1. Tema 1. Introducción a la Química Analítica
1. Química Analítica y Análisis Químico.
2. Importancia actual de la Química Analítica.
3. Problemas analíticos.
4. Clasificación de los métodos de análisis.
5. Las etapas del Procedimiento Analítico.
6. Técnicas y métodos de análisis.
7. Toma y preparación de muestras.
2. Química Analítica y Análisis Químico
La Química Analítica es la ciencia que estudia el conjunto de principios, leyes y
técnicas cuya finalidad es la determinación de la composición química de una
muestra natural o artificial.
El Análisis Químico es el conjunto de técnicas operatorias puesto al servicio de
dicha finalidad.
3. Wilhelm Ostwald, 1894
“La Química Analítica, o el arte de reconocer diferentes sustancias y
determinar sus constituyentes, adquiere un lugar destacado en las
aplicaciones de la ciencia, gracias a que nos permite contestar las
preguntas que surgen cuando se emplean cualesquiera de los
procesos químicos para propósitos científicos o técnicos. Su gran
importancia ha hecho que se le cultive desde los inicios de la historia de
la química, y ha permitido que gran parte del trabajo cuantitativo se
extienda a todo el dominio de la ciencia.”
5. Análisis Químico: operaciones secuenciaels
La Química Analítica comprende la:
• separación
• identificación
• determinación
de las cantidades relativas de los componentes de una muestra de materia.
6. Químicos o Clásicos Físicoquímicos ó
Instrumentales
Análisis Químico: Métodos
•Análisis
cualitativo
•Análisis
gravimétrico
•Análisis
volumétrico
•Óptico-Espectroscópicos
•Electroquímicos
•Térmicos…
•Radioquímicos
7. Métodos Clásicos
Los métodos clásicos tienen en común su fundamento en reacciones químicas en situación de
equilibrio.
En el análisis gravimétrico, la cuantificación se realiza transformando la especie en un
producto insoluble de gran pureza y estequiometría definida, que se pesa.
En el análisis volumétrico se mide un volumen, que puede ser de un líquido (volumetrías o
titulometrías) o de un gas (gasometrías).
9. Métodos Clásicos vs. Instrumentales
Los métodos clásicos son los más exactos y precisos. Sin embargo carecen de
buena sensibilidad.
Los métodos instrumentales hacen uso de la medida de magnitudes físicas o químico-
físicas para la determinación del componente de la muestra.
Son mucho más sensibles.
10.
11. Un procedimiento es el modo de ejecutar, de la misma
forma, determinadas acciones con una serie común de
pasos claramente definidos, que permiten realizar un
análisis o una investigación correctamente.
El protocolo es el documento que describe las hipótesis a
investigar, los objetivos del trabajo, fundamentos, diseño,
metodología, consideraciones estadísticas, participantes,
calendario de evolución, organización y supervisión. A
continuación se indica un listado con una serie de ítems a
considerar en el diseño del protocolo:
12. Clases de Análisis
Atendiendo a lo que se determina, el análisis puede ser:
•elemental
elementos constitutivos de la materia
•funcional
grupos funcionales
•inmediato
grupo de sustancias integradas en un mismo análisis
•total
totalidad de los elementos
•parcial
unos pocos componentes de interés
13. Características de un Método de Análisis
SENSIBILIDAD:
cantidad o concentración mínima que
se puede determinar
SELECTIVIDAD:Interferencia de unas
especies químicas en la determinación
de otras
EXACTITUD:Proximidad de una medida
a su valor real
PRESICIÓN: Concordancia entre dos o mas valores
numéricos de resultados obtenidos de forma idéntica
15. Etapas del Proceso Analítico
1. Identificación del problema: planteamiento e historial del mismo (objetivo).
2. Elección del método.
3. Obtención de una muestra representativa.
4. Preparación y, en su caso, disolución de la muestra.
5. Eliminación de interferencias.
6. Medición de las propiedades del analito.
7. Cálculo de resultados.
8. Evaluación y discusión de los resultados.
16. • Naturaleza de la muestra
• Precisión y exactitud requeridos
• Tiempo del que se dispone
• Coste del análisis
• Posibilidad de destrucción de la muestra
• Medios disponibles
Condicionantes en la Elección del Método
• Concentración del componente
• mayoritario:
• minoritario:
• traza:
> 1%
1 - 0,01%
< 0,01%
17. Toma de muestra
•Recogida de la muestra bruta.
