UNIDAD Nº1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA QUIMICA ANALITICA 1.1.- FUNDAMENTOS TEORICOS DEL ANALISIS CUALITATIVO 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. La Química Analítica se divide en Cualitativa y Cuantitativa. La primera tiene por objeto el reconocimiento o identificación de los elementos o de los grupos químicos presentes en una muestra. La segunda, la determinación de las cantidades de los mismos y sus posibles relaciones químicas e incluso estructurales. La química analítica cualitativa, por tanto, estudia los medios para poder identificar los componentes de una muestra. La química analítica cuantitativa se subdivide en gravimétrica y en volumétrica. CUALITATIVA: reconocimiento o identificación de muestras QUIMICA ANALITICA CUANTITATIVA: determinación de cantidades. El conjunto de técnicas operativas puesto al servicio de la determinación de la composición química de una muestra natural o artificial constituye el análisis químico. Así, pues, mientras el Análisis Químico es técnica , la Química Analítica es ciencia creadora y elaboradora de
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UNIDAD Nº1
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA QUIMICA ANALITICA
1.1.- FUNDAMENTOS TEORICOS DEL ANALISIS CUALITATIVO
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.
La Química Analítica se divide en Cualitativa y Cuantitativa. La primera tiene por objeto el reconocimiento o identificación de los elementos o de los grupos químicos presentes en una muestra. La segunda, la determinación de las cantidades de los mismos y sus posibles relaciones químicas e incluso estructurales. La química analítica cualitativa, por tanto, estudia los medios para poder identificar los componentes de una muestra. La química analítica cuantitativa se subdivide en gravimétrica y en volumétrica.
CUALITATIVA: reconocimiento o identificación de muestrasQUIMICAANALITICA CUANTITATIVA: determinación de cantidades.
El conjunto de técnicas operativas puesto al servicio de la determinación de la composición química de una muestra natural o artificial constituye el análisis químico.
Así, pues, mientras el Análisis Químico es técnica, la Química Analítica es ciencia creadora y elaboradora de dicha técnica, para lo cual establece leyes y principios que justifican el porqué y el cómo de los procesos.
Todos los medios analíticos se fundan en la observación de ciertas propiedades de los elementos o de los grupos químicos, todas las propiedades analíticas que puedan ser observadas tienen aplicación en análisis.
En la problemática del análisis químico, se plantean dos preguntas distintas:
¿Qué componentes tiene esta muestra? ¿Cuánto de cada uno?
¿Tiene esta muestra el componente X? ¿Cuánto?
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La primera es un planteamiento general, que es el menos común en la práctica, pues lo usual es tener antecedentes sobre la composición de la muestra que permiten dirigirse a las incógnitas. El ideal que responde a ese caso general es la "marcha analítica".
La segunda es un planteamiento particular, y la respuesta adecuada debe lograrse sin tener que separar previamente todo lo que antecede a la incógnita en la marcha, para lo cual se buscan reacciones específicas y sensibles que no exijan separaciones de fases e interferencias, o las reduzcan a un mínimo; a estas reacciones las llamamos "ensayos directos".
Análisis Químico
Conjunto de técnicas operatorias puestas al servicio de la química analítica, es la parte práctica que aplica los métodos de análisis para resolver problemas relativos a la composición y naturaleza química de la materia
Los métodos que emplea el análisis químico pueden ser:
Métodos químicos o clásicos (se basan en reacciones químicas): Análisis volumétrico y análisis gravimétrico.
Métodos fisicoquímicos o instrumentales (se basan en interacciones físicas: Métodos espectrometricos, métodos electroanaliticos y métodos cromatograficos.
Métodos de separación: Separación de parte de la muestra, en ocasiones permiten la determinación de los analitos.
Los métodos químicos han sido utilizados tradicionalmente, ya que no requieren instrumentos muy complejos (tan solo pipetas, buretas, matraces, balanzas entre otros). En cambio los métodos fisicoquímicos requieren un instrumental mas sofisticado, tal como equipos de cromatografía, cristalografía, etc.
Es interesante realizar una definición de términos ligados al análisis:
Muestra: Parte representativa de la materia objeto del análisis
Analito: Especie química que se analiza
Técnica: Medio de obtener información sobre el analito
Método: Conjunto de operaciones y técnicas aplicadas al análisis de una muestra.
Análisis: Estudio de una muestra para determinar su composición o naturaleza química.
