UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

QUMICA ANALTICA INSTRUMENTAL

MATERIAL EN REVISINBOGOT, D.C. ENERO DE 2006

JOS HUMBERTO GUERRERO RODRGUEZ

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

MATERIAL EN REVISINMDULO

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PRIMERA UNIDAD. FUNDAMENTOS DE LA QUMICA ANALTICA 1. Palabras clave 2. Propsitos 3. Objetivos 4. Competencias 5. Metas de aprendizaje ESQUEMA CONCEPTUAL DE LA UNIDAD ACTIVIDADES INICIALES INTRODUCCIN TEMA 1. FUNDAMENTOS DE LA QUMICA ANALTICA 1. Conceptos, clases y campos de aplicacin 2. Mtodos de anlisis 3. Valoracin del mtodo analtico 3.1 Desarrollo del mtodo analtico 3.2 Condiciones del mtodo analtico ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1 TEMA 2. REACCIONES QUMICAS EN LOS ANLISIS QUMICOS 1. Clasificacin de las reacciones 1.1 Reacciones cido base 1.2 Reacciones de precipitacin 1.3 Reacciones de oxidacin reduccin 1.4 Reacciones de hidrlisis 1.5 Reacciones de formacin de complejos 2. Cintica y equilibrio qumico 2.1 Cintica qumica 2.2 Equilibrio qumico 3. Criterios para la resolucin de problemas en Qumica Analtica ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2 TEMA 3. PREPARACIN PARA EL ANLISIS QUMICO 1. La muestra 2. Material de vidrio 3. Descomposicin de la muestra 4. Equipo de laboratorio ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3 TEMA 4. OBTENCIN Y MANEJO DE DATOS 1. Sistema Internacional de Medidas 2. El error asociado a las mediciones experimentales 2.1 Errores accidentales o groseros 2.2 Errores aleatorios o indeterminados 2.3 Errores sistemticos 2.3.1 Errores instrumentales de medicin 2.3.2 Errores por el mtodo de medicin 2.3.3 Errores de instalacin 3. Precisin y exactitud en las mediciones analticas 3.1 Determinacin de los errores en un anlisis qumico 3.1.1 Determinacin de la precisin del resultado 3.1.2 Propagacin del error 3.1.2.1 Suma y resta 3.1.2.2 Multiplicacin y divisin 3.1.2.3 Potenciacin 3.2 Estimacin de las cifras significativas 3.2.1 Reglas para la determinacin del nmero de cifras significativas 3.2.2 El resultado final 4. Determinacin de la muestra y criterio de aceptacin de datos 4.1 Significado estadstico de muestra 4.2 Criterios para la aceptacin de datos

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55 55 55 55 56 56 57 58 64 66 66 67 68 68 69 71 75 75 75 76 76 76 77 77 77 79 82 83 84 84 86 87 87 88 90 91 94 95 96 96 96 97 97 97 99 100 105 106 106 106 107 107 107 108 108 108

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4.2.1 El contraste de Dixon (Contraste Q) 4.2.2 El contraste de Grubbs ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 4 ACTIVIDADES DE PROFUNDIZACIN Y TRANSFERENCIA ACTIVIDADES DE LABORATORIO LA SEGURIDAD EN EL LABORATORIO QUMICO 1. Riesgos en el laboratorio 1.1 Riesgos con compuestos qumicos 2. Almacenamiento de los reactivos GUA PARA LA PRESENTACIN DE INFORMES DE LABORATORIO 1. Estructura del informe 1.1 Ttulo de la prctica 1.2 Objetivos de la prctica 1.3 Teora 1.4 Procedimiento 1.5 Datos experimentales 1.6 Clculos 1.7 Resultados 1.8 Anlisis de resultados 1.9 Conclusiones 1.10 Bibliografa 2. Algunas normas para la redaccin del informe 3. Normas de seguridad 4. Recomendaciones para el uso de los equipos de anlisis qumico 4.1 Cuidados con la balanza 4.2 Cuidados con la centrfuga 4.3 Cuidados con las buretas INTRODUCCIN AL ANLISIS CUALITATIVO 1. Anlisis cualitativo de cationes 2. Anlisis cualitativo de aniones 3. Procedimiento 3.1 Anlisis cualitativo del grupo I de cationes 3.2 Anlisis cualitativo de algunos aniones 4. Tratamiento de datos DETERMINACIN DEL PESO DE UN GRANO DE UN CEREAL COLOMBIANO 1. Procedimiento 2. Tratamiento de datos SEGUNDA UNIDAD. MTODOS CLSICOS DE ANLISIS 1. Palabras claves 2. Propsitos 3. Objetivos 4. Competencias 5. Metas de aprendizaje ESQUEMA CONCEPTUAL DE LA UNIDAD TEMA 1. GRAVIMETRA 1. Solubilidad 2. Equilibrio qumico y reacciones de precipitacin 2.1 Conceptos generales 2.2 Factores que influyen a la constante de producto de solubilidad 2.2.1 Efecto de la temperatura 2.2.2 Efecto del ion comn 2.2.3 Efecto del ion no comn 3. La tcnica de la gravimetra 3.1 Condiciones 3.2 Mtodos 3.2.1 Tcnicas de electrodeposicin

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108 109 111 113 114 115 115 115 126 130 131 131 131 132 134 136 137 137 137 139 139 139 141 142 142 142 142 144 144 147 149 149 151 153 154 155 156

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3.2.2 Tcnicas de precipitacin 3.2.3 Tcnicas de volatilizacin 3.3 Metodologa en el anlisis gravimtrico 3.4 Manejo de los datos y expresin de resultados ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 5 TEMA 2. VOLUMETRA 1. Conceptos 2. Fundamentos de la titulometra 3. Clases de anlisis titulomtricos 3.1 Volumetra cido base 3.1.1 Autoprotlisis del agua 3.1.2 La fuerza de cidos y bases 3.1.3 Hidrlisis de sales 3.1.3.1 Sales de cidos y bases fuertes 3.1.3.2 Sales de cido dbil y base fuerte 3.1.3.3 Sales de cido fuerte y base dbil 3.1.3.4 Sales de cido dbil y base dbil 3.1.3.5 Sales que producen aniones diprticos 3.1.4 Soluciones tampn o buffer 3.1.5 El problema del indicador y el punto final ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 6 3.2 Volumetra de precipitacin 3.2.1 Argentometra 3.2.1.1 Titulacin de Mohr 3.2.1.2 Titulacin del Volhard ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 7 3.3 Volumetra Redox 3.3.1 Permanganimetra 3.3.2 Yodometra ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 8 3.4 Volumetra de iones complejos 4. La tcnica de la volumetra 4.1 Condiciones 4.1.1 El material volumtrico 4.1.1.1 Matraces o balones aforados 4.1.1.2 Pipetas graduadas y aforadas 4.1.1.3 Buretas 4.1.1.4 Probetas 4.2 Metodologa de la titulacin 4.2.1 Preparacin de soluciones 4.2.2 Estandarizacin de las soluciones 4.2.3 Alcuota o volumen de la muestra 4.2.4 Purga y carga de la bureta 4.2.5 Titulacin de la muestra 4.2.6 Registro de resultados 4.3 Manejo de datos y expresin de resultados ACTIVIDADES DE LABORATORIO HUMEDAD, VOLTILES, EXTRACTO ETREO ALIMENTOS 1. Procedimiento 1.1 Humedad y voltiles 1.2 Extracto etreo 1.3 Fibra cruda 2. Expresin de resultados 2.1 Humedad, voltiles y slidos totales 2.2 Extracto etreo

