CONCEPTOS CONCEPTOS BÁSICOS QUÍMICA ANALÍTICA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
POZA RICA – TUXPAN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS INGENIERÍA AMBIENTAL
FRANCISCA SANDOVAL REYES Microsoft ADRIANA ELIZABETH ESCUDERO VIDAL
QUÍMICA ANALÍTICA IA- 2-II 12 de marzo de 2014.
INTRODUCCIÓN La Química Analítica puede definirse como la ciencia que desarrolla y mejora métodos e instrumentos para obtener información sobre la composición y naturaleza química de la materia. Dentro de la Química Analítica se incluye el Análisis Químico que es la parte práctica que aplica los métodos de análisis para resolver problemas relativos a la composición y naturaleza química de la materia. Los ámbitos de aplicación del Análisis Químicos son muy variados, en la industria destaca el control de calidad de materias primas y productos acabados; en el comercio los laboratorios certificados de análisis aseguran las especificaciones de calidad de las mercancías; en el campo médico los análisis clínicos facilitan el diagnóstico de enfermedades. Importancia de la Química Analítica La Química Analítica es una de las ramas más importantes de la Química moderna. Comprende la separación, identificación y determinación de las cantidades relativas de los componentes que forman una muestra de materia. Lo que hace a la Química Analítica tan importante en la actualidad, son sus diversas aplicaciones ya que la determinación de la composición química de una sustancia es fundamental en el comercio, en las legislaciones, en la industria y en muchos campos de la ciencia como lo es la medicina. Se subdivide en dos áreas principales:
ANÁLISIS CUALITATIVO: Tipo de análisis que identifica los componentes existentes en una sustancia.
ANÁLISIS CUANTITATIVO: Tipo de análisis que proporciona las cantidades relativas de dichos componentes.
CONCEPTOS Es interesante realizar una definición de términos ligados al análisis. Es por eso que este trabajo de investigación tiene la finalidad de dar a conocer algunos aspectos y conceptos importantes que existen dentro de la ciencia “química analítica”. Estos son los siguientes (alfabéticamente): 1. Ácido: Un ácido es una sustancia que, en disolución, incrementa la concentración de iones de hidrógeno. En combinación con las bases, un ácido permite formar sales. Por otra parte, la noción de ácido (que proviene del latín acĭdus) se refiere a aquello con sabor de agraz o de
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vinagre. Alícuota: Volumen de líquido que corresponde a una fracción conocida de un volumen más grande. Análisis: Estudio de una muestra para determinar sus composición o naturaleza química. -Métodos de análisis Métodos clásicos, que se basaban en propiedades químicas del analito. Se incluyen las gravimetrías, las volumetrías y los métodos de análisis cualitativo clásico. Métodos instrumentales, basados en propiedades químico-físicas. La clasificación de los métodos instrumentales se realiza en base a la propiedad que se mide (espectroscópicos, electroanalíticos, térmicos...). Métodos de separación. Se incluyen en este grupo los métodos cuya finalidad es la separación de compuestos para eliminar las interferencias y facilitar las medidas. Analito: Especie química que se analiza. Base: Una base es una solución que tiene un exceso de hidróxido (OH-) los iones. Otra palabra para la base es alcalino. Es un ion o una molécula capaz de proporcionar electrones o captar protones. Catalizador: Agente o sustancia química que acelera la velocidad de una reacción química sin que se consuma en la reacción química en que participa. Hay enzimas que actúan como catalizadores biológicos. Coeficiente: Número que se escribe delante de cada especie en una ecuación química y que indica el número de moléculas o moles de ella que entra en juego en esa reacción química. Cociente de reacción: El valor de Q nos indicara hacia donde tendera la reacción, es decir, no se refiere al punto de equilibrio como la K ya