•Reducción de la muestra a un tamaño adecuado para el laboratorio.
•Conservación y preparación de la muestra en el laboratorio.
18. Recogida de la muestra bruta
• LÍQUIDOS: Porción alícuota
• GASES: La problemática está en la conservación y transporte
Fragmentos o partículas:
selección aleatoria de lotes
• SÓLIDOS: Compactos:
toma de probetas y limaduras
22. Análisis volumétrico: procedimiento basado en la medida del volumen de reactivo necesario
para que reaccione con el analito.
Valoración: a una disolución que contiene al analito se le añaden incrementos de volumen de
una disolución del reactivo (valorante) hasta que la reacción se completa. A partir del volumen
de valorante consumido se puede calcular la cantidad de analito que hay en la disolución
valorada.
Reactivo valorante: Reactivo que reacciona estequiométricamente con el analito.
Punto de equivalencia: Es el punto en que la cantidad de reactivo valorante añadido es
exactamente la necesaria para que reaccione estequiométricamente con el analito. Resultado
ideal o teórico.
Punto final: Es en realidad el punto que se mide en una volumetría. Se observa por un cambio
de una propiedad física de la disolución.
23. Indicador: Es un compuesto con una propiedad física (normalmente color) que cambia
bruscamente cerca del punto de equivalencia. El cambio lo causa la desaparición dela analito o
la aparición del exceso de valorante.
Error de valoración: Es la diferencia entre el punto final y el punto de equivalencia.
Valoración del blanco: Disolución que no presenta analito, sobre la cual se realiza el mismo
proceso de valoración. Permite estimar el error de valoración.
Patrón primario: Disolución de reactivo valorante de concentración exactamente conocida.
Patrón secundario: El valorante no siempre puede ser un patrón primario. En su lugar se
utiliza una disolución que tiene aproximadamente la concentración deseada y se valora con un
patrón primario. Este procedimiento se llama estandarización o normalización.
En este apartado comprobaras si conoces dichos fundamentos.
24. Reducción de la muestra
En el caso de materiales particulados, va acompañado de la correspondiente disminución del tamaño
de partícula (uso de molinos, tamices, mezcladores…)
25. Conservación y preparación de la muestra
•Reducir al mínimo los cambios que pueda sufrir antes de analizarla (absorción de CO2,
desprendimiento del agua de hidratación, oxidación atmosférica, etc.)
•Normalmente, hay que eliminar la humedad de la muestra antes de iniciar la etapa de
pesadas, o bien hay que determinar el contenido de agua de la muestra inmediatamente
antes de pesar la muestra.
•Obtención de una cantidad medida de muestra (pesada, medida de volumen)
•Disolución de la muestra
•H2O en frío y en caliente
•HCl diluido
•HCl concentrado
•HNO3 diluido
•HNO3 concentrado
•Agua regia (3 HCl + 1 HNO3)
26. Fundamentos del análisis gravimétrico
1.Clasificación de los métodos gravimétricos.
2.Formación de los precipitados: nucleación y crecimiento cristalino.
3.Impurificación de los precipitados.
4.Análisis gravimétrico por precipitación química.
5.Tratamiento térmico de los precipitados.
6.Análisis gravimétrico por volatilización o por desprendimiento:
determinación de agua y de dióxido de carbono.
7.Ventajas e inconvenientes de los reactivos orgánicos como agentes
precipitantes.
8.Precipitación homogénea.
27. Métodos gravimétricos
Métodos
gravimétricos
•Precipitación
El analito se aísla como un precipitado insoluble de composición
conocida, o que puede convertirse en otro producto de
composición conocida gracias a un tratamiento térmico adecuado.