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Los métodos de análisis se pueden reducir a un esquema simple de tres etapas:
PRELIMINAR
SEPARATIVA
Cualitativa: Reconocimiento e Identificación
Cuantitativa: Medición
Este esquema de análisis químico se puede explicar en cuatro pasos::
1.- Muestreo o selección de la muestra a analizar. Se debe seleccionar una muestra representativa mediante razonamiento estadístico. La muestra puede ser sólida, líquida o gaseosa.
2.- Preparación de la muestra para el análisis: Para determinar y medir el analito puede ser necesario disolver la muestra, seguido de la separación de los componentes; esto se puede hacer modificando químicamente los componentes separándolos por precipitación, electrolisis, extracción o volatilización.
3.- Medición por: volumetría, gravimetría o análisis instrumental.
4.- Cálculo del contenido, porcentual, absoluto, etc. e interpretación de las mediciones.
Cuando se realiza cualquier medición pueden cometerse errores. Por este motivo es necesario evaluar los datos y justificar las conclusiones, descartando las interpretaciones no sustentadas dentro de la limitación de la medición realizada. La evaluación se debe realizar mediante herramientas de control estadístico o probabilística. El error es la diferencia numérica entre el valor medido y el real.
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Es la etapa de aislamiento.Dependiendo si se recurre a etapas separativas o no, se pueden clasificar los sistemas analíticos cualitativos en:
a.- Marchas analíticas (separativos)b.- Ensayos directos (no separativos)
Toma de decisión con respecto a la muestra
Preparación de la muestra
DETERMINATIVA
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Errores determinados: Son aquellos que pueden atribuirse a causas definidas, como fallas en los materiales o equipos, impurezas en las sustancias y reactivos, propiedades físicas o químicas no consideradas en las muestras, o cambios físicos inducidos a estas ultimas, como sobrecalentamiento.
Estos errores suelen ser predecibles y reproducibles. Asimismo, se clasifican en:
Sistemáticos, cuando el método refleja las propiedades químicas de los componentes del sistema de análisis.
Operativos, que son causados por ineptitud del analista
Instrumentales, si son provocados por fallas o averías en los aparatos y equipos de medición.
Analito
En química analítica un analito es el componente (elemento, compuesto o ion) de interés analítico de una muestra.
La información analítica que se obtiene sobre el analito en la muestra puede ser cualitativa (si el analito está presente o no en una determinada concentración en la muestra), cuantitativa (la proporción en la que se encuentra) y estructural.
El analito que se determina en una muestra puede ser de naturaleza inorgánica, orgánica o bioquímica, y según su concentración en ésta se clasifica como macró componente (más del 1%), microcomponente (entre 0'01% y 0'1%) o traza (menos del 0'01%).
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1.2.- REACCIONES ANALITICAS
Todas las propiedades analíticas que se puedan observar por cualquier método tienen su aplicación en el análisis. La reacción Química es la base fundamental de los procesos analíticos.
Reacción analítica es toda reacción química utilizable en Química Analítica porque origina fenómenos fácilmente observables que se relacionan con la sustancia, elemento o grupo químico que se analiza.
Estas reacciones pueden verificarse por vía húmeda que, generalmente, tienen lugar entre iones en disolución y por vía seca que se verifican entre sólidos.Las reacciones analíticas por vía húmeda pueden clasificarse según los cuatro tipos fundamentales que se indican a continuación:
-Reacciones ácido-base. Que implican una transferencia de protones.
-Reacciones de formación de complejos. En las que se produce una transferencia de iones o moléculas.
-Reacciones de precipitación. En las que además de haber un intercambio de iones o moléculas tienen lugar la aparición de una fase sólida.
-Reacciones redox. Que implican una transferencia de electrones.
EXPRESION DE LAS REACCIONES ANALITICAS
Al expresar, mediante formulación química, lo que ocurre en una reacción analítica se procura que la ecuación se corresponda con lo que ha acontecido en el fenómeno. Los productos poco disociados se escribirán en forma molecular, como así mismo las reacciones que tienen lugar entre sólidos.
Por ejemplo, una sal de Bario en una disolución que contenga el ion SO4=, se forma un
precipitado: BaSO4.