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2.3 Fibra cruda 3. Informe NDICE DE ACIDEZ 1. Procedimiento 1.1 Preparacin de la solucin de hidrxido de sodio 1.2 Estandarizacin de la solucin de hidrxido de sodio 1.3 Determinacin del ndice de acidez 2. Clculos DETERMINACIN DE NITRGENO EN ALIMENTOS 1. Procedimiento 1.1 Preparacin de reactivos 1.2 Digestin 1.3 Destilacin 1.4 Titulacin 2. Clculos 3. Informe CENIZAS Y DETERMINACIN DE CALCIO POR PERMANGANOMETRA 1. Procedimiento 1.1 Determinacin de las cenizas 1.2 Solubilizacin de las cenizas 1.3 Preparacin de la solucin de permanganato de potasio 0,1 N 1.4 Estandarizacin de la solucin de permanganato de potasio 1.5 Determinacin del calcio 2. Clculos 3. Informe DETERMINACIN DE CLORUROS MEDIANTE LA TCNICA DE VOLHARD 1. Procedimiento 1.1 Preparacin solucin estndar de nitrato de plata 1.2 Estandarizacin de la solucin de nitrato de plata 1.3 Preparacin de la solucin de tiosulfato o tiocianato de amonio o potasio 0,1 N 1.4 Estandarizacin de la solucin de tiosulfato 1.5 Preparacin de la muestra 1.6 Valoracin de Volhard 2. Clculos 3. Informe NDICE DE YODO EN ACEITES COMESTIBLES 1. Procedimiento 1.1 Preparacin de la solucin halogenante de Wijs 1.2 Preparacin de otros reactivos 1.3 Preparacin de la solucin de tiosulfato de sodio 0,1 N 1.4 Estandarizacin de la solucin de tiosulfato de sodio 0,1 N 1.5 Preparacin de la muestra 1.6 Determinacin del ndice de Yodo 2. Clculos 3. Informe ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIN Y TRANSFERENCIA TERCERA UNIDAD. MTODOS INSTRUMENTALES DE ANLISIS 1. Palabras claves 2. Propsitos 3. Objetivos 4. Competencias 5. Metas de aprendizaje ESQUEMA CONCEPTUAL DE LA UNIDAD INTRODUCCIN TEMA 1. pH METRA 1. Fundamento de los mtodos instrumentales

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1.1 Clasificacin de los mtodos instrumentales 1.2 Condiciones analticas de los mtodos instrumentales 2. Fundamentos de la pH metra 3. Equipo utilizado en pH metra 3.1 Electrodo Normal de Hidrgeno (E.N.H.) 3.2 Electrodo de calomel saturado 3.3 Electrodo de vidrio 4. Procedimiento 4.1 Preparacin de la muestra 4.2 Calibracin del pH metro 4.3 Determinacin analtica 4.4 Tratamiento de los datos ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 9 TEMA 2. ESPECTROFOTOMETRA 1. Principios 1.1 Radiacin electromagntica 1.2 El espectro electromagntico 1.3 Interaccin radiacin electromagntica sustancias 1.3.1 Procesos de absorcin y emisin de energa electromagntica 1.3.2 Fenmenos asociados a la emisin y absorcin de energa electromagntica 1.3.2.1 Espectroscopia visible 1.3.2.2 Espectroscopia ultravioleta 1.3.2.3 Espectroscopia infrarroja 1.3.2.4 Espectroscopia de absorcin atmica 1.4 Leyes de absorcin o de Bourguer Lambert Beer 1.4.1 Ley de Lambert 1.4.2 Ley de Beer 1.4.3 Ley de Bourguer Lambert Beer 1.4.4 Desviaciones de la Ley de Beer 1.4.4.1 Desviaciones de origen qumico 1.4.4.2 Desviaciones de origen fsico 2. Equipo instrumental 2.1 Fuentes de radiacin electromagntica 2.2 Sistema monocromador 2.3 Porta muestras y celdas 2.4 Detector transductor 2.5 Sistema de amplificacin, transformacin y comparacin 2.6 Sistema de registro 3. Procedimiento 3.1 Condiciones del mtodo 3.2 Material de laboratorio 3.3 Preparacin de las muestras 3.4 Caractersticas de la reaccin 3.5 Espectros de absorcin y seleccin de la radiacin apropiada 3.6 Curva de calibracin 3.7 Ajuste por mnimos cuadrados 3.8 Determinacin de la concentracin del problema ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 10 TEMA 3. CROMATOGRAFA 1. Mtodos de separacin y purificacin 1.1 Mtodos clsicos 1.2 Destilacin 1.2.1 Destilacin simple 1.2.2 Destilacin fraccionada 2. CROMATOGRAFA 2.1 Fundamentos

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2.2 Clases de cromatografa 2.2.1 Segn el fenmeno predominante 2.2.1.1 Cromatografa de adsorcin 2.2.1.2 Cromatografa de reparto 2.2.1.3 Cromatografa de intercambio inico 2.2.1.4 Cromatografa de filtracin por gel o de tamices moleculares 2.2.2 Cromatografas segn las fases implicadas 2.3 Criterios para la seleccin de la clase de cromatografa 3. Cromatografa en papel 3.1 Principio 3.2 Equipo empleado 3.2.1 Fase estacionaria 3.2.2 Aplicadores 3.2.3 Cmaras 3.2.4 Eluyentes o solventes 3.2.5 Reveladores 3.2.6 Atomizadores 3.3 Procedimiento 3.3.1 Preparacin de la muestra 3.3.2 Corte del papel 3.3.3 Ensayo de concentracin 3.3.4 Ensayo para elegir eluyentes y desarrollo 3.3.5 Revelado 3.4 Aplicaciones 3.4.1 Cromatografa preparativa en papel 3.4.2 Cromatografa cuantitativa en papel 3.4.2.1 Determinacin in situ 3.4.2.2 Determinacin por extraccin 4. Cromatografa en capa delgada 4.1 Principios 4.2 Equipos 4.2.1 Sorbentes o fase estacionaria 4.2.1.1 Gel de slice 4.2.1.2 Almina 4.2.1.3 Kieselghur o tierra de diatomceas 4.2.1.4 Celulosa 4.2.1.5 Poliamida 4.2.1.6 xido de magnesio 4.2.1.7 Geles de filtracin 4.2.1.8 Otros sorbentes 4.2.2 Placas 4.2.3 Eluyentes y reveladores 4.2.4 Las cmaras 4.3 Procedimientos 4.3.1 Activacin de las placas 4.3.2 Concentracin a aplicacin de la muestra 4.3.3 Eleccin del sistema eluyente 5. Cromatografa en columna 5.1 Fundamentos 5.2 Equipo utilizado 5.2.1 Columnas 5.2.2 Sorbentes 5.2.2.1 Resina de intercambio inico 5.2.2.2 Sorbentes para filtracin por gel 5.2.3 Eluyentes 5.3 Procedimiento

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5.3.1 Tcnicas de empaque de la columna 5.3.2 Aplicacin de la muestra 5.3.3 Elusin 5.3.4 Deteccin de las sustancias separadas 6. Cromatografa de gases 6.1 Principios 6.2 Equipo y condiciones previas 6.2.1 Gas de transporte o fase mvil 6.2.2 Introduccin de la muestra 6.2.3 Columnas 6.2.3.1 Tubera 6.2.3.2 Tamao: dimetro y longitud de la columna 6.2.3.3 Longitud 6.2.3.4 Soporte slido para la fase lquida 6.2.3.5 Fase lquida 6.2.3.6 Preparacin de la columna 6.2.3.7 Evaluacin de la columna 6.2.4 Temperatura de la columna 6.2.5 El detector 6.2.5.1 Detector de conductividad trmica (DTC) 6.2.5.2 Detector de ionizacin por llama (DILL) 6.2.5.3 Detector de captura de electrones (DCE) 6.2.6 Registrador 6.3 Metodologa 6.3.1 Anlisis cualitativo 6.3.2 Anlisis cuantitativo 6.3.2.1 Altura del pico 6.3.2.2 rea del pico 6.3.2.3 Normalizacin 6.3.2.4 Factores de correccin 6.3.2.5 Calibracin absoluta 6.3.2.6 Calibracin relativa o estandarizacin interna 7. Cromatografa lquida de alta eficiencia o HPLC 7.1 Fundamentos 7.2 Equipo y preparacin de la muestra 7.3 Metodologa

