Laboratorio virtual de la ley de Beer: absorbancia

Este laboratorio virtual de la ley de Beer corresponde al laboratorio de espectrofotometría de AP Chemistry sobre cómo la concentración de una disolución coloreada afecta a la luz que transmite. Los estudiantes hacen pasar luz por una cubeta de sulfato de cobre(II), anotan la absorbancia y el porcentaje de transmitancia a cinco concentraciones y trazan una recta de calibrado. Usan la recta para hallar la concentración de una muestra a partir de su absorbancia, y luego estudian el trayecto óptico y la longitud de onda. Una sola clase da una gráfica recta que pasa por el origen, una pendiente igual a εb y una razón clara de por qué los químicos miden a la longitud de onda de máxima absorbancia.

Relación con el currículo

• AP Chemistry Unit 3, Topic 3.13 Beer–Lambert law (SAP-8.C): la absorbancia de una disolución depende de su concentración, del trayecto óptico y de la absortividad molar. También corresponde al laboratorio de indagación guiada de AP Chemistry sobre la concentración y la luz transmitida, y prepara a los estudiantes para el laboratorio de colorimetría que determina el contenido de cobre del latón.
• Otros cursos: el mismo método de la curva de calibrado se usa en las prácticas de colorimetría de IB Chemistry y de A-level.

Simulic no está afiliado al College Board ni a AQA, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pide a los estudiantes que se comprometan con una predicción, en papel o como pregunta 1 del enlace de clase:

"Duplicas la concentración de sulfato de cobre(II) en la cubeta. La cubeta y la longitud de onda no cambian. ¿Qué le pasa a la absorbancia?"

Espera un reparto entre "se duplica", "se reduce a la mitad" (confundiendo absorbancia con transmitancia) y "sube un poco y luego se estabiliza".

Método en la simulación

1. Abre la pestaña Ley de Beer. Elige Sulfato de cobre(II).
2. Pon Trayecto óptico b en 1,0 cm y pulsa λ óptima (635 nm). Pulsa Encender luz.
3. Pon la Concentración c en 0,10 mol/L. Anota A, luego pulsa Mostrar %T y anota %T. Pulsa Registrar datos para añadir el punto a la gráfica.
4. Repite con 0,20; 0,30; 0,40 y 0,50 mol/L.
5. Representa A frente a c, traza la recta de mejor ajuste y calcula su pendiente.
6. Prueba del trayecto óptico: a 0,20 mol/L, pon b en 0,5 cm y luego en 2,0 cm. Mover el deslizador del trayecto óptico o de la longitud de onda borra la gráfica, así que anota las lecturas en la tabla.
7. Prueba de la longitud de onda: de nuevo con b = 1,0 cm y 0,20 mol/L, pon λ en 450, 500, 550, 600 y 700 nm.

c (mol/L)	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
A (b = 1,0 cm, 635 nm)
%T

Resultados esperados

Todas las lecturas salen de la simulación. Sus valores de absortividad son valores didácticos, así que no los compares con tablas de datos.

c (mol/L)	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
A	0,300	0,600	0,900	1,200	1,500
%T	50,12	25,12	12,59	6,31	3,16

• A frente a c es una recta que pasa por el origen con una pendiente de 3,00 L/mol. Como A = εbc y b = 1,0 cm, ε = 3,00 L mol⁻¹ cm⁻¹.
• %T frente a c es una curva, no una recta: cada 0,10 mol/L más reduce a la mitad la luz que atraviesa la cubeta.
• Trayecto óptico a 0,20 mol/L: 0,5 cm da A = 0,300; 1,0 cm da 0,600; 2,0 cm da 1,200. A es proporcional a b.
• Longitud de onda a 0,20 mol/L: 450 nm da 0,073; 500 nm, 0,195; 550 nm, 0,384; 600 nm, 0,556; 635 nm, 0,600; 700 nm, 0,462. El máximo está en 635 nm, en el rojo anaranjado: la disolución absorbe luz rojo anaranjada y se ve azul.
• Lectura de una muestra: una absorbancia de 0,840 en la recta de calibrado da c = 0,840 ÷ 3,00 = 0,280 mol/L. Los estudiantes pueden comprobarlo poniendo c en 0,280 mol/L.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) Si duplicas la concentración, ¿qué le pasa a la absorbancia?
2. ¿Qué ajustes deben mantenerse iguales mientras construyes la recta de calibrado?
3. ¿Cuál es la pendiente de tu recta de A frente a c con b = 1,0 cm y 635 nm?
4. Una muestra da A = 0,840 con los mismos ajustes. ¿Cuál es su concentración?
5. ¿Por qué los químicos miden a la longitud de onda de máxima absorbancia?

Respuestas para el docente: (1) Se duplica: 0,300 a 0,10 mol/L y 0,600 a 0,20 mol/L. (2) El trayecto óptico y la longitud de onda (y la disolución). (3) 3,00 L/mol (se acepta 2,95–3,05). (4) 0,280 mol/L (se acepta 0,275–0,285). (5) Ahí la recta es más pendiente, así que cada cambio de concentración da el mayor cambio de A. El método es más sensible, y un pequeño error al leer A causa el menor error en c.

Ideas erróneas frecuentes

• "La absorbancia y la transmitancia son opuestas, así que las dos son rectas." Solo A es proporcional a c. %T sigue una curva, y por eso los espectrofotómetros dan A para el calibrado.
• "Sirve cualquier longitud de onda." A 450 nm la recta es unas ocho veces menos pendiente que a 635 nm, así que las lecturas tienen errores relativos mucho mayores.
• "Un color más oscuro significa otra sustancia." Aquí un azul más intenso solo indica una concentración más alta o un trayecto más largo.

Ampliación

• Reto de la muestra desconocida: la simulación no tiene un modo de muestra oculta, así que juega en parejas. Un estudiante fija una concentración y solo lee en voz alta A, mientras su compañero no mira el deslizador ni la línea de lectura. El compañero usa la recta de calibrado para hallar c y luego lo comprueba.
• Compara disoluciones: cambia a permanganato de potasio (λ óptima 525 nm). Su deslizador de concentración llega solo a 0,00080 mol/L, cientos de veces menos que el del sulfato de cobre, y sin embargo las absorbancias son parecidas. Pregunta qué dice eso de ε.

Preguntas frecuentes

¿Los estudiantes tienen que poner a cero el instrumento con un blanco?

No en la simulación: c = 0 siempre da A = 0,000. En el laboratorio real, una cubeta con agua fija el cero. Menciónalo para que los estudiantes sepan por qué la recta pasa por el origen.

¿La recta se curva alguna vez a concentración alta?

No. La simulación sigue la ley ideal de Beer–Lambert en todo su rango. Las disoluciones reales pueden desviarse a absorbancias altas, por eso en el laboratorio los patrones se mantienen por debajo de A = 1 aproximadamente.

¿Pueden los estudiantes determinar el cobre del latón con esto?

Pueden practicar el paso de la curva de calibrado. La disolución de la muestra de latón y el cálculo del porcentaje en masa no están en la simulación.

Simulaciones y guías relacionadas

Preparación de disoluciones – concentración porcentual, concentración molar y dilución Molaridad – moles, volumen y concentración

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