Ba2+(ac) + SO4
2-(ac) BaSO4 (s)
Ba CO3 + H2SO4 BaSO4 + H2CO3
H2CO3 CO2 + H2
REACTIVOS ANALITICOS
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El procedimiento general para la identificación de una sustancia por el método clásico de análisis consiste en provocar en la misma un cambio en sus propiedades que sea fácilmente observable y que corresponda con la constitución de dicha sustancia. El agente que suscita el cambio se llama reactivo, porque generalmente, reacciona químicamente con el producto que se quiere reconocer.
Reactivos químicosLos reactivos químicos se clasifican en generales y especiales. Los reactivos generales son comunes a un gran número de especies y se utilizan habitualmente para separaciones en grupos iónicos como acontece en las denominadas marchas analíticas. Los reactivos especiales actúan sobre muy pocas especies químicas y se emplean para ensayos de identificación o reconocimiento.
Los reactivos especiales pueden ser: selectivos o específicos, según que actúe sobre un grupo pequeño de especies o bien sobre una sola.
Los reactivos específicos son muy escasos, pero un reactivo que tenga una selectividad definida puede hacerse específico variando convenientemente las condiciones del ensayo. Los reactivos generales son casi todos inorgánicos. Los reactivos especiales son, generalmente, de naturaleza orgánica.
Además de estos dos tipos de reactivos existen otros que se usan esporádicamente y que podemos englobar en la denominación común de reactivos auxiliares. Tales son aquellos que se emplean en procesos de enmascaramiento de iones, ajuste de pH, disolventes orgánicos, indicadores de pH, etc.
1.3 LIMITES DE DETECCION (LD)
Limite de detección o identificación es la cantidad mínima de sustancia que puede reconocerse en un ensayo y se expresa en microgramos (g) ,.Donde: 1g = 0,001 mg. = 10-6 g.
La sensibilidad es un sinónimo de límite de detección.
Sensibilidad expresa la cantidad o concentración mínima de una sustancia que se puede detectar en un ensayo o identificar con una determinada reacción.
Concentración límite (D) es la mínima concentración de una especie a la cual un ensayo aún resulta positivo. Suele expresarse en gramos por mililitro o en partes por millón, ppm.
Al valor inverso de la concentración límite se llama dilución límite y expresa una dilución por encima de la cual la reacción ya no es positiva.
Relación entre D y LD
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D = gr. identificados = LD x 10 -6 1g = 10-6 g. ml de disolución Vsolución
Donde:Vsolución en ml, D en g/ml y LD en g
Atendiendo a su sensibilidad las reacciones se consideran muy sensibles, sensibles y poco sensibles.
Clasificación de las reacciones según su sensibilidadD pD ppm %
La selectividad expresa el grado de interferencia de unas especies químicas en la identificación de otras.
El caso más favorable de selectividad es aquel en el que ninguna especie interfiere una reacción de identificación y ésta es completamente característica de la sustancia con la que reacciona; se dice, entonces, que dicha reacción es específica.
Cuando la reacción es común y característica de pocas sustancia se la denomina reacción selectiva, es decir, nos permite determinar el analito.
Finalmente, si la reacción corresponde a gran número de sustancias recibe el nombre de reacción general
Enmascaramiento de iones
Este es el proceso seguido en los métodos clásicos de análisis: precipitación en grupos mediante reactivos de selección para que la presencia de sus iones no moleste la identificación de los siguientes.
El proceso mediante el cual se aumenta la selectividad de la reacciones eliminando las interferencias de los iones molestos por medios sencillos y rápidos que aventajen a la clásica separación por precipitación, recibe el nombre de enmascaramiento, ocultación o inmovilización de iones. Ejemplo, formación de complejos:
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Co2+ + 4 (SCN-) Co(SCN)4= azul
Fe3+ + 2 (SCN-) Fe(SCN)2+ rojo
si queremos que sólo reaccione el Co2+ podemos enmascarar el Fe3+ con F- y PO43- que
forman con el Fe complejos muy estables incoloros.
El desenmascaramiento es la reacción inversa a la reacción de enmascaramiento.
1.5.- PROPIEDADES DE CATIONES Y ANIONES
El comportamiento de la sustancias depende de la estructura de la última capa. Se comportan según la necesidad de alcanzar la configuración electrónica del gas noble más próximo al elemento.
Clasificación general de los elementos
Los elementos químicos se pueden clasificar en dos grupos: como los que son capaces de formar cationes y los que no tienen esta propiedad, es decir, los incapaces de formar cationes (no metales).
Los no metales (halógenos, anfígenos, Nitrógeno, Fósforo, Carbono y Boro) no son capaces de formar cationes. Los semimetales como el Silicio y el Bismuto tienen un comportamiento catiónico pero son muy inestables.