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 11 ACTIVIDADES DE LABORATORIO DETERMINACIN DEL pH DE UNA MUESTRA 1. Procedimiento 1.1 Calibracin del pH metro 1.2 Lectura del pH en la muestra 2. Tratamiento de los datos TITULACIN POTENCIOMTRICA 1. Procedimiento 1.1 Preparacin de la muestra 1.2 Calibracin del pH metro 1.2 Desarrollo de la curva de titulacin potenciomtrica 2. Clculos 3. Informe DETERMINACIN DEL CONTENIDO DE VITAMIA ESPECTROFOTOMETRA 1. Procedimiento 1.1 Preparacin de la curva de calibracin 1.2 Preparacin del equipo

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1.3 Preparacin de la muestra 1.4 Determinacin espectrofotomtrica del contenido de vitamina C 2. Clculos 2.1 Transformacin a absorbancia 2.2 Diseo de la curva de calibracin 2.3 Determinacin de la concentracin de vitamina C en la muestra 3. Informe EXTRACCIN Y PURIFICACIN DE CAROTENO POR CROMATOGRAFA DE COLUMNA Y OBTENCIN DE SU ESPECTRO 1. Procedimiento 1.1 Preparacin de la columna 1.2 Preparacin de la muestra 1.3 Desarrollo de la cromatografa 1.4 Obtencin del extracto de carotenos 1.5 Obtencin del espectro de absorcin visible 2. Clculos 2.1 Elaboracin del espectro de absorcin visible 3. Informe ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIN Y TRANSFERENCIA

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PRIMERA UNIDAD

FUNDAMENTOS DE LA QUMICA ANALTICA1. Palabras clave.Anlisis qumico, Anlisis Cualitativo, Anlisis Cuantitativo, Equilibrio Qumico, Cintica Qumica, Muestra, Datos, Anlisis de Datos, Reaccin Qumica, Reaccin cido base, Gravimetra, Reaccin de oxidacin reduccin, Complejos.

2. Propsitos. Al ser la Qumica Analtica Instrumental una disciplina de la Qumica, comparte los fundamentos tericos, metodolgicos y procedimentales de la denominada Qumica General ya que tiene en cuenta fenmenos de reaccin con la finalidad de obtener datos al modificar el comportamiento de los mismos de modo que produzca un resultado visible (aparicin de un precipitado, de un cambio de color o de su potencial qumico) detectable por nuestros sentidos, de modo que nos de alguna certeza de su composicin o de su cantidad. Se inicia describiendo el campo especfico de la Qumica Analtica. Luego se estudia brevemente la reaccin qumica desde el punto de vista de su velocidad y de su capacidad de alcanzar el equilibrio, las condiciones que la dirigen y los factores que externamente se pueden influenciar conforme al inters particular de su aplicacin. El anlisis qumico conlleva la aparicin de un dato, el cual puede ser valorado mediante un conjunto de criterios que permiten valorar su reproducibilidad, el rango de variacin del mismo, los errores que se pueden cometer en su obtencin, los criterios para su valoracin y las posibles formas estadsticas de refinarlos. 3. Objetivos.

I. Comprender y aplicar los fundamentos conceptuales y metodolgicos de la qumica analtica como son los de cintica y equilibrio qumico, las reacciones qumicas que se pueden utilizar para determinaciones cualitativas y cuantitativas, las tcnicas para preparacin de muestras para anlisis y los criterios a tener en cuenta para ordenar un anlisis qumico. II. Establecer un mtodo para el estudio de los conceptos fundamentales de la Qumica Analtica. III. Determinar cules son los criterios que permitirn la formulacin de las mejores recomendaciones para la muestra analizada o para su rechazo definitivo.

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4. Competencias. En esta unidad el estudiante comenzar a determinar el campo real de trabajo de la Qumica Analtica Instrumental al comprender sus fundamentos, su subdivisin dependiendo del propsito del mismo: conocer si existe o no determinada sustancia o 11

determinar la cantidad de la misma que existe en una determinada muestra, las condiciones que debe cumplir la muestra para que sea representativa, cmo se conserva y como debe prepararse antes de utilizar cualquier mtodo analtico. Debe comenzar a estructurar su propio mtodo de estudio, utilizando las estrategias que ha venido desarrollando en otros cursos al efectuar la adecuada combinacin entre estudio individual, trabajo en grupo colaborativo y en grupo de curso ya que todos ellos le ayudan a alcanzar las metas del mismo. Necesariamente requiere el desarrollo de criterios que le permitan efectuar valoraciones y recomendaciones sobre las condiciones que debe cumplir una muestra y que necesariamente se han predeterminado. 5. Metas de Aprendizaje. Conocer el campo de trabajo de la Qumica Analtica Instrumental, las clases de anlisis, los fundamentos qumicos que sustentan los mtodos analticos, los procedimientos y tcnicas para la obtencin y conservacin de la muestra, lo mismo que los procesos requeridos para la valoracin de datos en trminos de su reproducibilidad dentro de un anlisis. Establecer su propio mtodo de trabajo para la seleccin de las muestras y su preparacin y definicin de los criterios para ordenar unos anlisis qumicos cualitativos o cuantitativos o ambos de ser necesario. Definir el procedimiento a seguir para establecer los criterios de anlisis de datos y sus resultados.

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ESQUEMA CONCEPTUAL DE LA UNIDADQUMICA ANALTICA Estudia FUNDAMENTOS, PROCESOS, MTODOS, VALORACIN DE RESULTADOS Expresados CUALITATIVA CUANTITATIVA

De un:

MATERIAL EN REVISINANALITO Presente en: MUESTRA Cuyos RESULTADOS Deben ser: PRECISOS EXACTOS Valorando su: ERROR ABSOLUTO PROPAGACIN ERROR ERROR RELATIVO

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ACTIVIDADES INICIALESEl presente taller tiene como propsito que usted pueda determinar cmo estn sus conocimientos previos requeridos para el desarrollo del curso de Qumica Analtica e Instrumental. Vamos a revisar sus conceptos de tomo, notacin espectral, tabla peridica, familias, grupos, nomenclatura, reacciones qumicas, balance de ecuaciones, soluciones y concentracin de soluciones que son necesarios para abordar con xito el trabajo acadmico de este curso. Se presentan problemas que se deben analizar cuidadosamente para manifestar si son correctos o no, resolver para obtener un resultado y elaborar un concepto en caso de que no se encuentre una posible solucin al mismo. Inicialmente se debe realizar de manera individual, luego se hace en pequeo grupo y finalmente pasar a consulta con su tutor en una sesin de tutora ya que si no se alcanzan los resultados esperados (se propone un 80%) es necesario que se disee una estrategia para que se puedan repasar nuevamente esos conceptos y volver a intentar la solucin del taller. Si se dominan, seguramente van a tener un xito permanente en el desarrollo del curso. Como criterio para la realizacin de la valoracin de los resultados es que acumule diez puntos por cada pregunta, situacin o problema correctos. De lo contrario, asigne cero (se considera que domina todo o no lo logra). Haga la sumatoria de todos los puntos; si logra un porcentaje mnimo equivalente al 70 %, puede continuar con el estudio del material. Si no lo alcanza, no se desespere planee junto con su tutor un mecanismo remedial para alcanzar los propsitos esperados en aquellos resultados deficientes y que ha podido detectar al calificar su examen. Repita nuevamente la prueba; esperamos que alcance los resultados esperados. Es importante que tome conciencia por s mismo del dominio suficiente de conceptos y las metodologas de resolucin de problemas para que pueda atender eficientemente su trabajo acadmico con los conceptos y fundamentos de los mtodos analticos. Propsito. Revisar su grado de dominio de los conceptos, mtodos estndar y forma de reportar los resultados de resolucin de problemas de la qumica bsica, como conocimientos previos para el curso de Qumica Analtica Instrumental. Desarrollo del Taller Seleccione para las siguientes preguntas, la respuesta correcta encerrndola en un crculo: 1. La mejor definicin de sustancia es: 14

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a. b. c. d.

Parte de materia homognea o heterognea. Porcin de materia que ocupa un lugar en el espacio y tiene volumen. Parte de la materia que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. Porcin de materia que puede ser slida, lquida, gaseosa o una mezcla.

2. La diferencia entre masa atmica y nmero atmico es: a. b. c. d. El nmero atmico representa la cantidad de neutrones que tiene el tomo. La masa atmica se representa por A y el nmero atmico por Z. El nmero atmico equivale a la cantidad de electrones que tiene el tomo. La masa atmica es la suma de protones y neutrones del tomo dado.

