DETERMINACION DE SILICE POR ESPECTROFOTOMETRIA DE ABSORCION

MOLECULAR UV-VISIBLE EN ARCILLAS

1. INTRODUCCIÓN

Las arcillas son materia prima importante, principalmente, para la elaboración

de cerámica tradicional. Es de gran interés, por lo tanto, caracterizarlas física y

químicamente para poder optimizar sus propiedades y potencializar su uso.

Se considera a las arcillas como un mineral natural complejo constituido,

principalmente, por una mezcla de alumino-silicatos cristalinos, a los que se

denominan minerales arcillosos, y de otros silicatos y minerales de hierro,

calcio, titanio, etc., acompañados frecuentemente por materia orgánica.

Actualmente se conoce que los minerales arcillosos son numerosos y difieren

entre sí por su forma, estructura, apilamiento de capas y por la simetría que

presenta su red cristalina

Se han desarrollado sistemas analíticos químicos adecuados para la

determinación cuantitativa de los elementos minerales presentes, pero la

determinación de la estructura mineral requiere de un sistema avanzado de

análisis mineraloquimico.

Para la adecuada utilización de los materiales arcillosos se hace necesario un

conocimiento básico de ellos, el cual implicará la determinación de: la

composición química, la composición mineralógica y las propiedades físicas.

Con el fin de estudiar y adaptar los métodos de análisis químicos y de calcular

una composición mineralógica aproximada, con base en los resultados de las

determinaciones químicas, se debe de realizar un análisis elemental en arcillas,

el cual consiste en la determinación total de cada uno de los elementos

minerales contenidos en la muestra siguiendo dos pasos fundamentales:

Identificar cada elemento presente en el tipo de suelo determinado por

medio de un análisis cualitativo.

Determinar la cantidad de diferentes compuestos presentes dentro del tipo

de suelo a un previo análisis cuantitativo del mismo.

En el presente trabajo se tiene como principal objetivo determinar la cantidad de

sílice presente en las muestras de arcilla, para lograr cumplir con este objetivo

se utilizara un método de análisis utilizando un espectrofotómetro de absorción

molecular uv-visible el cual se basa en lograr que las moléculas de sílice en su

estado fundamental puedan absorber radiación a longitudes de onda

específicas, correspondientes a las energías de las transiciones electrónicas en

sus orbitales externos, a esto se lo llama absorción molecular, para así poder

cuantificar la cantidad de sílice que presentan las muestras.

2. OBJETIVOS

2.1.Objetivo General

Determinar la cantidad de sílice presente en las muestras de arcilla,

empleando el método colorimétrico utilizando un espectrofotómetro de

absorción con radiación uv- visible.

2.2.Objetivos Específicos

Encontrar un método colorimétrico el cual nos permita hacer un análisis

tanto a nivel cualitativo, como cuantitativo, para la determinación de

sílice.

Graficar la curva de calibración de sílice partiendo de una disolución

patrón del silicio.

Verificar experimentalmente el máximo de luz teórico que es de 400nm.

Utilizando muestras analizadas por una tesista comparar el porcentaje de

SiO2 obtenido con el método utilizado.

3. MARCO TEORICO

3.1.Suelo

El suelo está constituido de tres fases: solido, líquido y gaseoso.

Fase Solida: La presencia y cantidad de los componentes en la fase solida

dependen de los procesos edafogenicos. Esta fase puede dividirse en:

- Orgánica, es la parte del suelo menos conocida y estudiada debido a la

complejidad de sus componentes.

- Inorgánica, es la más conocida y estudiada debido a ello es que

actualmente existen equipos sofisticados que permiten realizar un estudio

más profundo a sus componentes, por ejemplo: la utilización de los

espectrómetros de masa y los espectrofotómetros de absorción atómica

con horno de grafito.

Fase Liquida: Esta fase corresponde al agua del suelo y se constituye

fundamentalmente de agua con iones y gases en disolución, esta fase es

fundamental ya que es el medio a través del cual las plantas absorben sus

nutrimentos.

Fase Gaseosa: La fase gaseosa contiene O2, N2, CH4, CO2, entre otros. La

composición de esta fase es la que determina el tipo de microorganismos

que habitaran el suelo.

3.2.Arcilla

Para la definición de arcilla nos encontramos una serie de conceptos

determinados por los industriales, los geólogos, los ingenieros y los

investigadores. A menudo hay confusión en la literatura entre la arcilla y

VIVA: organismos como algas, bacterias, hongos, gusano, y otros.ORGANICA

NO VIVA: humus y

FASE SOLIDA

Partículas con minerales primarios (piedras, grava, arena).