El Selenio y el Telurio se engloban dentro del segundo grupo de cationes de la marcha analítica del H2S y al reaccionar precipitan en su estado fundamental, pero no forman cationes. De estos trece no metales sólo siete (halógenos, Selenio, Telurio y Azufre) forman aniones sencillos; el Nitrógeno (N3-), Fósforo (P3-) y Carbono (C2-) pueden existir también pero son muy inestables y se hidrolizan a NH3, PH3 y CH2.
Los aniones sencillos varían sus propiedades periódicas. Cuanto mayor sea la valencia en disolución tiende a formar oxoaniones (SO4
=, IO4-) de cationes.
Elementos capaces de formar aniones sencillos son:
1.- estables: F-, Cl-, B- ,I- ,S= ,Se= ,Te=
2.- inestables: N3-, P3- ,C=
Hay elementos metálicos que pueden formar aniones complejos por tener una alta valencia, como el anion dicromato (Cr2O7
=), y el anion cromato (CrO4=), fácilmente
reducibles a Cr3+. El Azufre con valencia alta forma el anión SO4
=, difícil de formar S=.
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El I con valencia siete forma IO4-.
PROCESOS ANALITICOS
Una propiedad que nos va a facilitar la identificación de los cationes o de los aniones es el color de estos.
Se observó que los cationes estables son incoloros, los elementos de transición presentan color, esto indica que debe haber una relación entre el color y la estructura cortical, si la tiene complicada y poseen electrones en órbitas sin consolidar producen color en disolución.
Color de los precipitados
Cuando tiene lugar una reacción de precipitación, el precipitado adquiere color y se puede identificar el elemento.
Tanto en los orgánicos como los inorgánicos la aparición de color esta relacionada con la aparición de estados electrónicos lábiles (muy inestables) con poca energía, el electrón pasa a otra capa. Esta inestabilidad de los electrones es la responsable de la absorción de energía luminosa correspondiente al espectro visible y aparece el color resultante a las zonas del espectro no absorbidas. Cuando existen en una molécula átomos del mismo elemento con distinta valencia se intensifica mucho el color debido a que los electrones se encuentran en resonancia entre las dos formas.
Colores de soluciones de diferentes iones
En un análisis cualitativo se debe observar, entre otras cosas, el color de la solución obtenida cuando la sustancia está disuelta en agua o en ácidos diluidos, pues esto puede suministrar una valiosa información. Los siguientes colores corresponden a los iones presentes en soluciones diluidas:
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La marcha analítica es un proceso técnico y sistemático de identificación de iones inorgánicos en una disolución mediante la formación de complejos o sales de color único y característico por medio de la adición de un reactivo.
Ya se menciono anteriormente que un reactivo es aquel agente capaz de provocar en una sustancia un cambio en sus propiedades que sea fácilmente observable, que se pueda relacionar y que se corresponda con la constitución de dicha sustancia. Normalmente se consideran reactivos químicos (la luz no lo es).
Recordemos que hay reactivos :
Generales: Son inorgánicos. Reaccionan con muchas sustancias. Se usan para la separación de grupos de iones. Son sustancias que reaccionan fácilmente y producen precipitados.
Especiales se dividen en dos tipos: específicos (una sustancia) Selectivos (una serie de sustancias)
Se puede cambiar la selectividad de un reactivo por tres diferentes métodos
1.- Por variación del pH: Ej. el H2S es un reactivo general que a pH neutro o básico origina precipitados con casi todos los cationes del Sistema Periódico; sin embargo, a pH ácido se produce un efecto ión común, disminuye la concentración del anión S2- y sólo precipitan a pH ácido los sulfuros más insolubles, que son los sulfuros de grupo II de la marcha analítica.
2.- Por cambio del estado de oxidación: Ej. el catión Ni2+ origina un compuesto coloreado de color rosado con dimetilglioxima, pero si tenemos en el medio Fe2+ con dimetilglioxima genera un color rosado rojizo; sin embargo, si añadimos H2O2 el Fe2+
pasa a Fe3+, el cual no reacciona con la dimetilglioxima y podemos detectar el níquel.
3.- Enmascaramiento de cationes: Ej. el Cu2+ y Cd2+ son dos cationes muy semejantes; sin embargo, se pueden identificar. Si añadimos H2S precipitan CuS (negro) y CdS (amarillo).