que es calculada en un momento distinto al equilibrio. Ahora si calculando Q nos arroja el valor de K concluimos que la reacción se encuentra en el equilibrio. Si Q es mayor que K, las concentraciones o presiones parciales de los productos son mucho mayores, entonces la reacción tiende a formar reactivos. Si Q es menor que K, la reacción ira hacia la derecha, es decir, hacia el sentido de la formación de productos. 9. Concentración: Cantidad de una sustancia (el soluto) disuelta en otro (el disolvente) en una mezcla homogénea o una disolución. Puede expresar las relaciones masa/masa, masa/volumen o volumen/volumen, y entre el soluto y el disolvente o entre el soluto y la disolución. 10. Composición porcentual: La composición porcentual en masa se define como el porcentaje en masa de cada elemento presente en un compuesto. La misma (composición porcentual) se obtiene al dividir la masa de un elemento contenida en un mol de compuesto, entre la masa molar del compuesto y multiplicarla por 100%. 11. Compuesto: Sustancia pura constituida por átomos de diferentes elementos unidos a través de enlaces químicos en proporciones fijas y definidas, y que sólo se puede descomponer en los elementos de procedencias por medio de reacciones químicas. 12. Compuesto químico: Sustancia química que resulta de la combinación de diferentes elementos químicos. Se representan mediante una fórmula química. 13. Constante de equilibrio: La constante de equilibrio químico es igual al producto de las concentraciones de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos sobre el producto de las concentraciones de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiométricos. Recordemos que estos coeficientes son los números que equilibran a las reacciones químicas. La constante no varía, por eso es constante. Solo depende de la Temperatura. A cada temperatura distinta habrá valores diferentes de constantes para la misma reacción. Con respecto a las unidades de K, estas dependerán de la expresión matemática que quede en cada caso particular. 14. Constante de ionización: Término general para describir la constante de equilibrio que corresponde a la disociación de un ácido o de una base débil. 15. Cromatografía: Proceso en que una mezcla química en un líquido o gas se separa en componentes como resultado de la distribución
diferencial de los elementos solubles, de forma que produce manchas de diferente color en ella. 16. Dilución: Proceso por el que se aumenta la proporción de disolvente respecto del soluto, de manera que la concentración disminuye. Representa el inverso de la concentración molar e indica el volumen que contiene un mol soluto. 17. Disociación: Separación de un compuesto en dos o más especies generalmente iónicas. Por ejemplo, el acetato de amonio, NH4CH3COO, se disocia en agua en iones amonio y acetato 18. Disolución: Mezcla homogénea de dos o más sustancias, con composición variable hasta un cierto límite y fácilmente separable en sus componentes. Las propiedades de las disoluciones dependen de sus componentes. 19. Elemento: Sustancia que no puede dividirse en otras más simples por métodos químicos ordinarios. En un elemento, todos los átomos tienen el mismo número de protones o electrones, mientras que el número de neutrones puede variar. 20. Equilibrio ácido base: Llamamos equilibrio ácido-base al equilibrio que mantiene el organismo entre las ganancias y las pérdidas de ácidos y bases, de tal manera que la {H+} dentro y fuera de las células se mantiene relativamente constante. 21. Equivalente químico: Cuando las sustancias químicas reaccionan para formar compuestos, en esencia lo que sucede es que una de las moléculas (o átomos) de uno de ellos reacciona con una o mas moléculas (o átomos) del otro para generar la nueva sustancia, de forma que siempre el cociente entre los números de las moléculas (o átomos) reaccionantes de uno u otro compuesto es un número entero y nunca fraccionario, lo que se conoce como ley de proporciones definidas. 22. Ecuación química: Una ecuación química es la representación escrita, abreviada y simbólica de una reacción química. Además, nos proporciona un medio de mostrar un cambio químico los reactivos y los productos, su composición atómica y la relación molecular donde intervienen. La ecuación puede ser expresada por medio de símbolos y fórmulas de las substancias participantes. 23. Estequiometría: Rama de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre sus sustancias que intervienen en una reacción química. Se basa en las leyes de las combinaciones químicas. Las