3. El hecho de que un tomo pueda absorber o emitir energa radiante luminosa demuestra: a. El movimiento de los electrones a niveles superiores o inferiores absorbiendo o emitiendo energa. b. La presencia de capas con energa cuantizada donde se puede intercambiar protones con electrones entre ncleo y capa electrnica. c. Que en cada nivel slo existe un nmero definido de electrones y si se llega a encontrar de ms no obedece las leyes del tomo. d. La facilidad de reaccin qumica que tiene la sustancia que exhibe el fenmeno. 4. En la Tabla Peridica de los elementos, una familia representa tomos: a. b. c. d. Con igual nmero de capas electrnicas, con igual nmero de electrones. Que tienen el mismo nmero de electrones en su ltimo nivel. Que por su afinidad electrnica pueden formar molculas entre s. Con el mismo nmero de niveles pero diferente cantidad de electrones.

5. La valencia en un tomo significa: a. b. c. d.

El potencial electrnico del elemento. Su capacidad para formar cationes. Su capacidad para transferir electrones. Su capacidad de combinacin.

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6. El enlace covalente ocurre: a. b. c. d. Por polarizacin de los tomos participantes en el enlace. Por cesin de electrones debido a diferente electronegatividad de tomos. Por comparticin de un par electrnico entre orbitales semillenos. Para mantener la estabilidad definida en la Regla del Octeto.

7. Un enlace covalente coordinado se caracteriza porque: a. Los tomos adquieren la estructura de un gas noble. b. Se comparten electrones entre los tomos implicados. 15

c. Un tomo aporta el par de enlace y el otro el orbital. d. Los tomos tienen diferente potencial de ionizacin y afinidad. 8. Un enlace inico se presenta entre dos tomos: a. Con la misma notacin espectral pero son de diferentes familias. b. En que uno de ellos puede sufrir hibridacin entre los niveles s y p. c. En que uno tiene bajo potencial de ionizacin y el otro alta afinidad electrnica. d. Que pertenecen a familias que se encuentran opuestos en la tabla peridica. 9. La tendencia de ocurrencia de una reaccin qumica se debe a: a. b. c. d. La rpida formacin del complejo activado. La diferencia de energa reactivo producto. El medio en que ocurre la reaccin qumica. Las condiciones de pH, temperatura y presin.

10. El equilibrio qumico que presentan las reacciones qumicas se comprende como: a. Velocidad de descomposicin igual a velocidad de formacin. b. La relacin de iguales cantidades de reactivos a iguales cantidades de productos. c. Las concentraciones de las sustancias afectadas por sus coeficientes estequiomtricos. d. La relacin con las condiciones de pH, temperatura, presin, agitacin y adicin de reactivos. 11. La funcin qumica es: a. b. c. d.

El grupo funcional que caracteriza a un conjunto de sustancias. La organizacin de los tomos que componen un compuesto dado. Las propiedades fisicoqumicas que tiene un compuesto. La proporcin de tomos que se encuentran en su frmula qumica.

12. El fundamento del balance de las ecuaciones qumicas es la ley de: a. b. c. d. Las proporciones mltiples. La conservacin de la materia. Las presiones parciales. La periodicidad qumica.

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13. En las reacciones de oxidacin reduccin, la sustancia que se oxida: a. b. c. d. Modifica su valencia. Es agente reductor. Produce corriente. Acepta electrones. 16

14. La normalidad y la molaridad de una sustancia se diferencian de su molalidad por la relacin de: a. b. c. d. Masa de soluto con respecto a la de solvente. Moles de soluto con respecto a los del solvente. Moles de soluto con respecto al volumen de solucin. Volumen del soluto con respecto al volumen de solucin.

15. Escriba la frmula qumica de los compuestos que tienen los siguientes nombres: xido de rubidio, cido arsnico, xido clcico, cido bromhdrico, xido de estao (II), cido selenhdrico, xido fosfrico, cido antimnico, xido perclrico, cido piroarsnico, cido metafosfrico, cido metabrico, cido hiponitroso, cido disulfuroso, cido pirosulfrico, cido titriocarbnico, cido piropermangnico, clorato potsico, cido pirocromoso, sulfito de bario, hidrxido de platino (II), sulfito de bario, hidrxido de nquel (II), nitrato de cadmio, hidrxido ferroso, fosfato arico, arseniato de plata, anhdrido selenioso, metasilicato ferroso, anhdrido carbnico, yodato de litio, anhdrido fosfrico, hipofosfito de cesio, anhdrido nitroso, hexahidrgeno pirofosfato cprico, xido ferrosofrrico, xido airoso, bixido de plomo, xido plumbosoplmbico, anhdrido silcico, hidruro niqueloso, perxido de estroncio. 16. Escriba los nombres qumicos para las siguientes sustancias teniendo en cuenta su frmula qumica: B2O3 PbO I2O7 H2CO3 HClO3 H3PO4 Pt(OH)4 Li2O2 Ca2SO4 Al2O3 Br2O5 ZnH2 H2SO4 Sn(IO3)4 PbSiO3 HKS H2 S HBr H2SO2 H2SO3 AuOH SiO2 P2O5 MnO H2CrO4 HMnO4 KNO2 Cu(OH)2 K2O2 BaO2 Fe2O3 As2O3 TeH2 HgOH Fe(OH)2 SnBr4 Sr(SeH)2 HF HI HNO3 Mn2P2O7 CuOH

17. Cules son las sales y dems productos que se forman cuando reacciona el: a. b. c. d. e. f. hidrxido de potasio con cido clorhdrico? hidrxido de magnesio con cido sulfhdrico? hidrxido de sodio con cido fosfrico? hidrxido de aluminio con cido carbnico? hidrxido frrico con el cido sulfrico? hidrxido de potasio con el cido permangnico?

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18. Escriba y balancee la ecuacin correspondiente a cada una de las siguientes descripciones: a. El hidrxido de litio reacciona con el cido bromhdrico para formar bromuro de litio y agua. b. En monxido de carbono reacciona con el pentxido de yodo para dar bixido de carbono y yodo. 17

c. Al mezclar sulfuro de cobre con oxgeno a alta temperatura, se obtienen cobre y dixido de azufre. d. El carbonato de sodio reacciona con cido clorhdrico para formar cloruro de sodio, bixido de carbono y agua. e. El fosfuro de calcio reacciona con agua produciendo fosfina e hidrxido clcico. f. La reaccin del xido de vanadio (II) con xido frrico da pentxido de vanadio y xido ferroso. g. El bicromato potsico reacciona con cido oxlico (H2C2O4) y cido sulfrico para dar sulfato cido de potasio, sulfato de cromo, bixido de carbono y agua. h. El aluminio reacciona con el xido de plomo para dar plomo y xido de aluminio. i. El ozono reacciona con el xido ntrico y agua produciendo cido ntrico y oxgeno. j. El calentamiento del perxido de bario produce xido de bario y oxgeno. 19. Las siguientes reacciones son Redox. Por favor, balancelas por cualquier mtodo (ion electrn o por nmero de oxidacin): CuS + HNO3 Cu(NO3)2 + S + H2O + NO MnSO4 + (NH4)2S2O8 + H2O MnO2 + H2SO4 + (NH4)2SO4 CoCl2 + KNO2 + CH3COOH K3Co(NO2)6 + NO + CH3COOK + KCl + H2O K3Fe(CN)6 + Cr2O3 + KOH K4Fe(CN)6 + K2CrO4 + H2O CdS + I2 + HCl CdCl2 + HI + S Ag2S + HNO3 AgNO3 + S + NO + H2O As2S5 + HNO3 H3AsO4 + H2SO4 + H2O + NO2 P2H4 PH3 + P4H2 CuO + NH3 N2 + H2O + Cu 20. Resuelva los siguientes problemas:

a) Al reaccionar el xido de zinc con monxido de carbono se producen zinc y dixido de carbono. En una combinacin de 475,6 g de xido de zinc con 376,5 g de monxido de carbono, qu reactivo se encuentra en exceso y cul como limitante de la reaccin? Cuntas moles del reactivo limitante se necesitan para que la reaccin sea completa? b) El sulfito de sodio reacciona con azufre para producir tiosulfato de sodio. Se hacen reaccionar 2,5 moles de sulfito de sodio con un mol de azufre; la reaccin es completa? Hay reactivo en exceso y reactivo limitante? Cmo puede hacer para que se combinen todos los reactivos? c) El perxido de bario se descompone por el calor en xido de bario y oxgeno. Cuntos gramos de perxido de bario se deben descomponer para obtener cinco moles de oxgeno? d) El vinagre se obtiene por la oxidacin del alcohol etlico mediante la reaccin: CH3CH2-OH + O2 CH3COOH + H2O Cuntos moles de cido actico se pueden obtener a partir de 560 g de alcohol etlico? 18

