espectrometría_reporte de práctica química
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8/16/2019 Espectrometría_Reporte de Práctica Química
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Mayo 2016Química inorgánica Profesor: Dr. Domingo SalazarMendoza.
Relación carga masa y espectroscopia IR.
Manuel Alejandro Matías Astorga* .
Instituto de Física y Matemáticas, Universidad Tecnológica de la Mixteca.arretera a Acatlima !m ".#, $uajua%an de &eón, 'ax. .(. )+++.
Ingeniería en Física A%licada.
* [email protected] 1.- Introducción.
n 1!"# $. $. %&omson realiz' une()erimeno crucial +ue consisi' enmedir la relaci'n de la cargael,crica a la masa del elecr'n. -aconriuci'n de %&omson fue)ulicada en res arículos
a)arecidos en 1!"#. /un cuando noera demasiado &áil con las manosuno de sus asisenes decía +ueellos )referían +ue no ocara losinsrumenos su genio consisi'en saer +u, &acer luego de cadanuea oseraci'n. n es)ecialoserando la desiaci'n de un &azde elecrones 3rayos ca'dicos4 )orefeco de la cominaci'n de uncam)o el,crico y uno magn,ico
%&omson )udo deducir +ue el alordel cociene de eraa)ro(imadamene de 1.# (1011 57g./sí si se conoce el alor de la cargael,crica del elecr'n se )uedeoener la masa del elecr'n yiceersa.
-a relaci'n masa carga 3m
Q 4 es una
magniud física usada en laelecrodinámica de las )arículascargadas. sa magniudgeneralmene solo es 8il cuando elo9eo es una )arícula. -aim)orancia de la relaci'n carga masaresula de +ue seg8n laelecrodinámica clásica dos )arículascon la misma relaci'n masa carga se
des)lazan con la misma rayecoria enel acío cuando son someidas acam)os magn,icos.
n algunos cam)os se usa su inersa
la relaci'n carga masa 3Q
m 4. l alor
)ara el elecr'n dee
me=1,758820088±39×1011
C
kg 1;.
-a es)ecromería de masas es una,cnica de análisis +ue )ermiedeerminar la disriuci'n de lasmol,culas de una susancia enfunci'n de su masa. l es)ecr'merode masas es un dis)osiio +ue)ermie analizar con gran )recisi'n la
com)osici'n de diferenes elemenos+uímicos e is'o)os a'micosse)arando los n8cleos a'micos enfunci'n de su relaci'n carga
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Mayo 2016Química inorgánica Profesor: Dr. Domingo SalazarMendoza.con los nieles de energía im)licadosen una ransici'n cuánica >;.
n esa )rácica enemos a la
es)ecrosco)ia infrarro9a donde seocu)a la )are infrarro9a del es)ecroelecromagn,ico. sa cure uncon9uno de ,cnicas siendo la máscom8n una forma de es)ecrosco)iade asorci'n. /sí como oras ,cnicases)ecrosc')icas )uede usarse )araideni=car un com)ueso e inesigarla com)osici'n de una muesra.
-a es)ecrosco)ia infrarro9a se asaen el &ec&o de +ue las mol,culas
ienen frecuencias a las cuales roan yiran es decir los moimienosde roaci'n y iraci'n molecularesienen nieles de energía discreos3modos normales iracionales4.-as frecuenciasresonanes o frecuenciasiracionales son deerminados )or laforma de las su)er=cies de energía)oencial molecular las masas de losáomos y eenualmene )orel aco)lamieno ir'nico asociado
?;.
2.-Material y equipo.
*Relación carga-masa del electrón.
1.-Aparato e/m
2.-Fuente de potencia eléctrica dealto voltaje 0-500 V!" 0-50 mA #$F-%5&5A'
(.-Fuente de potencia eléctrica de)ajo voltaje 0-2* V!. 0-10 A #$F-%5&*A'
*.-Fuente de potencia eléctrica +.(VA" 2 A #$F-%5&+'
5.-!os mult,metros
+.-10 ca)les )anana-)anana
Figura 1 /)arao em
*Espectroscopia de IR
1.-spectrmetro de nrarrojo por transormada de Fourier A3A
Figura 2 s)ecr'mero de @nfrarro9o )orransformada de Aourier /-PB/
Susancias a las +ue se les &all' sues)ecro de @C:
1. loroormo2. Acetona(. Acetona con agua*. Agua5. 2-ropanol+. tanol
4. icloheano&. !iclorometano%. !6F 10.!6$711.!6$7 con agua12.3eano1(.6etanol1*.8-pentano15.entanol
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1+.9olueno14.:ileno
3.-Objetivos.