relaciones estequiométricas se pueden establecer entre partículas, moles, masas y volúmenes. 24. Exactitud: Exactitud: Grado de concordancia entre el resultado y un valor de referencia certificado. En ausencia de exactitud se tiene error sistemático. 25. Fórmula: Representación de la composición de una sustancia mediante los símbolos de los elementos constituyentes y la proporción en la que se encuentran con números enteros en forma de subíndice. 26. Fórmula molecular: Fórmula real de la molécula constitutiva de compuesto que informa del número de átomos reales de cada elemento constituyente. Se obtiene a partir de la fórmula empírica: conocida la masa molecular, se divide ésta por la masa empírica. En la mayoría de las estructuras inorgánicas la fórmula empírica y la fórmula molecular coinciden, pero en los compuestos de carbono es imprescindible conocer la disposición de los enlaces de la moléculas. 27. Gramo: Unidad de masa en el sistema métrico decimal, equivalente a la milésima parte de un kilogramo. 28. Hidrólisis: Reacción química de un compuesto con el agua en el que el compuesto tienden a disociarse. En el caso de la hidrólisis de una sal, la disolución resultante puede ser ácida, básica o neutra. 29. Molaridad: Forma de expresar la concentración de una disolución que indica el número de moles de soluto contenido en 1 litro de disolución. Se presenta por la letra M. Es la forma más habitual de expresar la concentración de las disoluciones, se la conoce también con el nombre molar o simplemente concentración. 30. Molalidad: A concentración molal o molalidad , se abrevia como m y se define como el número de moles de soluto por kilogramo de solvente. 31. Masa o peso molecular: Es la suma de la masa atómica de cada uno de los átomos que constituyen a una molécula. El peso molecular en unidades de masa atómica es numéricamente igual al peso molar (mol) en gramos de un compuesto. 32. Mol: Cantidad de sustancia equivalente a la masa atómica o molécula expresada en gramos del elemento o compuesto y que contiene 6,02*10e23 partículas (número de avogrado). 33. Materia: Todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio. Los rayos catódicos se componen de materia ya que son electrones.
34. Masa: Medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. La masa es la misma en cualquier lugar donde se encuentre el cuerpo. 35. Muestra: Parte representativa de la materia objeto del análisis. 36. Método: Conjunto de operaciones y técnicas aplicadas al análisis de una muestra. 37. Métodos de análisis Métodos clásicos, que se basaban en propiedades químicas del analito. Se incluyen las gravimetrías, las volumetrías y los métodos de análisis cualitativo clásico. Métodos instrumentales, basados en propiedades químico-físicas. La clasificación de los métodos instrumentales se realiza en base a la propiedad que se mide (espectroscópicos, electroanalíticos, térmicos...). Métodos de separación. Se incluyen en este grupo los métodos cuya finalidad es la separación de compuestos para eliminar las interferencias y facilitar las medidas Metodología del proceso analítico: La Química Analítica alcanza sus objetivos mediante una metodología que se fundamenta en la aplicación del método científico. 38. Mezcla: Combinación de varias sustancias tal que los componentes conservan sus propiedades y se pueden separar por métodos físicos. Si la mezcla está formada por una sola fase, es una mezcla homogénea. Una mezcla homogénea sólida entre metales se denomina aleación, y si la fase resultante es líquida se denomina disolución. Si la mezcla está formada por más de dos fases recibe el nombre de mezcla heterogénea, esta no es uniforme a la subdivisión y sus componentes se pueden apreciar a simple vista. 39. Normalidad: Forma de expresar la concentración de una disolución que indica el número de equivalentes de soluto disueltos en un litro de disolución. Se presenta por la letra N. Se usa en análisis químico y reaciones ácido-base o redox, pero se tiende a sustituir por molaridad o concentración molar. 40. Neutralización: Reacción química entre un ácido y una base tal que se obtiene pH=7. En esencia se trata la combinación del ión H3O+ con el ión OH- para dar agua. La reacción de neutralización es una de las más importantes del análisis volumétrico. 41. Partes por millón: Proporción de la concentración de una sustancia con respecto a la concentración de otra, como una unidad de soluto disuelta en un millón de unidades de disolvente. Se puede