INORGANICA Coloides: arcillas.

Sales de magnesio, potasio, calcio y sodio.

minerales de arcilla. También por razones de conveniencia, algunos utilizan

la palabra para hablar de minerales arcillosos, como lodos, barros, etc.

Durante más de cincuenta años, algunos científicos cómo Brindley, Grim, Mac

Ewan, Simone Caill, entre otros, han hecho esfuerzos para proponer una

clasificación y una terminología uniforme de los minerales arcillosos. Desde

hace años, una comisión de nomenclatura de la Asociación Internacional Para

el Estudio de Arcilla, integrada por distintos países, forma el Comité

Internacional de la IASC.(International Association for the Study of Clays). En el

año 1972, esta Comisión aprobó para las arcillas la definición: “minerales

pertenecientes a la familia de los filosilicatos que contienen hojas tetraédricas

bidimensionales continuas de composición T2O5 (T= Si; Al; Be;…), con los

grupos tetraédricos ligados por tres vértices comunes y con el cuarto vértice

apuntado en cualquier dirección. Las hojas tetraédricas están ligadas, en la

unidad estructural, a las hojas octaédricas, o a grupos de cationes coordinados

o a cationes individuales”.

El diccionario de la real Academia Española nos dice lo siguiente: arcilla es

una tierra finamente dividida, constituida por agregados de silicatos de aluminio

hidratados, que procede de la descomposición de minerales de aluminio,

blanca cuando es pura y con coloraciones diversas según las impurezas que

contiene. Para el alfarero la arcilla es una tierra finamente dividida que,

empapada en agua, da color característico, se hace muy plástica, y por

calcinación pierde esta propiedad, se contrae y queda permanentemente

endurecida. Para los químicos la arcilla es un filosilicato hidratado, es decir,

está compuesta de silicio (Si), aluminio (Al), oxígeno (O) e hidrógeno (H). La

enciclopedia técnica dice: las arcillas son cualquier sedimento o depósito

mineral que es plástico cuando se humedece y que consiste en un material

granuloso muy fino, formado por partículas muy pequeñas cuyo tamaño es

inferior a 2 micras, y que se compone principalmente de silicatos de

aluminio hidratados.

3.3.Las arcillas silicatadas, principales coloides minerales del suelo

Las arcillas poseen predominantemente propiedades coloidales. El

término

"arcilla" suele tener tres significados posibles en la terminología de los

suelos:

1. Representa a minerales de composición específica.

2. Es una clase textural.

3. Forma parte de la fracción mineral del suelo compuesto de

partículas con un diámetro efectivo menor de 0.002 mm sin importar

su composición química.

Las arenas y limos están constituidos por material primario difícil

de intemperizar, mientras que las arcillas son material secundario ya

intemperizado.

La mayoría de las arcillas silicatadas son cristalinas ya que poseen

una definida y repetida ordenación de los átomos de los que están

compuestas. Presentan planos de átomos con enlaces iónicos, que atraen

átomos cargados positiva o negativamente (aniones o cationes). Unas

pocas arcillas silicatadas tienen sus átomos menos arreglados y se

denominan arcillas no cristalinas o "materiales amorfos".

Las arcillas del suelo se dividen en:

1. Arcillas Silicatadas Cristalinas

2. Arcillas Silicatadas No cristalinas o amorfas

3. Arcillas no silicatadas Sesquióxidos de Fierro y Aluminio

3.4.Minerales constituyentes del las arcillas

La acción de los vapores y de los gases calientes sobre las primeras rocas

condujo a su alteración y a la consecuente formación de mezclas finas de

minerales, que permanecieron en forma de residuos o bien fueron

transportadas y depositadas en los glaciares, en los lechos de ríos y en los

fondos marinos. A 16 Km de la corteza terrestre tenemos una composición

química media como podemos ver en la Tabla.

Componentes Porcentaje

SiO2 (sílice) 59,14%

Al2O3 (alúmina) 15,34%

Fe2O3 ( óxido de hierro) 6,88%

CaO (óxido de calcio) 5,08%

Na2O ( óxido de sódio) 3,84%

MgO (óxido de

magneso)3,49%

K2O (óxido de potasio) 3,13%

H2O (agua) 1,15%

TiO2 (óxido de titanio) 1,05%

Varios. 0,90%

TOTAL 100,00%

Tabla - La composición química media de todas las rocas ígneas hasta los 16 Km.