*Relación carga-masa del electrón.
uesro o9eio es sim)le &allar elalor de em e()erimenalmene a)arir de una f'rmula dada y daose()erimenales.
*Espectroscopia de IR.
Ballar e()erimenalmene loses)ecros de @C de las susanciasdadas e ideni=car los es)ecros delos elemenos 3mol,culas o gru)osfuncionales4 +ue forman a lasusancia.
4.-ipótesis.
*Relación carga-masa del
electrón.
-as leyes de la elecrodinámica
)ermien )redecir el com)oramienode )arículas con carga. En con9uno
de )arículas son de)osiadas en un
reci)iene en el +ue ad+uieren una
carga el,crica luego )asan )or una
cámara con un cam)o el,crico y
magn,ico )er)endiculares enre sí.
/lgunas )arículas )asan oras se
desían y c&ocan conra las )aredes.
-uego )asan )or un cam)o
magn,ico e(erno de al forma +ue
sigan una rayecoria circular.
5on ese )laneamieno se )uede
llegar a calcular la relaci'n carga
masa saiendo el ola9e la corriene
3en ese caso con oinas de
Belm&olz4 el n8mero de uelas de
las oinas el radio de las oinas y
el radio de la circunferencia formada
con la siguiene f'rmula
em=(
54 )
3
2V a
2
( N μ0ir )2⋯ (1 )
V : Potencial eléctrico
a : Radio de las bobinas de Helmholtz [ a=15cm ]
N : Número de vueltas de cadabobina [130]
μ0: Permeabilidad magnéticaen el vac!o
μ0=4 " ×10−7
#b
$m
i :Corriente eléctricaen las bobinas
r :radio de latra%ectoria circular
l alor es)erado es
e
me=1,758820088±39×1011
C
kg .
*Espectroscopia de IR.
-a es)ecrosco)ia infrarro9a se asaen el &ec&o de +ue las mol,culasienen frecuencias a las cuales roan yiran. 5iera canidad de la energía
del &az infrarro9o se asore lamá+uina recauda daos en iem)oreal y genera una grá=ca de n8merode onda 3o frecuencia iracional4conra asorancia. -uego se )asa auna de frecuencia iracional conraransmiancia y se oienen grá=cos.
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Mayo 2016Química inorgánica Profesor: Dr. Domingo SalazarMendoza.-as susancias ienen su )ro)ioes)ecro en los +ue se )uedendiscernir sus com)onenes +uímicos.
!.-Metodolog"a.
*Relación carga-masa del electrón.
Se conec' un mulímero a la fueneF/5 3SA
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Figura 3 %rayecoria circular del &az deelecrones.
*Espectroscopia de IR
Se )resenan los es)ecrosenconrados )ara cada una de lassusancias.
1. loroormo (CHCl3)
Figura 4 s)ecro de @C )ara la muesra decloroformo.
2. Acetona (C 3 H 6 ')
Figura ! s)ecro de @C )ara la muesra deaceona.
(. Acetona con agua
sa fue una muesra diluida )ara erel efeco sore la muesra de aceonaanerior.
Figura $ s)ecro de @C )ara la muesra deaceona diluida con agua.
*. Agua ( H 2')
G
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Figura & s)ecro de @C )ara la muesra deagua
5. 2-ropanol (C 3 H 8 ')
Figura ' s)ecro de @C de @so)ro)anol o 2<)ro)anol.
+. tanol (C 2 H 6 ')
Figura ( s)ecro de @C )ara la muesra deanol.
4. icloheano (C 6 H 12)
Figura 1) s)ecro de @C )ara la muesra de5iclo&e(ano.
&. !iclorometano (C H 2 Cl2)
Figura 11 s)ecro de @C )ara la muesra dedicloromeano.
%. !6F (C 3 H 7 N')
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Figura 12 s)ecro de @C )ara la muesra deDMA
10.!6$7 (C 2 H 6 '()
Figura 13 s)ecro de @C )ara la muesra deDMSJ.
11.!6$7 con agua
Figura 14 s)ecro de @C )ara la muesra deDMSJ con agua.
12.3eano (C 6 H 14)
Figura 1! s)ecro de @C )ara la muesra de
&e(ano.
1(.6etanol (C H 4)
#
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Figura 1$ s)ecro de @C )ara la muesra demeanol.
1*.8-pentano (C 5 H 12)
Figura 1& s)ecro de @C )ara la muesra deln.>??2L. l resulado coincide con nuesras&i)'esis.
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Mayo 2016Química inorgánica Profesor: Dr. Domingo SalazarMendoza.-as fuenes de error fueron )or erroren la )recisi'n de los insrumenos y)or )arala9e. n =n enconramos unalor casi e(aco )or ello se )uedeconcluir +ue la )rácica sali' ien.