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e) El aluminio reduce al xido crmico en cromo y xido de aluminio. Cunto cromo se puede obtener de 5000 kg de xido crmico del 78 % de pureza? f) El bixido de manganeso reacciona con el sulfato ferroso en medio de cido sulfrico para producir sulfato de manganeso, sulfato frrico y agua. Cunto sulfato de manganeso se obtiene al hacer reaccionar 500 g de bixido de manganeso del 45 % de pureza con sulfato ferroso? g) Explique cmo preparara 250 g de una disolucin de cloruro de bario al 15 % en peso utilizando cloruro de bario dihidratado y agua. h) Se pesaron 5,0361 g de una solucin del cido sulfrico, se diluyeron con agua destilada y se les agreg un exceso de cloruro de bario. El precipitado formado de sulfato de bario lavado y seco pes 4,9768 g. Cul era el porcentaje de cido sulfrico que contena la solucin cida inicial? La reaccin involucrada es: H2SO4 + BaCl2 BaSO4 + HCl i) Qu molaridad tiene una solucin de permanganato de bario preparada disolviendo 36,54 g de la sal en 750 mL de agua? j) Una disolucin de cido hipocloroso tiene una pureza del 35 % y una densidad de 1,251 g/mL. Cul es la molaridad y la molalidad de esta solucin? k) Qu volumen de cido sulfrico concentrado (densidad 1,19 g/mL y del 93,2 % en peso de cido sulfrico) se necesita para preparar 500 mL de cido 3,5 N?

Este taller tiene programada una sesin de trabajo con el tutor para verificacin de las respuestas correctas y la definicin de estrategias para establecer las temticas dbiles que deben ser complementadas antes de continuar con el desarrollo del curso.

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INTRODUCCINLa unidad uno se propone revisar los fundamentos que tiene esta disciplina de la Qumica mediante el desarrollo de cuatro temas, una actividad de laboratorio y una actividad de profundizacin y transferencia, para que adquiera los conocimientos y competencias motoras y afectivas que le permitan comprender la importancia de la Qumica Analtica Instrumental en su proceso formativo. El primer tema desarrolla el campo de trabajo de la qumica analtica como herramienta conceptual y metodolgica para conocer la composicin y la cantidad de cada uno de los elementos o sustancias que se encuentran formando una muestra, a la vez que da criterios para valorar la calidad de los anlisis por realizar. El segundo tema se dedica a estudiar el tipo de reacciones qumicas que ocurren tanto en las tcnicas clsicas de anlisis como en algunas de las instrumentales, lo mismo que las condiciones en que se deben realizar dichos anlisis para que cumplan con los requisitos definidos en el primer tema. El tercer tema explica los fundamentos y el procedimiento requerido para obtener las muestras para anlisis ya sea proveniente de cuerpos slidos, lquidos o gaseosos y las formas de garantizar su representatividad y conservacin ya que en muchos casos pueden sufrir cambios modificando su estructura o su composicin afectando los resultados del anlisis. Finaliza describiendo las tcnicas utilizadas para su adecuacin a los distintos anlisis, generalmente dejndolas en estado lquido o en una mezcla homognea (solucin). El cuarto tema describe el tratamiento estadstico de los resultados como criterio para valorar la calidad del anlisis y garantizar la representatividad de los mismos, de modo que al ser examinados puedan dar indicaciones fidedignas sobre la muestra que estn describiendo, su reproducibilidad y consistencia. El quinto tema corresponde a la parte prctica de la unidad diseada de modo que sirva con dos propsitos, uno ilustrar los fundamentos tericos tratados en los temas anteriores y otro que sea una oportunidad para practicar con sustancias reales, seleccionadas por el mismo estudiante y avaladas por su docente. Finaliza con una actividad de profundizacin y transferencia que tiene como finalidad poder aplicar los conceptos tratados en la unidad para su consolidacin y aplicacin a otros contextos que dentro de su carrera son posibles de efectuar. En ella tambin se revisa su mtodo de trabajo acadmico para valorar lo exitoso que est siendo o para darle otra orientacin pero que le ayude en lograr su autonoma en aprender. No olvide construir su portafolio, mostrando las estrategias, los ejercicios y las ampliaciones que ha venido realizando para lograr la plena comprensin de su proceso de construccin de conocimiento que le ayudarn a tomar la decisin de presentar o no la evaluacin respectiva, como nico responsable por su tarea de aprender. Adems, es un recurso que le ayudar al tutor para la asignacin de las calificaciones pactadas en la gua de actividades. 20

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TEMA 1.

FUNDAMENTOS DE LA QUMICA ANALTICAEl primer paso en la resolucin de una inquietud sobre lo que estamos aprendiendo es preguntarlos por el objeto o las caractersticas de lo que estamos estudiando. Si ha revisado cuidadosamente su Gua Acadmica ya tendr alguna idea de ello. 1. Concepto, clases y campo de aplicacin. Voy a considerar la siguiente definicin tomada de un texto clsico de anlisis cualitativo: la qumica analtica trata de los mtodos para determinar la composicin de las sustancias, de las mezclas de sustancias y de las soluciones1. Si se revisa ese concepto en otros textos o en la experiencia misma, todava es vigente. La Qumica Analtica Instrumental es una rama de la Qumica Aplicada que permite disponer de mtodos, tcnicas, procedimientos e instrumentos para responder a las preguntas qu es esta sustancia? Qu componentes tiene? En qu cantidad? Cmo se pueden determinar? Quizs el primer anlisis fisicoqumico lo relata la ancdota del rey griego que pidi a Arqumedes establecer si la corona que tena haba sido elaborada completamente en la cantidad de oro que le haba entregado a su orfebre de confianza, o si lo haba remplazado por plata. Al meterse a una tina llena encontr que desplazaba una cantidad de agua, lo cual le dio la idea de hacer una determinacin indirecta pidiendo al rey igual cantidad de oro y de plata a la de la corona; despus de muchos ensayos midiendo el agua desplazada encontr la proporcin correcta de metales que el artesano haba utilizado. Actualmente los anlisis qumicos son la herramienta fundamental para determinar sustancias presentes en productos diversos como metales, polmeros, petrleo, alimentos, medicamentos y en muestras de fluidos orgnicos para buscar metabolitos que se producen por enfermedades y otros. Sin embargo dos preguntas pueden esclarecer el campo de trabajo de la Qumica Analtica: qu es esto? En qu cantidad se encuentra? La primera se responde utilizando conocimientos, tcnicas y procedimientos de la Qumica Analtica Cualitativa y por lo general se recurre a ella cuando se tiene una muestra desconocida al permitir la deteccin de qu elementos o radicales estn presentes, lo mismo que su origen ya sea inorgnico u orgnico. La segunda se refiere a la Qumica Analtica Cuantitativa, encargada de efectuar las mediciones de los elementos o los radicales encontrados en la primera manteniendo cierta rigurosidad. Desde que Lavoiseur introdujo el mtodo experimental, la qumica pudo determinar las leyes fundamentales que la sustentan como las de las proporciones definidas, las de proporciones mltiples y la conservacin de la materia que sustentan, entre otras, el campo de conocimiento de la Qumica. Esto significa que la unidad de trabajo de la qumica analtica es el anlisis qumico que comprende los principios fundamentales tanto tericos como prcticos, el equipo de1

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CURTMAN, Luis J. Anlisis Qumico Cualitativo. 8 Edicin. Manuel Marn y Ca. Editores: Barcelona, 1959. pgina 1.