Observando estos análisis, podemos aceptar que la corteza terrestre está

formada por la sílice y la alúmina con aproximadamente el 75% de los

óxidos, y son también los constituyentes básicos de la arcilla. El feldespato

es el mineral más abundante de la corteza terrestre. Aunque es bastante raro

encontrar yacimientos de feldespato puro, ya que en general está asociado

con otros minerales formando distintas rocas. El suelo accesible está

compuesto por unos pocos minerales, que constituyen más del

90% de la corteza terrestre como podemos ver en la tabla:

Componentes PorcentajeFeldespato 59,5%Grupo hierro magnesio

16,8%

Cuarzo 12,0%Mica 3,8%Titanio 1,5%Varios 6,4%Total 100,00%

Tabla – Minerales que constituyen la corteza terrestre.

Las arcillas naturales están formadas esencialmente por los siguientes

componentes:

1) Minerales de la arcilla propiamente dichos, de composición a veces

muy variable, que incluyen sustituciones reticulares de iones que son

propios de la red cristalina e incluso de iones extraños a la misma. Así

mismo, también se pueden presentar variaciones importantes en la

morfología y en la estructura de las partículas arcillosas.

2) Sílice libre, que en la mayoría de las arcillas es cuarzo cristalino de

tamaño de partícula relativamente grande, ya que suele ser superior a

las 10μm.

3) Carbonatos en diversos grados de dispersión, que abarcan desde el

tamaño de partícula ultra fino hasta la presencia de concreciones

nodulares en las canteras.

4) Feldespatos, principalmente alcalinos y alcalinotérreos.

5) Micas no hidratadas, tales como moscovita y la biotita.

6) Compuestos de hierro y titanio.

7) Sales solubles.

8) Materia orgánica y residuos carbonosos.

Figura - Estructura de filosilicatos

3.5.Silicio

El silicio es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el

grupo 14 de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de

los carbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en

la corteza terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Se presenta en

forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activo que la

variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo

metálico.

Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En

forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color

grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la

mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio

transmite más del 95% de las longitudes de onda de la radiación infrarroja.

Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos.

Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor,

como carbono o magnesio, en un horno eléctrico. El silicio cristalino tiene

una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio

tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y

una densidad relativa de 2,33(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de

masa atómica).

Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio,

SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico,

aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en

hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas

ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas

reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe

la reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro

formando nitruro de silicio y cloruro de silicio, respectivamente.

El silicio constituye un 28% de la corteza terrestre. No existe en estado libre,

sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos.

Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40% de todos los

minerales comunes, incluyendo más del 90% de los minerales que forman

rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa,

ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son las formas

cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el

componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio,

calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y

las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y ceolitas, y de

piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.

3.6.La caolinita

Composición: Al4(Si4O10)(OH)8

Composición Química: H4Al2Si2O9 ó 2H2O.Al2O3.2SiO2 Al2O3 39.5% SiO2

46.5%, H2O 14% el contenido de los componentes varia algo.

Forma y ocurrencia: En rocas la caolinita se encuentra principalmente como

hojuelas planas submicroscópicas en sedimentos arcillosos o puede formar

pseudomorfos de minerales especial de feldespatos como resultado de un

alteración hidrotérmica. En suelos y en rocas alteradas a la intemperie

la caolinita es probablemente el nivel arcilloso más común y extendido.

En los suelos se presentan por lo general como placas submicroscópicas

que se presentar aisladamente con orientación al azar haciendo que la

matriz sea isotrópica. Puede estar en masas agregadas formando campos o

depositada sobre superficies para formas recubiertas de arcilla. La caolinita

puede derivar el material original o puede formarse in situ. En muchos terrenos

inferiores fuertemente alterados por la intemperie la caolinita forma masas

vermiculares dentro de los espacios de los poros o pseudomorfos después de

muchos minerales en especial feldespatos y biotita. Algunos terrenos

concrecionarios en zonas tropicales pueden tener caolinita formando

ramificaciones sinuosas entre esas concreciones. Sin embargo, las

concentraciones mayores y más puras se presentan en las zonas pálidas.

3.7.Montmorillonita

Composición:(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4((Si, Al)8O20)(OH)4·nH2O

Color y pleocroísmo: Incolora o café, puede ser rosa pálido, o verde,

no pleocroica.

Forma y Ocurrencia: En rocas es el principal mineral de bentinita formado

por

La alteración de vidrio volcánico. También es un constituyente de varios

sedimentos y por lo general se presenta como agregados microcristalinos en

forma de fragmentos. En suelos la montmorillonita puede derivar del

material original sedimentario o se pude haber formado in situ de

materiales consolidados o no consolidados. Estos son, normalmente, básicos

o pueden ser una fuente de magnesio. La montmorillonita se forma en las

zonas áridas y semiáridas. Usualmente existen partículas submicroscópicas,

la cuales pueden coalescer para formar finos campos que son visibles entre

polares diagonales; rara vez son agregados grandes visibles al microscopio.