Al problema que contiene se le añade KCN, formando Cu(CN)42- y Cd(CN)4
2-, ambos incoloros. Si añadimos H2S entonces el Cu(CN)4
2- no reacciona, ya que es muy estable; sin embargo, el Cd(CN)4
2- es menos estable, reacciona con el H2S y origina CdS (amarillo).
1.6.- GRUPOS DE SELECCIÓN (REACCIONES DE CATIONES Y ANIONES)
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I) Clasificación de los cationes en grupos analíticos
Para los propósitos del análisis cualitativo sistemático, los cationes se dividen en cinco grupos sobre la base de su comportamiento frente a ciertos reactivos.Los reactivos de grupo que se usan para la clasificación de los cationes más comunes son el ácido clorhídrico (HCl), el ácido sulfhídrico(H2S) o sulfuro de hidrogeno, el sulfuro de amonio[(NH4)2S] y el carbonato de amonio[(NH4)2CO3].
La clasificación se basa en que un Catión reacciona con estos reactivos mediante la formación de precipitados o no. Por lo tanto se puede decir que la clasificación de los cationes más comunes se basa en las diferencias de las solubilidades de sus cloruros, sulfuros y carbonatos.
Los cinco grupos de cationes y las características de estos grupos son las siguientes:
Fe+3, Fe+2, Cr+3 y Al+3, (IIIA)Ni+2, Co+2, Mn+2, Zn+2 (IIIB)
- Hidróxidos- Complejos amoniacales- Sulfuros
Grupo IV (NH4) 2CO3 (neutro o acido)
Ca+2, Ba+2 y Sr+2 - Carbonatos
Grupo V Específicos Mg+2, K+, Na+, Li+,H+ y NH4+
II) Clasificación de los aniones en grupos analíticos
Los métodos disponibles para la determinación de aniones no son tan sistemáticos como aquellos que han sido descritos para los cationes. Sin embargo, es posible separar los aniones en grandes grupos según las solubilidades de sus sales de plata, calcio o bario.
Bunsen y Fresenius hicieron una clasificación de aniones atendiendo a las solubilidades de las sales de Plata y Bario. Hay tres grupos:
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Aniones que precipitan con Bario o con una mezcla de Bario y Calcio en medio neutro o débilmente alcalino
Precipitado con Bario soluble en ácido acético
Precipitado con Bario insoluble en ácido acético
AsO43-, AsO2
-, BO2-,
CO3=
CrO4=, F-, IO3
-, SnO3=,..
Aniones que precipitan con Plata en medio nítrico diluido y frío
Aniones insolubles con (NH4)Ac
Aniones que son solubles con (NH4)Ac
S=, F (CN)64-,….
CN-, SCN-, Cl-, I-,
Aniones que no precipitan ni con Bario ni con Plata
CH3COO-, NO3-, NO2
-, ClO3
-, B2O2-, ClO4
-,
1.7 TECNICAS EXPERIMENTALES DEL ANALISIS CUALITATIVO
El análisis cualitativo utiliza dos clases de pruebas: las reacciones secas y las reacciones húmedas. Las primeras son aplicables a sustancias sólidas y las ultimas a sustancias en solución.
REACCIONES POR VIA SECA: Se puede llevar a cabo un cierto número de ensayos útiles, en seco, o sea sin disolver la muestra. Entre estos tenemos:
CalentamientoEnsayo al sopleteEnsayo a la llama
Calentamiento: Las sustancias se colocan en un pequeño tubo de ignición(tubo de bulbo) o simplemente tubo de ensayo. Puede tener lugar la sublimación o el material se puede fundir o descomponer con un cambio en el color, o se puede desprender un gas que puede ser a su vez reconocido por ciertas propiedades y características.
Ensayos al soplete: Para estos ensayos se emplea la llama luminosa del bunsen (las tomas de aire deben estar completamente cerradas) Los ensayos se llevan a cabo sobre un bloque de carbón vegetal limpio en el cual se ha efectuado una pequeña cavidad con un corta plumas. Se coloca una pequeña porción de sustancia en la cavidad y se calienta con la llama oxidante. Las sales cristalinas se rompen en pequeñas piezas; la ignición indica la presencia de un agente oxidante (nitrato, clorato, etc.)
Ensayo a la llama: Los compuestos de ciertos metales son volatilizados en la llama luminosa del bunsen e imparten colores característicos.