•Volatilización
El analito, o su producto de descomposición, se volatiliza a una
temperatura apropiada.
28. Reactivo precipitante ideal
Aquél que reacciona de forma específica con el analito para dar lugar a un sólido que:
•Posee una solubilidad suficientemente baja .
•Se filtra fácilmente y sus impurezas se pueden eliminar por simple lavado.
•Posee una composición química perfectamente conocida una vez secado o calcinado.
•Es un precipitado no reactivo.
29. Tamaño de partícula
En el análisis gravimétrico interesa la formación de partículas grandes por:
• Ser fácilmente retenidas en los soportes filtrantes
• Arrastrar menos contaminantes (impurezas) durante su precipitación que las partículas finas.
• Iones en suspensión 10 -8 cm
• Partículas coloidales 10-7 – 10-4 cm
• Precipitados ˃10-4 cm
•Suspensiones coloidales:
No sedimentan y no se retienen en los soportes filtrantes
•Suspensiones cristalinas:
Tienden a aposentarse de forma espontánea y se filtran fácilmente
30. Factores experimentales
Si bien el mecanismo del proceso de precipitación no está claramente establecido, es
seguro que el TAMAÑO DE PARTÍCULA viene afectado por variables como:
•Solubilidad del precipitado
•Temperatura
•Concentración de los reactivos
•Velocidad de mezcla de los reactivos
31. Reactivos. - Comúnmente se conoce como nombre de reactivo un producto químico
en estado sólido y lo que es más característico en una solución se utiliza para
reacciones químicamente con la sustancia de objeto de análisis y revisar o leer de ante
mano el método a seguir.
El análisis cuantitativo las cantidades de reactivos utilizado en cualquier determinación
son por reglas general pequeño y para evitar el riesgo de impurificación de los
reactivos no se deben devolver el frasco del reactivo el exceso que haya sobrado para
ellos es conveniente medir la cantidad exacta o un ligero exceso de acuerdo con las
indicaciones del método o hallándole por medio de un cálculo técnico utilizando la
formula ml X N X mlg = g
32. Grado de pureza de los reactivos. - En análisis cuantitativo hay que utilizar
reactivos de comprobada calidad con el fin de tener seguridad en el análisis que se
realiza. Existen en el comercio reactivos de diferentes grados de pureza.
Reactivo analítico. - Con esta denominación se designa los reactivos más puros y
son los que se recomiendan para el trabajo analítico, estos reactivos satisfacen los
requisitos exigidos por la sociedad Americana de Química que es un organismo
que ha preparado listas de las condiciones de pureza exigibles a muchos productos
químicos y a los cuales tienen que ajustarse los fabricantes
33. La titulación es un método para determinar la cantidad de una sustancia presente en solución. Una solución
de concentración conocida, llamada solución valorada, se agrega con una bureta a la solución que se analiza.
En el caso ideal, la adición se detiene cuando se ha agregado la cantidad de reactivo determinada en función
de un cambio de coloración en el caso de utilizar un indicador interno, y especificada por la siguiente
ecuación de la titulación.
NA VA = NB VB
A este punto se le llama punto de equivalencia.
En términos generales la reacción entre cantidades equivalentes de ácidos y bases se llama neutralización o
reacción de neutralización, la característica de una reacción de neutralización es siempre la combinación de
iones hidrogeno que proceden del ácido, con iones (OH)- procedentes de la base para dar moléculas de agua
y formación de una sal.
En una expresión como la siguiente expresión:
Ácido + Base → Sal + Agua
Un caso particular sería la reacción entre un ácido fuerte (HNO3) y una base débil (Na2CO3).
2HNO3 + Na2CO3 → 2 NaNO3 + CO2↑ + H2O
En las titulaciones se pueden utilizar indicadores internos. Los indicadores son compuestos orgánicos de
estructura compleja que cambian de color en solución a medida que cambia el pH.
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35.