La Montmorillonita es un mineral, cada placa consiste en dos láminas de Silicio

y una de alúmina. Las láminas se unen por condensación con eliminación de

agua (dos moles). Las placas están separadas por espacios mucho más

anchos que en la Caolinita, 9.6 a 18 Ao o más, por lo tanto la Montmorillonita

se contrae mucho más al secarse que las arcillas.

La Montmorillonita se encuentra normalmente como una arcilla fina,

con cristales irregulares que tienen un diámetro efectivo de 0.01 a i

micra. Las arcillas del grupo de las esmectitas, nombre con el que también

se conoce a este grupo son más comunes en los vertisoles y están frecuentes

en los suelos aluviales en las grandes planicies.

3.8. Illita

La Illita (mica hidratada o ibromica), se asemeja a la mica en que los iones

Potasio forman puentes entre placas en el lugar de los iones OH-, evitando

así la expansión cuando se moja. En la estructura de la mica ha habido

sustitución de Aluminio por Fierro (ferroso) y por Magnesio. La Glauconita es

similar al anterior excepto, que ha habido sustitución de Aluminio por Fierro

(férrico y ferroso) y por Magnesio.

La fórmula condensada representativa de la mica o Illita

es: Al2(Si3Al)O10(OH)2

La Illita se diferencia de la Montmorillonita por su nula susceptibilidad a la

expansión intracristalina (10 Ao). Contiene alrededor de un 50% más de

iones por unidad de superficie, es un mineral no abundante en los suelos.

3.9.Vermiculita

Composición: (Mg, Ca)0.7 (Mg,Fe3+Al)6.0((Al,Si)8O20)(OH)4·8H2O

Color y pleocroísmo: Café pálido a amarillo, débilmente a moderadamente

pleocroica.

Forma y ocurrencia: En rocas la vermiculita es de distribución restringida,

presentándose como un producto de descomposición hidrotérmica. Tiene una

forma laminar similar a la biotita. En suelos puede derivar de otro material,

pero usualmente se forma in situ por descomposición por la intemperie.

Por lo general las partículas individuales son submicroscópicas, pero a

menudo son granos grandes que forman parcial o por completo pseudomorfos

de biotita, anfíbolos y piroxenos.

3.10. Espectrofotometría de Absorción Molecular UV-Visible

3.10.1. Introducción

Los espectros de absorción han sido observados por el hombre desde los

tiempos más antiguos por los colores del arco iris, de las piedras, aguas,

absorbidas algunas de las longitudes de onda, y las sustancias a través de

las cuales pasa dicha luz se dice que son coloreadas. Hablando con más

precisión, la sustancia presenta una cierta capacidad de absorción de la

luz y su color depende tanto de la calidad de la luz incidente como del

material. Ciertas longitudes de onda son absorbidas preferentemente, si

bien el color visto es el característico de las longitudes de onda no

absorbidas. Por ello el tono de un color variara de acuerdo con el espectro

de luz incidente.

La espectrofotometría de absorción se ocupa de la absorción de radiación

por los sólidos o las disoluciones en el visible, ultravioleta o infrarrojo,

intervalos fundamentales de longitudes de onda de las radiaciones

electromagnéticas. La espectrofotometría de absorción realiza dos tareas

diferentes:

a) La absorción de radiaciones se mide como función de la

concentración para una determinada banda estrecha de longitudes

de onda.

b) La absorción de la radiación se mide en función de la longitud de

onda, para una cantidad de muestra determinada y constante, con el

fin de obtener el espectro de absorción.

3.10.2. Espectro de absorción

Tanto las moléculas como los átomos tienen un número limitado de

niveles o estados energéticos cuantizados. Para que se produzca

absorción de radiación, la energía del fotón excitante (incidente) debe

igualar a la diferencia de energía entre el estado fundamental y uno de los

estados excitados de la especie absorbente. Estas diferencias de energía

(ΔE) son únicas, por lo tanto permiten caracterizar los constituyentes de

una muestra. Para este objeto se obtiene experimentalmente una

representación gráfica de la variación de la absorbancia en función de la

longitud de onda. En la siguiente figura se observan espectros de

absorción molecular característicos:

3.10.3. Medidas cuantitativas de la radiación – Ley de Beer

En la siguiente figura se esquematiza el fenómeno de absorción, aquí un

haz de radiación monocromático, pasa a través de una capa de solución

de b cm de espesor y que contiene una especie molecular absorbente

cuya concentración es c.