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laboratorio requerido, los procedimientos para la preparacin de la muestra, su transformacin en analito, la realizacin de la determinacin (ya sea cualitativa y/o cuantitativa), las tcnicas para la transformacin y valoracin de los datos para encontrar el resultado esperado. Por ello encontramos ligados los siguientes conceptos a los que se les formula una definicin: 2. Muestra: Parte representativa de la materia objeto del anlisis. Analito: Especie qumica que se analiza. Tcnica: Medio de obtener informacin sobre el analito. Mtodo: Conjunto de operaciones y tcnicas aplicadas al anlisis de una muestra.

Mtodos de Anlisis.

Es importante tener en cuenta que cuando vamos a realizar un anlisis u ordenarlo estamos buscando un propsito. ste ayuda a orientar claramente al analista puesto que puede disponer de un conjunto de criterios que le ayudan a escoger el procedimiento ms adecuado. El primero a tener en cuenta es el origen de la muestra ya sea sta inorgnica u orgnica. Ello orienta sobre los procedimientos para disponerla para el anlisis. El segundo es determinar si se quiere establecer toda la composicin de la muestra o simplemente hacer una determinacin especfica de algunas de las sustancias que all se encuentran. Ayuda a determinar la complejidad del anlisis, el tiempo requerido y su costo. El tercero es definir a qu escala se desea realizar el anlisis. Se encuentra en estrecha relacin con el tamao de la muestra y la posible cantidad del analito que se quiere determinar. Tambin define la complejidad del anlisis y cul mtodo se va a utilizar, por lo general se denomina como la escala del anlisis la cual puede ser Macro, trabaja con muestras de 0,1 g a 2 g. Semimicro utiliza muestras de 0,01 g a 0,05 g requiriendo tcnicas ms complejas y precisas que las primeras. Micro, requiere muestras entre uno y pocos miligramos de muestra, por lo general requieren de equipo sofisticado y, por ltimo la escala Ultra micro o Microgramo que va desde 0,001 mg o 1 g que detecta sustancias traza en una muestra muy grande. Esto nos ilustra el significado de sensibilidad del anlisis. En este curso se trabajar a escala Macro. El cuarto es establecer el tipo de anlisis por realizar el cual puede ser clsico o instrumental. Tcnicas que se estudiarn y aplicarn en este curso. Son tcnicas clsicas el anlisis gravimtrico en el cual el analito se determina a partir de diferencias en peso y el anlisis volumtrico en que las mediciones se hacen a travs de titulaciones o determinaciones de volmenes de soluciones. El anlisis instrumental necesita de equipos especializados para efectuar las mediciones bajo ciertas condiciones que garanticen la reproducibilidad. Por ltimo, despus de realizados los anlisis en el laboratorio se obtiene un conjunto de datos. Estos deben ser analizados cuidadosamente para determinar su calidad utilizando criterios de tipo estadstico conforme a las condiciones en que fueron tomados; en muchos casos hay necesidad de hacer transformaciones matemticas para reportarlos finalmente como resultados en las condiciones requeridas por el mtodo. Lo anterior nos puede indicar al menos dos cosas, primero que cada mtodo tiene un soporte cientfico, unos criterios de valoracin y un protocolo de desarrollo que se debe observar cuidadosamente ya que en el momento de estandarizacin de la tcnica se estuvieron controlando las diferentes variables que acompaan la realizacin del anlisis y segundo que no necesariamente los datos de laboratorio establecen claramente los

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resultados buscados sino que tiene que hacerse un trabajo de interpretacin de los mismos y de verificacin de condiciones para que se puedan aceptar. 3. Valoracin del Mtodo Analtico.

Establecidas anteriormente las condiciones en las que se aplica un mtodo analtico, ahora se estudia cmo se plantea y qu condiciones debe cumplir. 3.1 Desarrollo del Mtodo Analtico.

El diseo o seleccin de un mtodo analtico, requiere de siete etapas2: i. ii. iii. iv. v. vi. vii. Planteamiento del problema. Obtencin de la muestra para el anlisis. Preparacin de materiales, incluyendo patrones. Tratamiento de la muestra, incluyendo separaciones de ser necesario. El anlisis en s. Interpretacin y conclusiones. Acciones.

El Planteamiento del problema comprende el estudio del propsito del anlisis, su alcance, la tecnologa disponible y los resultados esperados sobre todo si tiene que ver con control de calidad. La Obtencin de la muestra de anlisis, requiere una consideracin particular ya que al ser pequea comparada con la fuente que se desea analizar, debe cumplir con ciertos requerimientos para que realmente sea representativa. Existen tcnicas, equipos y procedimientos para la toma de la misma, lo mismo que su conservacin y transporte. Sin embargo, cada caso suele ser especial por lo que es necesario tener muy claro el punto anterior para hacer las modificaciones que sean del caso. La Preparacin de materiales y patrones, se dedica a considerar los procedimientos de preparacin de los reactivos requeridos para el anlisis y de algunas sustancias patrones que se utilizan ya sea para monitorear los resultados o eliminar interferencias. Es importante destacar la pureza del reactivo y los solventes utilizados para su dilucin ya que se debe evitar, especialmente en el anlisis cuantitativo, la adicin de sustancias extraas que puedan interferir en los resultados. Por ello, se debe tener en cuenta la calidad de los reactivos utilizados en los anlisis qumicos, la cual se denomina de varias formas, entre las que se destacan para anlisis o R.A., indicando que cumplen con los estndares definidos por la American Chemical Society y producidos por fabricantes bajo estrictas normas que les permite garantizar una pureza muy alta (cercana al 100% del compuesto) y que no contienen sustancias que puedan interferir con los anlisis. De la misma calidad deben ser los patrones utilizados en los ensayos comparativos. En la dilucin de los reactivos se debe tener en cuenta cul es la exactitud de su concentracin, lo mismo que su estabilidad qumica en el tiempo. El Tratamiento de la muestra se refiere a la necesidad de adecuarla a las condiciones del procedimiento, garantizando que el analito se encuentra en la concentracin requerida por el mtodo y que no posee interferentes. Si contiene estos ltimos, se deben extraer o transformar en otras sustancias que no influyan en los resultados o en el cambio qumico fundamento del mtodo. No es raro encontrar en los protocolos de anlisis etapas previas de precipitacin, separacin, extraccin o purificacin con otras tcnicas como la cromatografa para dejar al analito con la pureza requerida. En la etapa del Anlisis en s, est la esencia del mtodo aplicado, es decir si corresponde a tcnicas clsicas, instrumentales o trabajos con escalas pequeas como se haba mencionado antes. En Interpretacin y conclusiones, est el verdadero trabajo del analista. Al terminar la parte experimental en la ltima fase, se encuentra la posibilidad de hacer una valoracin de los resultados encontrados, compararlos2

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RAMETTE. W, Richard. Equilibrio y anlisis qumico. Bogot: Fondo Educativo Interamericano, 1987. pginas 2 9.

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con los esperados y derivar conclusiones conforme los intereses que ordenaron el anlisis. Si se realiza un control de calidad donde se tiene que encontrar un cierto valor para el analito buscado, la conclusin es muy sencilla: cumple o no y la decisin va en la misma lnea; se puede despachar al mercado o, si se controlan las variables de un proceso poder decidir sobre la continuidad o los ajustes al mismo. Por ltimo, en Acciones se hacen las recomendaciones sobre lo que se debe hacer con el lote representado por la muestra o en la muestra misma. 3.2 Condiciones del Mtodo Analtico.