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37. Un amortiguador es una solución que resiste los cambios de pH cuando se le añaden cantidades de ácidos o de
bases. Contiene iones o moléculas que reaccionan con los iones OH- o H+ cuando uno de estos iones se añade a la
solución.
Las soluciones amortiguadoras se preparan con ácido débil y una de sus sales o una base débil y una de sus sales.
Por ejemplo, se puede preparar una solución amortiguadora con la base débil amoniaco, NH3 y una sal de amonio
NH4Cl. Si se le añade un ácido, el NH3 reacciona con los iones H+.
Ten en mente que el nivel de CO2 en la sangre, y por tanto el nivel de ácido carbónico, es controlado por los
pulmones. Si aumenta la cantidad de H+ en la sangre, se produce un gran cantidad de H2CO3 con lo cual disminuye
la concentración de H+. Con el fin de reducir la concentración de ácido carbónico producido, los pulmones trabajan
para eliminar el CO2. El bostezo y el hipo son mecanismos que tu cuerpo utiliza para deshacerse del CO2 excedente.
Por otro lado, la respiración rápida y profunda puede ocasionar una deficiencia de dióxido de carbono en la sangre.
Esta condición se llama hiperventilación. A menudo sucede cuando una persona está nerviosa o asustada. En este
caso, el aire de los pulmones se intercambia tan rápido que se elimina demasiado CO2. Los niveles sanguíneos de
CO2 disminuyen, lo cual reduce la cantidad de ácido carbónico en la sangre, induciendo un aumento en el pH, lo que
puede ser fatal a menos que se tomen medidas para detener este tipo de respiración.
Cuando una persona hiperventila, necesita calmarse y respirar con regularidad. Si la persona respira cubriendo
su nariz y boca con una bolsa de papel, aumenta la concentración de CO2 en el aire que inhala. Esto obliga a que
entre más CO2 a la sangre a través de los pulmones y el pH de la sangre regresa a su nivel normal.
38. Los métodos volumétricos o de titulación son métodos de análisis cuantitativos que
dependen de una medida exacta de un volumen de una solución de concentración
conocida. Estos métodos de análisis químicos se usan mucho porque son más rápidos y
más convenientes que otros métodos.
El desarrollo de los métodos volumétricos está en el conocimiento exacto del final de las
reacciones; para ello se emplea en la mayor parte de los casos substancias especiales
llamadas “indicadores”, cuya misión es “advertir” cuando la reacción ha llegado a ser
completa
Diferenciar los tipos de procedimientos del análisis cuantitativo volumétrico.
39. Titulación: Es el proceso por el cual se determina la cantidad de un analito en una solución basándose
en una cantidad de un reactivo estándar que éste consume.
En otras palabras, se hace una titulación cuando añadimos un reactivo de concentración conocida a la
solución de un analito hasta que éste último reacciona de forma completa con el reactivo. El volumen
del reactivo de concentración conocida se mide y es utilizado para determinar la cantidad del analito.
El reactivo de concentración exactamente conocida usado en una titulación se conoce como solución
estándar.
El objetivo de toda titulación es añadir la solución estándar en una cantidad o volumen que es
químicamente equivalente a la sustancia con la cual ésta reacciona (analito). Esta condición se cumple
en el punto de equivalencia.
El punto de equivalencia en una titulación es un concepto teórico. En realidad, su posición solo puede
ser estimada mediante la observación de cambios físicos asociados al punto de equivalencia.
Indicadores: Método común para detectar el punto final en un análisis volumétrico. Este hace uso de un
compuesto químico suplementario que produce un cambio en color como resultado de cambios en la
concentración cerca del punto de equivalencia.
Reacciones y Reactivos Usados en Análisis Volumétricos.
Es conveniente clasificar los métodos volumétricos de acuerdo a cuatro tipos de reacciones. Estas son
precipitación, formación de complejos, neutralización (ácido-base) y la de oxidación-reducción. Cada
uno de estos tipos de reacciones es único en cosas tales como el equilibrio químico, los indicadores, los
reactivos, los estándares primarios y la definición del peso equivalente.