*Espectroscopia de IR
Podemos com)arar las muesras dedisinas susancias con ayuda de susf'rmulas moleculares )odemos decir+ui,nes son más )arecidos en sus)ro)iedades y caracerizar a losalco&oles y los aromáicos usados.
n )rimera insancia )odemos
oserar c'mo se en afecadas lasmuesras conaminadas con agua al)uno +ue no )odemos disinguir lassusancias ien una de ora.
-uego )odemos com)arar losalco&oles: )ro)anol eanol meanol)enano en odos se osera eles)ecro de JB. n odos los casos lainensidad es diferene aun+ue leeen algunos casos. -a diferencia másnoale es la inensidad en el es)ecro
de 5B dado en los alco&oles./&ora com)aramos a los aromáicoscomo el olueno o el (ileno 3en los +ue
e(ise elC
6 H
6 4. n esos la
diferencia más noale es lainensidad en el es)ecro de 5B. n elolueno es d,il luego el (ileno ieneuno más inenso )ero el más inensoes el &e(ano.
'.-+onclusiones.
*Relación carga-masa del electrón.
-a relaci'n carga masa es unresulado im)orane )ues se uiliza)ara la es)ecromería de masas y así se )ueden calcular las masas dedisinas susancias eniendo sus
cargas. /sí mismo se )ueden oenersus cargas eniendo su masa.
*Espectroscopia de IR
l es)ecro @C de cada susancia es8nico 3com)arando las Aiguras desdela ? &asa la 20 ninguna es igual4 )orlo cual es fácil ideni=car com)uesosiguales com)arando sus es)ecros de@C.
Jra conclusi'n im)orane es +ue se)uede ideni=car susancias con)ro)iedades seme9anes al com)ararsus es)ecros y oserando +ue sean
seme9anes en ellos.
(.-,ibliogra"a.
1;&)s:es.Iii)edia.orgIiiCelaciL5>LN>nOmasaOcarga
2;&)s:es.Iii)edia.orgIiis)ecrL5>LN>meroOdeOmasas
>;&)s:es.Iii)edia.orgIiis)ec
rosco)ia
?;&)s:es.Iii)edia.orgIiis)ecrosco)iaOinfrarro9a
1).-p/ndice
*Relación carga-masa del electrón.
l raa9o se de=ne como:
# =−∫ ) * d r +(2)
/demás la energía cin,ica ad+uirida)or la )arícula es:
, =m v
2
2+(3)
"
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Mayo 2016Química inorgánica Profesor: Dr. Domingo SalazarMendoza./demás el )oencial )ara moer a una)arícula con carga denro de uncam)o el,crico es:
- V =−∫ . * d r + (3 )
Pero el cam)o el,crico esá dado )or:
.= )
/ +(5)
Susiuyendo 3G4 en 3?4 se iene +ue:
- V =−∫ ) * d r/
=#
/
+(6)
Pero 7:
⇒- V =m v
2
2/ +(7)
Donde - V es el )oencial el,crico
a)licado )ara moer una )arículacargada denro de un cam)o el,crico.
Des)e9ando v2 de 3#4 se iene:
v2=
2/ - V
m +(8)
-a fuerza magn,ica esá dada )or 3ya
+ue v y 0 son )er)endiculares4:
) 0=/v0 +(9)
Donde 0 es el cam)o magn,ico y
v es la elocidad de la )arícula.
Dado +ue su rayecoria es circular)or el efeco del cam)o magn,ico seiene una fuerza cenrí)ea:
) c=m v
2
r + (10)
5omo ) 0= ) c
@gualando 3"4 y 3104 enonces:
mv2
r =/v0 +(11 )
-uego:
mv
r
=/0 + (12)
leando 3124 al cuadrado ysusiuyendo 3!4 en 3124:
m2
v2
r2 =/2 02
m2( 2/ - V m )
r2 =/2 02
m2- V
r2 =/ 02 +(13)
Ainalmene se iene la relaci'n masa<carga
m
/ =
02
r2
2- V +(14)
n esa )rácica usamos oinas deBelm&olz con
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0= N μ
0ir
a( 54 )3
2 Su
sancia
srucuraAormula
+uímica
/ceona C
3 H
6'
/ceona con
agua
5loroformo CH Cl
3
Dicloromeano CH
2Cl
2
/gua H
2'
@so)ro)anol
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%olueno C
7 H
8
Kileno
Jro<
(ileno
Mea<
(ileno
Para<(ileno
C 8 H
10
0abla 1 Susancias ocu)adas en la )rácica.
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