Revisado cuidadosamente lo anterior, queda por discutir en este tema cules son los requerimientos especiales que deben cumplir los anlisis qumicos relacionados con su calidad. Estos aspectos son: Exactitud: Grado de concordancia entre el resultado y un valor de referencia certificado. La ausencia de exactitud genera error sistemtico. Precisin: Grado de concordancia entre los datos obtenidos de una serie. Refleja el efecto de los errores aleatorios producidos durante el proceso analtico. Sensibilidad: Capacidad para discriminar entre pequeas diferencias de concentracin del analito. Se evala mediante la sensibilidad de calibracin, que es la pendiente de la curva de calibracin a la concentracin de inters. Lmite de deteccin: Concentracin mnima del analito que se puede medir con seguridad. Matemticamente corresponde a una seal de magnitud igual al blanco ms tres veces su desviacin estndar. Intervalo dinmico: Intervalo de concentraciones entre el lmite de cuantificacin (mnima cantidad que el mtodo puede detectar) y el lmite de linealidad (mnima cantidad que mantiene la reproducibilidad del mtodo). Es donde se encuentra la mejor respuesta del mtodo a la variacin de concentracin. Selectividad: Cuantifica el grado de ausencia de interferencias debidas a otras especies contenidas en la muestra en anlisis. Seguridad: Amplitud de condiciones experimentales en las que puede realizarse el anlisis.

Tambin, es necesario considerar otras variables prcticas como rapidez, costo, peligrosidad de los residuos, etc. Un mecanismo ptimo para conocer la calidad del mtodo analtico es participar en programas de intercomparacin con otros laboratorios. En ellos, un organismo independiente evala los resultados, tanto en exactitud como en precisin, sobre muestras iguales enviadas a los laboratorios participantes. Los resultados permiten corregir los errores de funcionamiento del mtodo analtico y, una vez comprobada su calidad, obtener la homologacin del laboratorio para realizar los anlisis. La homologacin requiere la puesta en marcha de un programa de garanta de calidad, que permita controlar el funcionamiento global del laboratorio. Lo importante de esta discusin es recalcar la necesidad de establecer criterios que ayuden en la toma de decisiones ya sea para ordenar un anlisis qumico, para la modificacin de las condiciones de produccin de la planta o fbrica, o la implementacin de un nuevo ensayo. Su esfuerzo garantiza que el costo de la decisin se cubra con los resultados esperados y la posibilidad de alcanzar un reconocimiento dentro del sector al brindar productos seguros a los consumidores.

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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1Ya ha terminado de leer el tema. Ahora debe realizar un trabajo de comprensin y asimilacin del mismo, por ello de manera individual y luego en su pequeo grupo de aprendizaje colaborativo realice el siguiente taller:

PropsitoConsolidar el conocimiento sobre el campo de trabajo de la Qumica Analtica Instrumental y los tipos de anlisis que se pueden realizar y aplicar a su campo de trabajo.

Acciones1. 2. 3. 4.

Elabore un cuadro sinptico sobre el significado de la Qumica Analtica, las clases de anlisis y los criterios para el uso y el diseo de una tcnica analtica. Compare su trabajo con los desarrollados por sus compaeros del pequeo grupo que le acompaan en el curso y haga los ajustes que considere adecuados para lograr entre todos acuerdos comunes tomando como referencia los contenidos del texto anterior. Elabore un acta del trabajo del pequeo grupo indicando los aspectos que fueron considerados como especiales por el grupo al no encontrarse incluidos en el trabajo individual. Adjunte los dos documentos a su Portafolio indicando qu actividad es la que desarroll.

Transferencia

Su campo de accin ser especfico sobre alimentos. All se encuentra que es necesario conocer la composicin de los mismos mediante el anlisis bromatolgico o proximal. A continuacin se presenta una pequea introduccin donde se explica cules son los ensayos, sus principales fundamentos y los resultados que se obtienen. Debe realizar una lectura cuidadosa del mismo y al finalizarla, trate de explicarla teniendo en cuenta los conceptos trabajados en este tema y responda a las preguntas que se formulan al final del taller. Haga el ejercicio de manera individual y luego en pequeo grupo colaborativo para llegar a las mismas conclusiones. No olvide adjuntar los documentos producidos a su portafolio. Anlisis proximal. La determinacin del contenido de los principios nutritivos que se encuentran en un alimento se realiza segn el Mtodo Clsico de Wende, desarrollado por los qumicos Henneberg y Stohman a mediados del siglo XIX

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en la estacin agrcola experimental de Wende, cerca de Gttingen (Alemania) para el control de calidad de concentrados para animales, determinando los siguientes componentes3: Humedad o prdidas por desecacin. Cenizas o sustancias minerales. Protenas. Extracto etreo o grasa bruta. Fibra cruda. Carbohidratos (Sustancias extractivas no nitrogenadas, E.N.N.). 1) Humedad. El agua hace parte de los seres vivos para actuar como disolvente y medio de transporte de otras sustancias dentro del cuerpo, al mismo tiempo que facilita la ocurrencia de las reacciones bioqumicas requeridas para la asimilacin y excrecin de los productos del metabolismo. En los animales de sangre caliente, el agua mantiene la temperatura debido a su alta capacidad calorfica y requiere una temperatura alta para evaporarse. La determinacin de humedad se basa en la prdida de peso que sufre la muestra de alimento al someterse a una temperatura constante de 100 C. En algunas de ellas no se pierde nicamente agua sino otras sustancias voltiles. (Puede imaginar cmo es el procedimiento para realizar esta determinacin?) 2) Cenizas.

La calcinacin de una muestra de alimento a 500 C permite que toda su estructura orgnica se oxide dejando un residuo slido constituido por xidos y carbonatos de los metales que se encuentran formando parte de l. Si se requiere conocer especficamente los elementos metlicos que se encuentran all, se parte de dicho residuo transformndolo o adecundolo para efectuar anlisis cuantitativos especficos de ellos.3) Protenas.

Comprende un conjunto de sustancias orgnicas que tienen estructura compleja constituyen mayoritariamente los tejidos de los seres vivos donde tambin cumplen otras funciones, se caracterizan por contener el grupo amino (NH2) y se pueden descomponer mediante hidrlisis qumica o fermentacin en estructuras menos complejas como albumosas, peptonas, pptidos o incluso llegar a sustancias ms simples como aminocidos, aminas y amonaco. Su determinacin se hace a travs del Mtodo de Kjeldahl que consiste en la mineralizacin del nitrgeno orgnico hasta sulfato cido de amonio y su posterior determinacin por titulacin volumtrica. Esto significa que se realiza en dos etapas: digestin y destilacin. En la digestin, se toma una muestra del alimento, se digiere con cido sulfrico concentrado en presencia de un catalizador transformando el nitrgeno orgnico en sulfato cido de amonio mediante la siguiente reaccin: NORGNICO + H2SO4 CO2 + H2O + NH4HSO4

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MAHECHA, Gabriela, SEGURA Edgar y otros. Anlisis y Control de Calidad. Bogot, Unisur. 1993. Volumen 2, pginas 31 38.

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Para la destilacin, el sulfato cido de amonio se recupera de la mezcla de digestin al transformarlo en amonaco mediante el uso de un lcali fuerte, se arrastra con vapor que al ser condensado se recoge sobre cido brico para recuperarlo como borato de amonio el cual se titula con cido clorhdrico estandarizado, cuyo volumen permite, mediante una frmula, determinar la cantidad de protena presente en la muestra. Los cambios qumicos que se obtienen son los siguientes: NH4HSO4 + 2 NaOH NH3 + Na2SO4 + 2 H2O NH3 + H2O NH4OH NH4OH + H3BO3 NH4H2BO3 + H2O NH4H2BO3 + HCl NH4Cl + H3BO3

La frmula de transformacin de los datos es la siguiente:VHCl NHCl meq (100) % N = _________________________ PESO MUESTRA Cuyos trminos significan: VHCl NHCl meq = Volumen del cido clorhdrico consumido. = Normalidad del cido clorhdrico usado en la titulacin. = peso del miliequivalente de nitrgeno = 14/1000.

Para obtener el porcentaje de protena bruta de la muestra, se realiza este ltimo clculo: % Protena bruta = % N (6,25).

El factor 6,25 aparece de la consideracin de que del nitrgeno determinado en el mtodo, slo el 16% proviene de la protena. 4) Extracto etreo.