40. El análisis gravimétrico es el conjunto de operaciones que tiene
por objeto conocer la concentración en que se encuentran los
componentes de una muestra, basándose en el peso de cada
uno.
El análisis gravimétrico abarca una variedad de técnicas en las
que la masa de un producto se utiliza para determinar la
cantidad original de analito (esto es, la especie que se analiza).
41. Requisitos para la determinación gravimétrica:
a) Deberá precipitarse totalmente la sustancia deseada. La mayoría de los
precipitados analíticos tienen solubilidad suficiente baja como para poder despreciar la
pérdida por solubilización. El ión común del exceso del agente precipitante, reduce la
solubilidad del precipitado.
b) El precipitado que se pese deberá ser un compuesto estequiométrico de
composición conocida. Esta es la base de los cálculos mediante un factor gravimétrico.
c) El precipitado deberá ser puro y poderse filtrar con facilidad. En ocasiones es
muy difícil obtener un precipitado libre de impurezas.
OPERACIONES PARA ANÁLISIS GRAVIMETRICO
Al iniciar un análisis gravimétrico, el estudiante debe familiarizarse con el conjunto de
operaciones comunes a todos estos análisis.
1.-Marcado correcto del material.
2.-Preparación a peso constante del crisol o la cápsula 3.-Preparación de la muestra.
4.-Precipitación
42. 5.-Digestión.
6.-Filtrado y lavado
7.-Secado y Calcinado. 8.-Pesado
9.-Cálculos
PASOS PARA EL MANEJO, MARCADO Y LIMPIEZA DEL CRISOL.
Marcado. Se realiza para identificar los crisoles o cápsulas que se utilizan en el análisis gravimétrico, lo que evitará la
confusión de las muestras al introducirlas en la estufa, mufla y desecador, así como generar un mejor control de las
muestras a analizar.
Etapas para el marcado del crisol
1. Limpieza.
2. Marcaje.
3. Calcinado
4. Enfriado
Limpieza. Consiste en eliminar mediante procesos simples de lavado (agua y detergente), aquellas impurezas que
puedan afectar la determinación o los resultados.
Si las impurezas existentes son complejas de eliminar con agua y detergente, se deben emplear otras sustancias
como ácidos, bases, agua regia o mezcla de ácidos, dependiendo de la naturaleza de los residuos.
Para nuestros fines, es recomendable lavar con agua y detergente neutro nuestro crisol y dejar que seque a
temperatura ambiente.
Marcaje. Consiste en colocar sobre la superficie del crisol ayudado de una plumilla, una clave con una mezcla hecha
de tinta y una disolución de cloruro férrico (FeCl3), que servirá para tener un mejor control de la muestra a colocar
en ese crisol.
43. Calcinado. Consiste en colocar el crisol sobre un triángulo de porcelana a la flama directa del mechero sobre
la marca, con la finalidad de que las partículas del Fe se adhieran sobre la superficie del crisol fijando de una
manera permanente la marca realizada.
Para esta operación debes tener cuidado en no tocar el crisol con las pinzas frías porque se puede romper
por choque térmico, asimismo, no se debe tocar con las manos para evitar quemaduras.
Enfriado. Deja sobre una tela de alambre con asbesto que el crisol se enfríe a temperatura ambiente. Una vez
que adquiera dicha temperatura, corrobora que la marca a quedado fija pasando sobre esta un pedazo de papel,
si no se borra, el crisol está listo para ser usado, si se borra, el marcado, calcinado y enfriado.
PREPARACIÓN A PESO CONSTANTE DEL CRISOL O LA CÁPSULA.
Tiene por objeto eliminar impurezas y humedad del crisol o la cápsula, para obtener resultados más exactos; los
pasos a seguir son:
a) Coloca el crisol marcado en la mufla durante 30 min. a una temperatura de 500 a 700°C.
b) Enfría el crisol en la estufa durante 15 min. a 110°C.
c) Continúa el enfriamiento en el desecador durante 15 min.
d) Pesa en la balanza analítica.
e). Repite el procedimiento anterior hasta obtener el peso constante del crisol (la variación en el peso debe ser +
0.002g aproximadamente).