Como consecuencia de las interacciones entre los fotones y las partículas

absorbentes, la potencia del haz disminuye de Po a P. Por lo tanto la

transmitancia T de la solución es la fracción de radiación incidente

transmitido (o no absorbida) por la solución según:

Según la Ley de Beer, entonces, la absorción A estará determinada por:

donde: ξ absortividad molar

  b longitud de paso óptico

  c concentración en moles/l

3.10.4. Medición experimental de la absorción

Según vimos en el esquema anterior la absorción es directamente

proporcional a la longitud (b) de la trayectoria de la radiación a través de la

solución y a la concentración (c) de la especie absorbente: A = a. b. c (con

a: cte. de proporcionalidad).

Si c se expresa en moles por litro y b en cm, entonces la absortividad se

denomina absortividad molar (ξ): A=ξ.b.c.

La Ley de Beer se cumple igualmente en soluciones que contienen más

de una especie absorbente, siempre que no haya interacción entre dichas

especies. Por tanto, para un sistema multicomponente la relación será:

AT = A1+A2+………+An

AT = ξ1bc1+ξ2bc2+………+ξnbcn

3.10.5. Limitaciones a la aplicabilidad de la ley de Beer

Se observan frecuentemente desviaciones de la proporcionalidad entre A

y c (cuando b es constante). Algunas de estas desviaciones son

importantes y representan limitaciones reales de la ley. Estas son de tipo:

químico.

instrumental.

La Ley de Beer es sólo aplicable a soluciones en las que las interacciones

dependientes de la concentración de las moléculas o iones son mínimas.

Concentraciones “altas” alteran las absortividades molares y por lo tanto

conducen a una relación no lineal entre A y c.

a) Desviaciones químicas: Cuando las especies absorbentes

experimentan asociación, disociación o reacción con el solvente

originan productos con características absorbentes distintas de las del

analito. Un ejemplo típico se observa con soluciones de dicromato

potásico no amortiguadas, en las que existen los siguientes equilibrios:

Cr2O7+H2O ↔ 2HCrO4 ↔ 2H+ + 2CrO4-2

A casi todas las longitudes de onda los valores de ξ del ion dicromato y

las dos especies de cromatos son muy diferentes.

b) Desviaciones instrumentales:

Radiación policromática: el requisito básico para el cumplimiento

de la Ley de Beer es que la radiación incidente sea monocromática.

Dependiendo de las características tecnológicas del sistema óptico

del instrumento será más o menos accesible poder utilizar en forma

práctica una radiación una radiación limitada a una sola longitud de

onda.

Radiación dispersa: la radiación dispersa suele diferir

considerablemente en longitud de onda con respecto a la radiación

principal; además puede alcanzar el detector sin haber pasado a

través de la muestra.

3.10.6. Especies absorbentes

La absorción de radiación ultravioleta y visible por una especie M, puede

considerarse como un proceso en dos etapas, la primera de las cuales

corresponde a la excitación según:

M+h.v→M*

Donde M* representa la partícula atómica o molecular en su estado

electrónico excitado que se produce como resultado de la absorción del

fotón h v. Este estado excitado tiene un breve tiempo de existencia (10-

8 a 10-9 s) y desaparece a través de través de algunos de los diferentes

procesos de relajación (calor).

M*→M+calor

La absorción de la radiación ultravioleta o visible, se produce por lo

general como consecuencia de la excitación de los electrones de enlace;

debido a esto, la longitud de onda de los picos de absorción se puede

correlacionar con los tipos de enlace existentes en la especie que se

estudia.

3.10.7. Selector de la longitud de onda de trabajo:

Fotómetro (colorímetro): este tipo de instrumentos utiliza filtros que

permiten obtener bandas de radiación que abarcan un intervalo limitado de

longitudes de onda (con un fotómetro no es posible obtener una banda de

absorción variable en forma continua).

Región λ

(nm)Color filtro Color solución

380–435 Azul Amarillo

480–490 Verde azuloso Rojo

500–560 Verde amarillento Violeta

580–595 Anaranjado Azul verdoso

595–650 Rojo Verde azuloso

Espectrofotómetro: utilizan un complejo sistema óptico de selección de

longitud de onda (sistema monocromador). El cual consta de variados

componentes tales como:

prisma o rejilla;

lentes;

espejos;

ranuras de entrada y salida.

Estos instrumentos pueden seleccionar longitud de onda en forma

continua y en algunos casos con precisión de décimas de nm. Por lo tanto,

es posible obtener en forma continua el espectro de absorción de una

molécula.

3.10.8. Curva de Calibración

Set de soluciones de concentraciones crecientes del analito, en un rango

tal que se cumple la Ley de Beer.