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REACCIONES POR VIA HUMEDA: Estos ensayos se realizan con sustancias en solución. Se sabe que una reacción ocurre por:
1.- Formación de un precipitado2.- La evolución de un gas3.- Un cambio de color
La mayoría de las reacciones del análisis cualitativo se llevan a cabo por vía húmeda y los detalles de los mismos los veremos más adelante
1.8 CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES
La concentración es la magnitud física que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. Cada sustancia tiene una solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras sustancias disueltas o en suspensión.
En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc.
También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.
Molaridad
La molaridad (M) es el número de moles de soluto por litro de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 mL de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 5,0 M (5,0 molar). Para preparar una disolución de esta concentración normalmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 30 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforado, para después rellenarlo con más disolvente hasta los 100 mL.
M = n/V = moles de soluto/ litros de solución (mol/Lt ≡ molar)
Es el método más común de expresar la concentración en química sobre todo cuando se trabaja con reacciones químicas y relaciones estequiométricas. Sin embargo, tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.
Molalidad
La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente. Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un disolvente, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.
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m = moles de soluto/ Kg. de solvente (mol/Kg. ≡ molal)
La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión. Es menos empleada que la molaridad......
Porcentaje masa/masa
Masa de soluto por cada cien partes de solución.
% m/m = masa de soluto x 100 masa de disolución
Porcentaje masa / volumen
Masa de soluto por cada cien unidades de volumen.
% m/v = masa de soluto x 100 volumen de disolución
Porcentaje volumen/volumen
Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen. Se suele usar para mezclas gaseosas en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. O sea el porcentaje que representa el soluto en la masa total de la disolución.
% v/v = volumen de soluto x 100 volumen de disolución
Normalidad
La normalidad (N) es el número de equivalentes (eq.) de soluto (st) por litro de disolución (sc).
N = eqst/V = Equivalentes de soluto/ Lt de solución (eq./Lt ≡ normal) Para reacciones acido - base, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:
eq. = n H+ (para un acido), o eq. = n OH- (para una base) Donde:
eq: es la cantidad de equivalentes. n: es la cantidad de moles.
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H+: Es la cantidad de protones cedidos por un mol del ácido. OH–: Es la cantidad de hidroxilos cedidos por un mol de la base.
Por esto, podemos decir lo siguiente:
N = M x H+ para un acido, o N = M x OH- para una base
Donde: N: es la normalidad de la solución.M: es la molaridad de la solución. H+: es la cantidad de protones cedidos por un mol del ácido. OH–: es la cantidad de hidroxilos cedidos por un mol de la base.
Ejemplos:
Una solución 1 M de HCl cede 1 M de H+, por lo tanto, es igual a 1 N. Una solución 1 M de Ca(OH)2 cede 2 M de HO–, por lo tanto, es igual a 2 N.
Para una reacción redox, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:
eq. = n e– es decir: N = M x e-
Donde:eq.: es la cantidad de equivalentes. n: es la cantidad de moles. e–: Es la cantidad de electrones intercambiados en la semireacción de oxidación o reducción.N: es la normalidad de la solución. M: es la molaridad de la solución. Ejemplos:
En el siguiente caso vemos que el anión nitrato en medio ácido (por ejemplo el ácido nítrico, puede actuar como oxidante, donde una solución 1 M, es 3 Nox.
4 H+ + NO3–1 + 3 e– ↔ NO + 2 H2O
En el siguiente caso vemos que el anión ioduro, puede actuar como reductor, donde una solución 1 M, es 1 Nrd.
2 I– - 2 e– ↔ I2
En el siguiente caso vemos que el catión argéntico, puede actuar como oxidante, donde una solución 1 M, es 1 Nox.
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ppm, ppb y ppt
Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas de una sustancia muy diluida en otra, es común emplear las relaciones partes por millón (ppm), partes por "billón" (ppb) y partes por "trillón" (ppt). El millón equivale a 106, el billón estadounidense, a 109 y el trillón estadounidense a 1012.
ppm : La concentración de las disoluciones muy diluidas se expresa corrientemente en partes por millón (ppm). Una ppm equivale, en disoluciones, a 1 mg por litro o a un g por ml. Esta forma de expresión permite pasar fácilmente a tantos por ciento de peso en volumen (gramos por litro).
