del porcentaje de transmitancia. Pantalla de lectura de la longitud de onda Portador de muestras

CONCLUSIONES

El color de la solucin se debe al rango de la longitud d onda que absorbe. Por lo tanto la caracterstica de una sustancia absorbente no es la luz que transmite sino ms bien la que absorbe. El color de luz absorbida es el complemento del color de la solucin misma, y por tal motivo, el filtro del fotmetro ms apropiado para un anlisis colorimtrico es el complemento del color de la solucin que estamos analizando. Si disponemos de varios filtros del mismo color, debe usarse aquel que hace que la muestra exhiba la mayor absorbancia (o la menor transmitancia). -A partir de datos proporcionados por la espectrofotometra de absorcin se puede estudiar la estequiometria y constante de los complejos en disolucin, lo que constituye una importante aplicacin de esta tcnica. Cuando medimos la transmitancia I/Io de una solucin que est contenida en alguna clase de recipiente, hay que tener cuidado con este valor, puesto que el haz de radiacin tiene que atravesar las paredes del recipiente, por lo cual es inevitable que se produzca interaccin entre la radiacin y las paredes, dando lugar a una prdida de intensidad.

-En el aspecto cualitativo, la absorciometra visible proporciona datos para la identificacin de sustancias disueltas (tambin slidos transparentes y gases), lo que se logra por la forma del espectro, las longitudes de onda, o por los cambios que experimenta el pH el disolvente, por la concentracin entre otros. De esta manera, el anlisis colorimtrico representa un mtodo importante en el campo de la Metalurgia para el reconocimiento de minerales y otros.

RECOMENDACIONES

Cuando usemos el espectrmetro de haz simple, el control de 100% de transmitancia debe reajustarse cada vez que se modifica la longitud de onda debido a la respuesta del detector que puede obtenerse a cada longitud de onda, las lecturas posteriores se escalan a la lectura del 100%. La exactitud de los datos espectroscpicos depende sustancialmente del cuidado que se tenga del uso y mantenimiento de las celdas , las huellas, la grasa u otras manchas que pueden afectar los clculos o afectar la transmisin de una celda por tanto es imprescindible que las celdas se limpien perfectamente antes como despus de usarlas.

APLICACIONES ALA 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

Sydney H. Avner Introduccin a la Metalurgia Fsica Cap. VI Adamson Qumica FsicaGilbert W. Castellan Fsico Qumica Gilbert H.Ayres , anlisis cuantitativo-segunda edicin. R.A.Day.J yA.L.Underwood,qumica analtica cuantitativa-quinta edicin.

Cuarto Laboratorio de Fsico-QumicaPgina 2

equilibrio en las soluciones

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