« No es conveniente suponer que para una determinada concentración se

cumple la Ley de Beer y por ello utilizar un patrón único como referencia ».

Una vez obtenidos los distintos puntos (o niveles de calibración) se debe

determinar la ecuación de la recta mediante análisis de regresión lineal (o

ajuste de la curva por mínimos cuadrados). Los instrumentos

automatizados traen estas funciones ya incorporadas en su sistema de

cálculo, lo cual permite obtener el resultado final directamente.

La ecuación que relaciona la absorbancia con la concentración más

común es del tipo:

Y = Ax + B donde: A = pendiente (ξ)

    B = intercepto

r es un parámetro estadístico que da cuenta de la “calidad” de la curva de

calibración y se denomina coeficiente de regresión. En análisis

cuantitativo se considera buena una curva cuando su valor de r es mayor

que 0.99.

4. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

MATERIALES REACTIVOS EQUIPOSCrisol de Níquel HClO4 Espectrofotómetro de

absorción molecularMicropipeta Na2CO3 CentrifugaMatraz aforado de 500ml NaOH Balanza analíticaMatraces aforados de 250ml HCl MuflaMatraces aforados de 100 ml Na2SiO3 .9H 2O HornillaMatraces aforados de 50 ml (NH ¿¿4)6Mo7O24 .4H 2O ¿Matraces aforados de 25 ml Vasos de precipitación de 250

mlVidrios de relojPipetas PisetaVarilla de vidrioPapel filtroEmbudoPinzasRejilla de amiantoMuestras de arcillaTubos para centrifuga

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

5.1.Preparación de la muestraLa muestra de arcilla primero se tamiza obligándolo a pasar a través de un

tamiz de 2 mm frotándolos contra la superficie del mismo mediante un tapón de

goma, posteriormente se las debe dejar secar parcialmente al aire y luego se

deseca a 100ºC durante 1 hora.

Con un mortero se procede a realizar la molienda, tomando siempre en cuenta

que los suelos arcillosos se deben secar completamente porque de otra forma

el proceso de molienda resulta difícil.

Finalmente la muestra se debe mezclar por un proceso de balanceo, para el

momento de pesar se debe particionar la muestra utilizando el método de los

cuartos, en la cual la muestra se cuartea para repartirlas en muestras parciales.

5.2.Preparación de la solución de molibdato amonico

Esta solución se prepara pesando 75 g de (NH ¿¿4)6Mo7O24 .4H 2O ¿ la misma

que se diluye en 400 ml de H 2O, si estuviera turbia se filtra, se transfiere la

disolución a un matraz aforado de 500 ml y se enrasa con H 2O.

5.3.Preparación de la solución patrón de SiO2

Pesamos 0,0592 g de Na2SiO3 .9H 2O y disolverlo con 100 ml de H 2O y para

convertirlo totalmente en SiO2se añaden 0,1 ml de HCl, se transfiere la

disolución a un matraz aforado de 250 ml y se enrasa con H 2O. Esta disolución

contiene 50 ppm SiO2. Esta solución sigue la siguiente reacción:

Na2SiO3 .9H 2O + 2HCl 2NaCl + SiO2 + 10H 2O

Se introduce a una serie de matraces aforados de 25 ml una porción de 5 ml de

disolución de molibdato amónico y se ajusta el volumen hasta unos 10 ml

mediante agua destilada. Seguidamente se añaden 2,5 ml de HCl 6N,

imprimiendo un movimiento de giro al matraz para disolver el precipitado blanco

que se forma. Finalmente se añade una parte alícuota mediante una pipeta de

partes alícuotas de 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6 ml de la disolución

patrón de SiO2,diluyendo la disolución hasta el enrase con agua destilada, se

deja en reposo durante 30 min, hasta desarrollar totalmente el color amarillo.

Esta serie se somete a la lectura con el espectrofotómetro a una longitud de

onda de 400 nm, utilizando como disolución en blanco la solución de molibdato

de amónico y de HCl 6N, enrasando esta mezcla de soluciones con H 2O en un

matraz aforado de 25 ml. Se representa, seguidamente, la concentración de

SiO2en ppm en una escala lineal en función del tanto por ciento de transmisión.

La curva es lineal y, una vez establecida, únicamente se contrasta de vez en

cuando con el patrón.

5.4.Descomposición de la muestra con Na2CO3

Se pesa una muestra de 0,1 g de peso, finamente molida, en un crisol de

níquel. A continuación se añaden unos 0,75 g Na2CO3 y se procede a mezclar

íntimamente la muestra con el carbonato por rotación del crisol con los dedos.