expresar también en términos de peso-peso, volumen-volumen o en cualquier otra relación de unidades de medida. 42. Propiedad química: La noción de propiedad química, de este modo, se refiere a aquellas particularidades que llevan a una determinada materia a modificar su composición. De este modo, las propiedades químicas hacen que una materia reaccione en ciertas condiciones o frente a determinados reactivos. 43. Pureza: Grado de descontaminación de un reactivo o producto. Se expresa como porcentaje: pureza = peso de material puro/peso total de material x100. 44. pH: Potencial de hidrógeno. 45. Producto: en una reacción química, es el conjunto de sustancias que se obtienen al combinar los reactivos. Es decir, es el material que se forma como resultado de una reacción química. Se escribe en el lado derecho de una ecuación química. 46. Principio Le chatelier: Cuando hablamos de equilibrio aplicado a sistemas químicos o físicos, siempre se hace hincapié en la teoría de Le Chatelier. Este principio sostiene que un sistema siempre reaccionara en contra del cambio inducido. Por ejemplo, si una reacción gaseosa aumenta el volumen al formar productos, al aplicarle una presión tendera a formar reactivos, es decir, invertirá su sentido con la finalidad de disminuir esa presión. Otro ejemplo lo tenemos en las reacciones exotérmicas o endotérmicas, las que generan calor o absorben respectivamente. Si a una reacción exotérmica le damos calor, el sistema para disminuir la temperatura, ira hacia la formación de reactivos. De esta manera generara menos calor para atenuar el cambio. Y si es endotérmica formara más productos, y así, absorberá más calor evitando el ascenso térmico. 47. Presión: Fuerza por unidad de área. La presión, término más corrientemente aplicado a los gases, se expresa en atmósferas, mm de Hg (torr) o kilopascales. 48. Presición: Precisión: Grado de concordancia entre los datos obtenidos de una serie. Refleja el efecto de los errores aleatorios producidos durante el proceso analítico. 49. Reactivo: Cada una de las sustancias que provoca una reacción química. En análisis químico se utilizan reactivos específicos para cada reacción.
50. Reacción química: Transformación que sufren sustancias químicas, denominadas reactivos, cuando dan lugar a nuevas sustancias, denominadas productos, con propiedades diferentes a las sustancias iniciales. Se produce una reorganización de los enlaces químicos que origina sustancias nuevas. 51. Reacción re-dox: as reacciones redox, nombre simplificado de las reacciones de reducción-oxidación, son aquellas reacciones de tipo químico que llevan a la transferencia de electrones entre reactivos, alterando el estado de oxidación. De este modo, un elemento libera electrones que otro elemento acepta. 52. Reacción exotérmica: Es aquella reaccion quimica que libera energía calorífica hacia el medio que lo rodea conforme transcurre, por lo tanto aumenta la temperatura de los alrededores del sistema donde ocurre la reacción. El calor liberado se debe a que la entalpía de los productos es menor que la entalpía ( ▲H) de los reactantes. 53. Reacción endotérmica: Es aquella reacción que absorbe energía conforme se lleva a cabo, debido a que la entalpía de los productos es mayor a la entalpía de los reactantes. Son reacciones que no ocurren naturalmente a condiciones ambientales, por lo tanto no son espontáneas. 54. Sal: Compuesto químico formado por la unión de uno omás tipos de aniones con uno o varios tipos de cationes. Las sales pueden considerarse formalmente derivadas de la reacción de neutralización entre un ácido y una base. 55. Solución: Mezcla homogénea de dos o más componentes. Cuando sólo está formada por dos componentes (un soluto y un solvente) se denomina solución binaria. 56. Solubilidad: La solubilidad es capacidad que posee una sustancia para poder disolverse en otra. Dicha capacidad puede ser expresada en moles por litro, gramos por litro o también en porcentaje del soluto. 57. Soluto: El soluto es la sustancia que, por lo general, se encuentra en menor cantidad y que se disuelve en la mezcla. 58. Solvente: El solvente, en cambio, es la sustancia que suele aparecer en mayor cantidad y donde se disuelve el soluto. 59. Titulación: Las titulaciones o valoraciones acido-base son empleadas para determinar concentraciones de sustancias químicas con precisión y exactitud. Estas titulaciones se llevan a cabo gracias a la reacción que ocurre entre acidos y bases, formando sales y agua.
CONCLUSIONES Es de verdadera importancia conocer y sobre todo saber comprender los términos empleados en nuestra materia “química analítica” para así obtener buena comprensión en las prácticas o
en cualquier situación dentro de esta misma materia. Además, así se evita o se reduce la equivocación en varios aspectos involucrados con esta ciencia, por ejemplo, en nuestro caso, reducimos los accidentes en laboratorio al emplear bien los términos sabremos de que se está hablando facilitando así nuestro entendimiento y comprensión al momento de hacer las prácticas correspondientes de laboratorio.
