Mediciones de absorción de radiación electromagnética. Método Experimental I Trimestre 05-I Juan Azorín Nieto y Alberto Rojas Hernández Marzo de 2005

C O OH SO 3 - C O O-O- + H + pK A = 7.9 Rojo de fenol Un indicador ácido base de Brønsted Hind - Ind 2- ¿Por qué una forma química da lugar a un color y la otra a otro color?

Modelo ondulatorio de la luzModelo cuántico de la luz La luz está formada por campos electromagnéticos oscilantes en el espacio y en el tiempo (ondas de radiación electromagnética). La luz está formada por paquetes de energía electromagnética llamados quanta o fotones. Einstein, La luz policromática está formada por la superposición de diferentes tipos de onda (ondas de diferente longitud de onda ( ), frecuencia ( ) y velocidad (c ó v)). La luz monocromática está formada por la superposición de ondas del mismo tipo (ondas de igual,, c(ó v)). frecuencia ( ): número de ciclos que pasan por cierto lugar en la unidad de tiempo. velocidad de propagación (c ó v): distancia recorrida por la onda en la unidad de tiempo, c = v . La luz policromática transporta fotones de diferentes energías. Einstein postuló que cada fotón tiene una energía igual a: E fotón = h = hc/. En esta ecuación h es la constante de Planck. La luz monocromática transporta fotones de igual energía. La intensidad luminosa de un rayo de luz (I) se define como la derivada de la energía total que el rayo de luz transporta con respecto al tiempo. Así, para un rayo de luz monocromática: I = d(E total )/dt = d(NE fotón )/dt = E fotón [dN/dt] siendo N el número de fotones del rayo de luz monocromática que pasan por cierto sector. Cuando un sistema absorbe luz, el rayo pierde intensidad. dirección de propagación 1 ciclo Representación simplificada de una onda monocromática longitud

Rayo de luz incidente (blanca) Rayo de luz transmitida (verde) Filtro de absorción (de color verde) “Descomposición” de la luz blanca por refracción Dos tipos de monocromación.

Fotón: E fotón = h Partícula: E basal = u o ¡Colisión! No hay absorción Sí hay absorción (Partícula: E interna = u) Fotón: E fotón = h Partícula: E basal = u o Partícula: E excitado = u 1 = u o + h El fenómeno de absorción de radiación electromagnética (nivel microscópico)

I o, I t, Rayo incidente Rayo transmitido Sí hay absorción de luz (I t < I o ) 0% < %T  100%{(I t )/(I o )} < 100%) l, longitud de paso óptico El fenómeno de absorción de radiación electromagnética (nivel macroscópico)

I o, I t, Rayo incidente Rayo transmitido No hay absorción de luz (I t = I o ) %T  100%{(I t )/(I o )} = 100%) l, longitud de paso óptico El fenómeno de absorción de radiación electromagnética (nivel macroscópico)

Adaptado de: Región visible metro anaranjado índigo Espectro electromagnético (completo) infrarrojo ultravioleta visible microondas 400 nm 700 nm 600 nm 500 nm 4.0 x cm 7.0 x cm longitud de onda X 10 5 cm 1 Ångstrom 1 nanómetro

Negativo (colores complementarios). Por ejemplo, color de la disolución en donde incide el rayo de luz para ser absorbido. disolución dorada que lo absorbe en parte. disolución amarilla que lo absorbe en parte. disolución roja que lo absorbe en parte. disolución azul que lo absorbe en parte. disolución celeste que lo absorbe en parte. disolución aguamarina que lo absorbe en parte. Positivo. Por ejemplo, color del rayo de luz incidente en la disolución. Un rayo de luz violeta incide sobre una Un rayo de luz azul incide sobre una Un rayo de luz verde incide sobre una Un rayo de luz amarilla incide sobre una Un rayo de luz anaranjada incide sobre una Un rayo de luz grana incide sobre una

NegativoPositivo Gama más amplia de colores compelmentarios

H 2 ind Bandas principales de las especies del rojo de fenol Ind 2- Hind - Tesis de doctorado de Patricia Balderas Hernández, UAM-I, 2004.

H 2 ind Diagrama de zonas de predominio de las especies del rojo de fenol Ind 2- Hind - pH Tesis de doctorado de Patricia Balderas Hernández, UAM-I, 2004.

Compartimiento de la celda o portaceldas Escala Selector de longitud de onda Control de 100 % T Interruptor de encendido/apagado y control de 0 %T Esquema de espectrofotómetro: Modelo: Spectronic 20. Marca: Bausch & Lomb. 0% 100%

PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL ESPECTROFOTÓMETRO SPECTRONIC 20 DE B&L. MEDICIÓN DEL PORCENTAJE DE TRANSMITANCIA. 1. Prender el SPECTRONIC 20D dando vuelta al Interruptor de encendido / Control de cero en dirección de las manecillas del reloj. Permitir al espectrofotómetro calentarse al menos durante 15 ó 20 minutos para que se estabilice la fuente luminosa y el detector. 2. Después del periodo de calentamiento, establecer la longitud de onda deseada mediante la perilla de control de longitud de onda. 3. Ajustar el % transmitancia a 0 % con el interruptor de encendido / Control de cero. Asegúrese que el compartimiento para la celda o portaceldas esté vacío y cerrado. 4. Llenar una celda con agua (u otra solución utilizada como “blanco”) y limpie la celda con papel óptico si es necesario, para remover gotas de líquido, polvo o huellas dactilares. Poner la celda en el prtaceldas, alineando la marca guía de la celda con la marca guía en el frente del compartimiento. Presionar firmemente la celda en el portaceldas y cerrar la cubierta. 5. Ajustar a 100 % el % deT con el control de 100 % T. Remover la celda del compartimiento y vaciar el agua. (A menos que se cuente con otra celda igual.) 6. Enjuagar la celda con pequeños volúmenes de la solución a medir y llenar con la solución. Limpiar la celda con papel óptico y colocarla en el portaceldas. Alinear las marcas guía y cerrar la cubierta. 7. Leer el % de transmitancia. 8. Remover la celda del compartimiento y repetir los pasos 5 a 8 para las demás soluciones. 9. Si se hacen mediciones a diferentes longitudes de onda, calibrar a 0% T y 100% T como se señala en los puntos 3 y 5 anteriormente establecidos, a cada valor de longitud de onda utilizado. 10. Cuando todas las mediciones son completadas, apagar el espectrofotómetro mediante el interruptor de encendido dando vuelta en contra de las manecillas del reloj hasta que se oiga un clic.

Mediciones de pH pH-metro Electrodos de vidrio y referencia o electrodo combinado Solución amortiguadora de pH conocido para calibrar el instrumento

pH Escala de pH en agua a 25°C pH neutro Medio ácido (pH < 7.0) Medio básico pH > 7.0 En principio: pH  -log[H 3 O + ] = -log[H + ]