Seguidamente se añaden sobre la mezcla unos 0,25 g de Na2CO3. Se coloca el

crisol en la mufla a 1000 ºC durante 10 min, con el fin de que la muestra se

logre fundir y se forme una capa delgada que sea fácil de disolver.

5.5. Tratamiento de la muestra

Cuando se ha enfriado el crisol en que se ha realizado la fusión con Na2CO3 se

añaden 5 ml de HClO4 al 60%, gota a gota, cuando se detiene la efervecencia

se tranfiere la solución a un matraz erlenmeyer lavando el crisol con la cantidad

minima de agua posteriormente se tapa el matraz con un vidrio de reloj, se lleva

la solución a digestión en una hornilla, y se evapora la solución que contiene

una suspensión (evitando que la ebullición sea vigorosa, lo que conduciría a

perdidas) hasta que se desprendan humos de HClO4. Cuando se aparezcan

humos densos, se deja que la suspensión hierva suavemente durante 10 min a

una temperatura ligeramente superior a 200ºC.

Cuando se ha enfriado el vaso de precipitación se añaden, aproximadamente, 5

ml de agua destilada y se mezcla cuidadosamente la suspensión que se

calienta hasta casi ebullición para que se disuelvan las sales que se hayan

solidificado al enfriarse. A continuación se transfiérela suspensión a un tubo de

centrifuga y se lava el vaso de precipitación, añadiendo los lavados al tubo, se

añaden 2 ml de HCl 6N y se diluye la solución hasta 60 ml con agua. Se lleva a

la centrifuga durante 5 min a 1800 rpm con el fin de precipitar la sílice, con

ayuda de una pipeta se toma una porción alícuota de 50 ml del liquido que

sobrenada en el tubo de la centrifuga (esta es la solución C que se utiliza para

la determinación de Al, Mg, Ca, Fe y Ti), para lavar la sílice en el tubo se

añaden unos 50 ml de HCl 1,2N y se agita, centrifugando seguidamente la

suspensión a 1800 rpm durante 5 min. Después se decanta el líquido que

sobrenada por succión, ya que previamente se ha tomado una parte alícuota

para realizar el análisis de los solutos.

A continuación se elimina la sílice contenida en el tubo, por lavado usando agua

destilada recogiéndola en un vaso de precipitación de 250 ml, el lavado final del

crisol y del tubo de la centrifuga se hace con NaOH caliente, al 5%, para

asegurar la eliminación de toda la sílice. Se añaden unos 2,5 g de lentejas de

NaOH a la suspensión contenida en el vaso de precipitación y se ajusta el

volumen hasta que sea, aproximadamente, de 100 ml. Se hierve la disolución

hasta disolver totalmente la sílice, si luego de que llegue a ebullición contiene

alguna suspensión oscura que se puede formar por los restos de hollín que

quedaron en el crisol luego de la fusión la misma se filtra en caliente siempre y

cuando toda la sílice haya quedado disuelta. Cuando se enfría esta disolución

se transfiere a un matraz aforado de 500 ml y se enrasa mediante agua

destilada. Esta es la disolución D que se utiliza para la determinación de sílice.

En caso de que se presente una turbidez ligera no es necesario tenerla en

cuenta.

Se introduce en un matraz aforado de 25 ml una porción de 5 ml de disolución

de molibdato amónico y se ajusta el volumen hasta unos 10 ml mediante agua

destilada. Seguidamente se añaden 2,5 ml de HCl 6N, imprimiendo un

movimiento de giro al matraz para disolver el precipitado blanco que se forma.

Finalmente se añade una parte alícuota de la disolución D de entre 1 y 5 ml,

diluyendo la disolución hasta el enrase con agua destilada, se deja en reposo

durante 30 min, hasta desarrollar totalmente el color amarillo, se somete la

muestra a lectura con el espectrofotómetro a una longitud de onda de 400 nm,

utilizando como disolución en blanco la solución de molibdato de amónico y de

HCl 6N, enrasando esta mezcla de soluciones con H 2O en un matraz aforado

de 25 ml. Y con ayuda de la curva patrón por cálculos se obtiene la

concentración de sílice que presenta la muestra.

6. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS

6.1.Datos

Como se cuenta con dos muestras provenientes de Sipe Sipe la nomenclatura

que se utilizara para referirnos a las mismas será la siguiente:

mM=¿0.1010 g

mX=¿0.1020 g

ppm de SiO2 Absorbancia

1 0,0675

2 0,0928

3 0,1274

4 0,1630

5 0,2082

6 0,2372

7 0,2705

8 0,3125

9 0,3435

10 0,3838

11 0,4468

12 0,4635

X 0,4540

M 0,4472

6.2.Cálculos

Graficando con la tabla anterior la curva patrón obtenemos:

0.0675

0.0928

0.12740.163

0.2082

0.2372

0.2705

0.3125

0.34350.388

0.4468

0.46350

2

4

6

8

10

12

14

Curva de la solución patrón

Series1

ppm

de

SiO

2

Ya que se trata de una línea recta, por regresión lineal obtendremos la

ecuación de la curva, para así calcular los ppm de SiO2 contenidos en la

muestra.

