01/08/2015
El permanganato de potasio (KMnO 4) es un compuesto químico ampliamente utilizado en diversas aplicaciones, incluyendo análisis químicos cuantitativos gracias a sus propiedades espectrofotométricas. Su intenso color púrpura se debe a su capacidad de absorber luz en la región visible del espectro electromagnético, lo que permite su análisis mediante técnicas espectrofotométricas UV-Vis.
Espectro de Absorbancia del KMnO 4
El espectro de absorbancia del KMnO 4muestra picos de absorción característicos a longitudes de onda específicas. Estos picos indican las longitudes de onda donde la sustancia absorbe la mayor cantidad de luz. En general, se observan dos bandas de absorción principales: una en la región ultravioleta (UV) alrededor de 360 nm y otra en la región visible alrededor de 525 nm (aunque puede variar ligeramente según las condiciones experimentales). La banda de absorción visible es la responsable del color púrpura intenso de las soluciones de KMnO 4. La figura 2a del documento original indica estas dos bandas de absorción obvias, confirmando que el KMnO 4puede excitarse y descomponerse con luz UV y visible.
La longitud de onda de máxima absorbancia (λ max ), generalmente alrededor de 525 nm, es crucial para las aplicaciones analíticas, ya que a esta longitud de onda se obtiene la mayor sensibilidad en las medidas espectrofotométricas. Esto se debe a que pequeñas variaciones en la concentración del analito producen cambios significativos en la absorbancia.
Gráfica de Calibración y Ley de Beer-Lambert
Para determinar la concentración de una solución de KMnO 4desconocida, se utiliza una curva de calibración. Esta curva se construye midiendo la absorbancia de varias soluciones de KMnO 4con concentraciones conocidas a la λ max. La relación entre la absorbancia y la concentración se rige por la Ley de Beer-Lambert :
A = εlc
Donde:
- A = Absorbancia
- ε = Absortividad molar (una constante que depende del analito y la longitud de onda)
- l = Longitud de la celda (camino óptico)
- c = Concentración del analito
Al representar gráficamente la absorbancia (A) frente a la concentración (c), se obtiene una línea recta cuya pendiente es igual a εl. Esta curva de calibración permite determinar la concentración de una muestra desconocida midiendo su absorbancia a la λ maxy utilizando la ecuación de la recta obtenida.
Es importante destacar que la Ley de Beer-Lambert se cumple solo para soluciones diluidas. A concentraciones altas, la interacción entre las moléculas del analito puede afectar la linealidad de la relación entre absorbancia y concentración.
Preparación de Soluciones Estándar
La preparación de soluciones estándar de KMnO 4es fundamental para la construcción de la curva de calibración. Esto implica pesar con precisión una cantidad de KMnO 4sólido, disolverlo en un volumen conocido de agua destilada y posteriormente realizar diluciones para obtener las concentraciones deseadas. Es crucial la precisión en las mediciones de masa y volumen para asegurar la exactitud de la curva de calibración.
Para la preparación de soluciones estándar se utiliza un matraz aforado de 100 ml para la solución madre, y luego se realizan diluciones usando micropipetas de 100 µL y 1000 µL para obtener soluciones con concentraciones menores (ej: 0.00008 M, 0.00016 M, 0.0004 M y 0.0008 M). Es importante realizar los cálculos estequiométricos necesarios para determinar el peso de KMnO 4necesario y los volúmenes de las diluciones.
Procedimiento Espectrofotométrico
El procedimiento para realizar la medición de la absorbancia implica los siguientes pasos:
- Calibración del espectrofotómetro: Se realiza con un blanco (generalmente agua destilada) para ajustar la absorbancia a cero.
- Selección de la longitud de onda: Se selecciona la λ max (525 nm) para obtener la mayor sensibilidad.
- Medición de la absorbancia: Se mide la absorbancia de cada una de las soluciones estándar de KMnO 4 a la λ max . Es importante enjuagar la cubeta con cada solución antes de realizar la medición para evitar contaminaciones.
- Construcción de la curva de calibración: Se representa gráficamente la absorbancia frente a la concentración utilizando un software como Excel.
- Determinación de la concentración desconocida: Se mide la absorbancia de la muestra desconocida a la λ max y, utilizando la ecuación de la recta de la curva de calibración, se calcula su concentración.
Aplicaciones de la Espectrofotometría con KMnO 4
La espectrofotometría con KMnO 4tiene diversas aplicaciones en química analítica, incluyendo:
- Determinación de la concentración de permanganato: Es la aplicación más directa y permite determinar la pureza de una muestra de KMnO 4 .
- Análisis de reacciones redox: El KMnO 4 es un agente oxidante fuerte y su capacidad de absorber luz permite seguir el progreso de las reacciones redox.
- Determinación de analitos que reaccionan con KMnO4: Se puede utilizar para la determinación indirecta de sustancias que reaccionan con KMnO 4 , produciendo un cambio en la absorbancia que se puede medir.
Consideraciones Adicionales
Tener en cuenta ciertas consideraciones al trabajar con KMnO 4y realizar análisis espectrofotométricos:
- Estabilidad de la solución: Las soluciones de KMnO 4 pueden ser inestables y su concentración puede variar con el tiempo, especialmente si están expuestas a la luz o al calor. Es recomendable preparar las soluciones justo antes de su uso.
- Efecto de la temperatura: La absorbancia puede verse afectada por la temperatura, por lo que es importante mantener las soluciones a una temperatura constante durante las mediciones.
- Interferencias: La presencia de otras sustancias en la muestra puede interferir con la medición de la absorbancia. Es importante considerar la posible presencia de interferencias y realizar las correcciones necesarias.
La espectrofotometría es una técnica analítica poderosa para determinar la concentración de KMnO 4. La comprensión de su espectro de absorbancia, la Ley de Beer-Lambert y las consideraciones experimentales son cruciales para obtener resultados precisos y confiables.