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45. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.
Debe ajustarse la muestra a algunas condiciones de la solución (temperatura, pH, concentración), para
mantener baja solubilidad del precipitado y obtenerlo en una forma apropiada para filtración.
El método gravimétrico consiste en pasar la muestra de peso conocido exacto a la forma iónica,y luego
agregarle un reactivo selecto, el cual forma con la sustancia analizada los compuestos insolubles, fáciles de
separar o sea los precipitados. Por este análisis se determina la parte proporcional de una sustancia presente
en una muestra, convirtiéndola en un precipitado que una vez lavado, secado y calcinado pueda pesarse para
determinar el % en peso del mismo.
46. PRECIPITACIÓN.
El objetivo de la precipitación es aislar de la muestra problema el o los componentes en forma sólida (precipitado),
haciéndola reaccionar con un reactivo especifico.
Es necesario que el precipitado obtenido sea suficientemente insoluble para que la cantidad perdida por
solubilidad sea despreciable. La precipitación de una solución requiere de un reactivo, este se agrega
generalmente a la muestra en solución con una pipeta.
La precipitación se controla con el fin de agregar a la solución en análisis solamente la cantidad indispensable del
reactivo.
El control se realiza de la siguiente forma: La solución precipitada se deja reposar un rato y luego se agregan unas
gotas del reactivo a la solución, teniendo cuidado de no remover el precipitado en el fondo del recipiente. En el
caso de que al caer la gota la solución permanezca transparente se puede considerar la precipitación
completa. Si la precipitación se debe efectuar con el exceso del reactivo, se agrega otra pequeña cantidad del
mismo.
47. DIGESTIÓN.
Efectuar la digestión del precipitado ayuda a la purificación de los componentes que se
desean analizar; aumenta el tamaño de los cristales del precipitado facilitando la
filtración. Esta suele efectuarse a temperaturas elevadas para que el proceso sea más
rápido.
48. FILTRADO Y LAVADO.
Tiene como finalidad eliminar las impurezas absorbidas en la superficie del
precipitado.
Las sustancias precipitadas deben ser separadas del resto de la solución mediante la
filtración la cual debe ser cuidadosa y sin pérdida de la sustancia en análisis, para
ello se elige el papel filtro de acuerdo con el tipo de precipitado.
49. 7. SECADO.
El papel filtro con el residuo se pasa el crisol previamente tarado y se seca en una
estufa eléctrica a 105° para retirar toda la humedad.
50. CALCINACIÓN. Después de eliminar la humedad en la estufa, la calcinación se efectúa en una mufla
a temperaturas entre 400 a 1200 ºC en los crisoles de porcelana. La muestra se calcina junto con el
papel filtro por contener éste una mínima cantidad de cenizas, las cuales no afectan el peso de la
muestra. La temperatura a la cual se efectúa la calcinación y el tiempo que dura varía según en el
tipo de precipitado, terminada la calcinación el crisol se guarda inmediatamente en el desecador
51. DESECADORES. El crisol se guarda inmediatamente en el desecador y se deja enfriar lentamente para ser
posteriormente pesado. Son aparatos que constan de una recipiente de vidrio o aluminio, cerrado mediante
una tapa con ajuste esmerilado, en la parte inferior del recipiente se pone una sustancia deshidratante la
más usada es el cloruro de calcio granulado, con el objeto de mantener la atmósfera interior prácticamente
libre de humedad, en la parte media del desecador se coloca una placa movible de porcelana, provista de
perforaciones de tamaño apropiado para recibir los crisoles y las cápsulas.
52. PESADO. Una vez que la calcinación ha sido completa, enfriar el recipiente y su contenido en la estufa,
después colocarlo dentro del desecador, sacarlo y pesarlo.