A = 0,4913272174

B = 26,92683076

r = 0.997979566

Entonces la ecuación de la línea recta obtenida es:

ppm de SiO2= -0,4913272174+ 26,92683076 A

De donde A es la absorbancia medida en el espectrofotómetro.

Con la ecuación de la recta y la absorbancia medida de las muestras

obtenemos los ppm de SiO2 de las muestras:

AX= 0.4540

X ppmde SiO2= 11,73345395

AM= 0.4472

M ppmde SiO2= 11,5503515

Para calcular el porcentaje de SiO2en la muestra debemos utilizar la

siguiente fórmula:

%SiO2=ppmde SiO2×VM×V EM

1000000V alicuota×mmuestra×100

En donde:

ppmde SiO2= ppm obtenido con la ecuación de la recta.

V alicuota= es el volumen que se toma de la disolución de la muestra en ml.

mmuestra= es el peso de la muestra en gramos.

V M=¿ volumen del matraz aforado en donde se prepara la curva en ml.

V EM=¿ volumen en el cual se enrasa la muestra disuelta en ml.

Con la formula anterior obtenemos:

X%SiO2=71,8962 %

M%SiO2=70,7742 %

6.3.ResultadosSe obtuvieron los siguientes resultados:

X%SiO2=71,8962 %

M%SiO2=70,7742 %

7. ANALISIS DE RESULTADOS

Para verificar si el método para la determinación de la sílice funciona

calcularemos el porcentaje de error con los datos proporcionados por la

tesista Silvia la cual analizo las mismas muestras utilizando el método de

laboratorio de servicios y se obtuvieron los siguientes datos:

%SiO2= 68,8148 %

Entonces:

%E=|Real−ExperimentalReal |×100

Para X obtenemos:

%E = 4,4778%

Para M obtenemos:

%E = 2,8473%

8. CONCLUSIONES

Se logro encontrar una técnica bastante aceptable para el análisis de arcillas,

ya que los resultados obtenidos presentan errores menores al 5%

comparados con los resultados del análisis que se les hizo a estas mismas

muestras con el método de análisis utilizado en laboratorio de servicios,

obteniéndose los siguientes errores:

%EX= 4,4778%

%EM= 2,8473%

La técnica utilizada nos sirve tanto para el análisis cualitativo, como para el

cuantitativo, a nivel cualitativo se puede determinar la presencia de sílice en

la muestra gracias a la coloración amarilla que es causada por la solución de

molibdato, y a nivel cuantitativo mediante lectura de la absorbancia con un

espectrofotómetro de absorción molecular uv-visible.

Se logro observar que la curva de la solución patrón se puede considerar

como una recta de pendiente positiva y con un coeficiente de correlación

lineal de 0.997979566 el cual es próximo a uno.

Se dejo la curva en reposo durante dos horas luego de leer en el

espectrofotómetro y se volvió a leer las mismas y se pudo evidenciar que la

curva no es estable pues en la segunda lectura se presentaron lecturas

disparadas.

9. BIBLIOGRAFIA

Jackson, M.L. “Análisis Químico de suelos”, Ediciones Omega, 1964.

José M. F. “Caracterización y estudio tecnológico de arcillas del estudio

tecnológico de arcillas del estado da Bahía (Brasil), para la obtención de

materiales cerámicos tradicionales”, Universidad de Santiago de Compostela,

2009.

José M. P. “Análisis de óxidos de silicio y estructuras multicapa para

aplicaciones microelectrónicas”, Universidad de Barcelona, 2000.

http://www.agricolaunam.org.mx/edafología/PAPIME%20APUNTES

%20QUIMICA%20DE%20SUELOSQuimica%2008.pdf

http://www.qi.fcen.uba.ar/materiasailaboratorioabsorcion_emision.pdf

http://materias.fi.uba.ar/6305/download/Espectrofotometria.pdf

http://www.fcq.uach.mxindex.php/2-analisis-instrumental.html

http://www.tesisenred.net/bitstreamhandle/10803176701_CAPITULO_I.pdf

http://www.fq.uh.cudptoqfdocenciapregradoestruc_2uvdescarga_1.pdf

http://www.auxilab.es/documentosfolletosap/Espectro.pdf