Medidas fotométricas en reacciones a la llama de disoluciones acuosas

El desarrollo de las nuevas tecnologías de la información abre un amplio campo de aplicación en el terreno de la enseñanza en todos sus niveles. En el caso concreto de las prácticas de laboratorio para alumnos de Química General una de las posibilidades que el uso de dispositivos audiovisuales ordinarios proporciona es la realización de experiencias de tipo cuantitativo que permitan el seguimiento de la evolución con el tiempo de señales ópticas fácilmente detectables.

Dentro de este marco el objetivo de esta experiencia es la obtención de datos cuantitativos relacionados con el estudio de la evolución de la luminosidad con el tiempo cuando una pequeña gota de disolución acuosa suspendida en el extremo circular de un alambre se calienta en el interior de una llama de un hornillo de gas.

La evolución de la luminosidad de la llama se recoge en una cámara de vídeo digital y su seguimiento temporal en cortos intervalos de tiempo se obtiene con la exposición cuadro a cuadro de la visualización de dicho vídeo con ayuda del reproductor de vídeos en ordenador VLC media player. La conversión de señal luminosa en eléctrica se lleva a cabo mediante una fotorresistencia aplicada a la imagen de la llama en la pantalla del ordenador que proporciona valores de la resistencia eléctrica decrecientes con la intensidad luminosa. El valor de la resistencia detectada en cada imagen de la llama se obtiene mediante un polímetro en función de ohmímetro conctado a los terminales de la fotorresistencia.

Procedimiento

La figura 1 muestra el disposito utilizado para el registro en vídeo de la evolución de la coloracicón de una gota de agua soportada en el extremo de un alambre y colocada sobre la llama de un hornillo con el tiempo.

Figura 1. Dispositivo para grabación en vídeo de la evolución temporal de una llama

La figura 2 muestra el montaje necesario para la obtención en un polímetro de la señal de resistencia de una fotorresistencia aplicada a la imagen fija de una llama controlada en el ordenador por la presentación cuadro a cuadro de la exposición del vídeo.

Figura 2. Obtención de la respuesta en un polímetro de una señal eléctrica relacionada con la luminosidad de la llama.

En ella se muestra una fotorresistencia adosada a la imagen de una llama y conectada a un polímetro que proporciona valores de la resistencia que varían ampliamente con la luminosidad de la llama.

Ejemplo de aplicación

Como ejemplo de aplicación utilizaremos el procedimiento descrito al estudio de la llama producida por una muestra de agua con cierto contenido salino a la que se ha adicionado una concentración 0,1 M de Cu(II)

Las sales de Cu(II) solubles confieren a la llama una coloración azul-verdosa característica que en muchos casos no suele resultar interferida por la presencia de otros iones competitivos, posibilitando el estudio aislado de una señal luminosa selectiva de este ion. La muestra consistió en una disolución acuosa 0,1 M de CuSO4, utilizando un agua con cierto grado de mineralización.

La gráfica de la figura1 es indicativa de la evolución de la luminosidad el tiempo de la llama oscilante de color azul verdoso que se forma en la primera fase de calentamiento de la muestra. Como magnitud representativa se muestra en ordenadas log(Ro/R) donde Ro es la respuesta de la fotorresistencia en ausencia de coloración en llama y R la respuesta surante el proceso de permanencia de coloración en la llama.

Figura 1.- Evolución de la luminosidad de la llama azul-verdosa asociada al ion Cu(II) con el tiempo

La figura 2 proporciona una aproximación colorimétrica a las propiedades de la llama azul – verdosa descrita anteriormente. Se ha obtenido a partir de los datos de la fotorresistencia aplicada a la imagen azulada máxima, intercalando entre la fotorresistencia y la imagen sucesivamente 4 filtros de colores azul, verde, amarillo y rojo respectivamente. En cada caso R es el valor de la respuesta de la fotorresistencia a la muestra de la llamay Rb es la respuesta de la pantalla en blanco del ordenador con cada uno de los filtros. La magnitud 1/log(R/Rb) representada en ordenadas en esa gráfica es indicativa de la respuesta colorimétrica de la intensidad de la llama.

Figura 2.- Características colorimetricas de la llama azul-verdosa

Unos segundos después de finalizada la emisión de la llama azul-verdosa se inicia la emisión de otra llama de color pardo-amarilla que con intensidad variable es apreciable durante un período de tiempo superior a un minuto. La figura 3 muestra fotografías de esta llama obtenidas en diferentes momentos de emisión

Figura 3. Variación de la coloración de la llama pardo-amarilla con el tiempo

Para facilitar el seguimiento cuantitativo de la evolución de la llama en un período tan largo se han registrado los valores de la intensidad de la llama, estimada como log(Ro/R), para cuatro series de tomas de 10 cuadros consecutivos correspondientes a los tiempos 30, 45, 60 y 75 segundos desde el principio de emisión de la llama. Los resultados obtenidos se muestran en la figura 4.

Figura 4. Respuesta de la intensidad de la llama pardo-amarilla para 10 cuadros consecutivos tomados cada 15 segundos

La figura 5 muestra la gráfica de la evolución con el tiempo de la intensidad media de la llama de cada una de las series de 10 cuadros. En ella se representa frenta al tiempo los valores medios de la magnitud log (Ro/R) correspondientes a las ordenadas de cada una de las gráficas de la figura 4.

Figura 5.- Evolución con el tiempo de la luminosidad media de la llama pardo-amarilla

La figura 6 muestra una aproximación a las propiedades colorimétricas de la llama pardo-amarilla.Se ha obtenido midiendo el valor de la respuesta de la fotorresistencia, interponiendo sobre la imagen de la pantalla y la fotorresistencia filtros de diferentes colores.

La magnitud re a presentada en ordenadas como indicativa de la coloración de la imagen es 1/log(R/Rb) donde Rb es la respuesta de la fotorresistencia la pantalla en blanco.

Autor:

A. Quirante Candel