espectrometría_reporte de práctica química

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.


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.


Se conec' un mulímero a la fueneF/5 3SA


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Figura 3 %rayecoria circular del &az deelecrones.


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')

6


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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.


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.


-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.


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


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

10


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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

32


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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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