Conversiones útiles
Molalidad a fracción molar (m→Xst)
Xst = m 1000 + m PMsv
Fracción molar a molalidad (Xst→ m), y recordando que Xst + Xsv = 1
M = 1000 x Xst PMsv x Xsv
Molalidad a molaridad (m→M)
M = 1000 x d x m 1000 + m x PMst
Molaridad a molalidad (M→m)
M = 1000 x M 1000 x d - M x PMsv
Porcentaje masa/masa a porcentaje masa/ volumen : % m/v = % m/m x d
Porcentaje masa/ volumen a molaridad
M = %m/v x 10 PMst
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Donde:PMsv = Peso molar del solvente (g/mol) PMst = Peso molar del soluto (g/mol) d = densidad (g/ml) % m/m = Concentración en g soluto/100 g solución % m/v = Concentración en g soluto/100 ml solución
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Diluir es reducir una concentración a otra menor. Para preparar una disolución más diluida a partir de otra concentrada basta recordar que la cantidad de sustancia disuelta es la misma en ambas disoluciones e igual al producto del volumen por la concentración, basándonos en la fórmula: C1 · V1 = C2· V2
Disolver es hacer que un soluto se disgregue en un disolvente.
Preparación de disoluciones
Partiendo de un sólido o líquido puro
Pesar la masa correcta de la sustancia y disolverla en el volumen deseado en un matraz aforado
Partiendo de otra disolución más concentrada
Concentración1 x Volumen1 = Concentración2 x Volumen2
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Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios cuantitativos en la concentración. Las soluciones a la izquierda están más diluidas, comparadas con las soluciones más concentradas de la derecha.
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Preparación escrupulosa Evitar Errores
PROBLEMAS
1.- Calcular los gramos que se requieren para preparar:a) 2,5 Lt de Co(OH)3 0,1 Nb) 0,5 Lt de NaOH 1 M.c) 1 Lt de KOH 25%p/v
2.- Calcular la normalidad de la solución cuando se disuelven 25 mg de AgNO3, en 500 ml de solución.
3.- Calcular la normalidad del acido fosforico(H3PO4)si su densidad es 1,4 g/ml y su pureza un 45%.
4.-Calcular el volumen de solución que se requiere para obtener una solución 0,015 M de BaCl2, a partir de 300g de la sal.
5.- Describa la preparación de 500ml de una solución 0,1 molar en Fe+3 a partir de sulfato ferrico [Fe2(SO4)3]
6.- Cual es la concentración molar en ion cuproso de una solución acuosa de sulfuro cuproso 15%p/p
7.-¿Qué volumen de una solución de hidróxido de potasio 0.638 M neutralizará 430.0 ml de ácido sulfúrico 0.400 M?. (R:539,2ml)
8.-¿Cuántos gramos de CaCl2 · 6 H2O son necesarios para preparar 500 ml de disolución 0.45 N? Y ¿Cuál es la Molaridad de esta disolución?. (R:24,648gr)P.M. (CaCl2 · 6 H2O) = 219.09 gr/mol
9.- Describir la preparación de 2.00 litros de BaCl2 0.108 M a partir de BaCl2 · 2 H2O (PM= 244 gr/mol). (R: Se disuelven 52.7 gramos de BaCl2 · 2 H2O en agua y se diluye hasta 2.00 Lt)
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- Utilizar reactivos calidad para análisis- Conocer impurezas reactivo- Etiquetar con la fecha de preparación- Disminución concentración por adsorción sobre las paredes en las disoluciones
diluidas.- Estabilidad reactivos.
Ej. NO2-, SO3
=, se oxidan fácilmente - Disoluciones fuertemente alcalinas atacan el vidrio
- Frascos color topacio para disoluciones que se alteran con la luz
QUIMICA MINERA DOCENTE: MIREYA COLLAO B.INGENIERIA EN MINAS
10.- Describir la preparación de medio litro de solución de Cl - 0.0740 M a partir de BaCl2 · 2 H2O sólido. (R: Se disuelven 4.514 gramos de BaCl2 · 2 H2O en agua y se diluye hasta medio litro.)
11.- Calcular la concentración molar de ion K+ en una disolución que contiene 750 ppm de K4Fe(CN)6 (PM = 368).(R: 8.15 · 10-4 M )
12.-Las disoluciones que contienen ion MnO4- (PM = 119) están tan intensamente
coloreadas, que una solución en la que la concentración de MnO4- sea 4.0 · 10-6 M, ya
tiene un color perceptible para la mayoría de los observadores. Calcular las partes por millón de MnO4