Su determinacin comprende un proceso de extraccin con solvente orgnico como ter de petrleo o ter o una mezcla de los dos, sobre la muestra en la que se ha determinado la humedad. Este extracto contiene adems de los triglicridos, fosfolpidos, esteroles, cidos grasos libres, pigmentos, vitaminas liposolubles, clorofila y otras sustancias orgnicas que sean solubles en el solvente extractor. 5) Fibra cruda. Todava no se ha encontrado un mtodo analtico como los anteriores que determinen a los carbohidratos debido a su gran complejidad y a que no tienen una caracterstica analtica en comn, por lo que Henneberg y Stohman decidieron dividirla en dos; una parte insoluble en cidos y en bases a la que denominaron fibra cruda, donde se encuentra celulosa, pentosas, lignina, suberina y cutina y la soluble como extracto no nitrogenado. La importancia de realizar esta determinacin es debido a que la fibra no aporta ningn nutriente pero si permite conformar la estructura del bolo alimenticio y estimular el peristaltismo para su correcto movimiento en el tracto intestinal. El mtodo analtico tradicional en la determinacin de este componente, consiste en hacer dos digestiones con la muestra seca y sin grasa, iniciando con cido sulfrico al 1,25 % y luego con

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hidrxido de sodio en la misma concentracin. As se eliminan protenas, carbohidratos solubles, restos de grasa, vitaminas y otras sustancias que interfieren en el anlisis. 6) Extracto No Nitrogenado.

Corresponde a la parte soluble de celulosa, pentosanos, lignina, hemicelulosa, liquenina, almidn, inulina, azcares, materias pcticas, cidos orgnicos y otras sustancias solubles que no contienen nitrgeno. Su determinacin se hace restando de 100 los porcentajes de ceniza, humedad, protena, grasa y fibra.Haga un cuadro sinptico que contenga el nombre del anlisis, el fundamento, el tratamiento de la muestra y la forma de trabajar los datos para obtener los resultados (frmulas de clculo) Elabore un diagrama de flujo que muestre el procedimiento seguido en la determinacin para un alimento de su inters y al que desee efectuarle el anlisis proximal. Escriba las conclusiones a las que haya llegado con su trabajo.

MATERIAL EN REVISINTEMA 2.

REACCIONES QUMICAS EN LOS ANLISIS QUMICOSLos elementos tienen un determinado nivel de energa que suele ser mayor que el de sus compuestos, por lo que en la naturaleza se encuentra frecuentemente estos ltimos. Esa reactividad se encuentra condicionada a factores como liberacin o absorcin de calor, temperatura de reaccin, concentracin de reactivos, presin, presencia o ausencia de un medio de reaccin que funcione como solvente, la aparicin de un equilibrio qumico y la extensin en que ste ocurre. Con respecto a la absorcin y/o liberacin de calor no siempre determinan que una reaccin produzca sustancias con menor contenido energtico que sus reactivos sino que pueda favorecer la formacin de estructuras ms reactivas. Generalmente se prefiere hablar de la espontaneidad de un cambio qumico al medirla con una variable termodinmica como la energa libre que relaciona tres variables: la entalpa o calor

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absorbido o liberado en la reaccin, la temperatura a la que ocurre el cambio qumico y la entropa, una medida del estado de organizacin que ocupa la sustancia dentro del universo. 1. Clasificacin de las reacciones.

Se tiene como criterio la descripcin del cambio que ocurre. En Qumica Analtica, utilizaremos slo aquellas que se encuentran en los mtodos clsicos de gravimetra y de volumetra ya que para la parte instrumental slo se analizar la aplicacin de formacin de complejos o sustancias coloreadas o la aplicacin de propiedades de tipo fisicoqumico como la posibilidad de generar enlaces intermoleculares.1.1 Reacciones cido base.

Tenemos presente el concepto de cido base definido por Bronsted Lowry quienes consideran al cido como una sustancia que cede protones (H+) o iones hidronio y base como aquella que los acepta. Este cambio se ilustra as: HCl + H2O H3O+ + OH-

La sustancia que cede el protn es el cido clorhdrico y la base es el agua, la sustancia que recibe el protn para formar el ion hidronio hidratado [H.H2O]+. En este caso el hidronio no tiene electrones pero si un protn de ms (de ah su nombre para el ion H+) que garantiza un orbital desocupado; el oxgeno del agua tiene dos pares de electrones libres que puede compartir fcilmente acomodando al protn. Existe equilibrio ya que se puede afectar modificando la temperatura. Otro ejemplo que vale la pena analizar aqu es la autoprotlisis del agua, la cual la podemos representar mediante la ecuacin qumica: H2O + H2O H3O+ + OH-

Separamos las molculas de agua con propsitos didcticos de comparacin con la anterior reaccin puesto que en la realidad es muy difcil diferenciar qu molcula se comporta como cido y cul lo hace como base; los productos finales muestran la formacin de una molcula cida y una bsica. En ambos casos encontramos que las reacciones son reversibles ya que el nuevo cido est en capacidad de entregar su protn y la que se encuentra como base lo puede recibir para regenerar la molcula que le dio origen. Esto nos ilustra el concepto de par cido base conjugada que propusieron estos qumicos. 1.2 Reacciones de precipitacin.

Se presentan bsicamente con sustancias inicas o que se pueden ionizar, formando un slido que se puede separar y purificar del medio de reaccin el cual, en la mayora de los casos es agua. El ejemplo ms comn es la reaccin del ion cloruro con solucin de nitrato de plata que forma el precipitado de cloruro de plata como lo podemos observar en la siguiente reaccin: AgNO3 + NaCl AgCl( ) + NaNO3

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En estas ecuaciones se suele colocar despus de la frmula del compuesto que ha precipitado, la flecha hacia abajo ( ) indicando que es una sustancia slida, la cual a veces tambin se representa como (S). 1.3 Reacciones de oxidacin reduccin.

Se presentan cuando existe intercambio de electrones. Esto significa que habr una sustancia que cede o pierde electrones y otra que los acepta o recibe, transferencia que 30

podemos encontrar en las bateras de los automviles o pilas; la prdida y la ganancia la podemos localizar respectivamente en el nodo (donde existe una gran carga de electrones disponibles) y en el ctodo (donde se reciben esos electrones). Un ejemplo es el acumulador de plomo, utilizado como batera en los automviles:Pb + PbO2 + 2 H2SO4 2 PbSO4 + 2 H2O

Donde el plomo es el ctodo y el oxido de plomo (II) es el nodo. 1.4 Reacciones de hidrlisis.

Son cambios que implican la ruptura de molculas complejas, generalmente orgnicas aunque tambin ocurren en las inorgnicas, permitiendo la adicin de una molcula de agua. Suelen requerir catalizadores cidos que ayudan a alcanzar el complejo activado ms rpido acortando el tiempo de la reaccin, como ejemplo con un compuesto inorgnico se tiene: Na2S 2 Na+ + S2S2- + H2O HS- + OH-

Como se puede ver, ocurre un cambio en la concentracin de iones presentes en el agua, principalmente en los hidroxilos, por lo que la solucin ser bsica. Otro ejemplo es el acetato de sodio, una sal orgnica que tiene el mismo comportamiento del sulfuro de sodio:

1.5

Reacciones de formacin de complejos.

Ciertos elementos generalmente metlicos, una vez han saturado sus valencias debidas a sus nubes externas, por su configuracin electrnica tienen la posibilidad de recibir pares electrnicos pues tienen orbitales atmicos libres pudiendo formar enlaces covalentes coordinados que pueden ser dos, tres, cuatro, seis y ocho. Ejemplos de estas sustancias son: 2 [Cu(NH3)4](OH)2 + K4[Fe(CN)6] Cu2[Fe(CN)6] + 4 KOH + 8 NH3

MATERIAL EN REVISINCH3-CH2-COONa CH3-CH2-COO- + Na+ CH3-CH2-COO- + H2O CH3-CH2-COOH + OH-

Esta reaccin representa una reaccin cualitativa de identificacin del ion cobre en la cual los tres complejos tienen colores muy diferentes; el primero es azul oscuro, soluble en agua. El ferrocianuro de potasio es incoloro pero cuando se transforma en ferricianuro el complejo de cobre adquiere el color rojizo que puede ser soluble o si hay exceso del ferrocianuro se puede obtener un precipitado pardo rojizo. 2. Cintica y Equilibrio Qumico. Al estudiar las distintas clases de reacciones, se pregunta cmo ocurre una reaccin?, qu tan rpido puede ocurrir?, cules condiciones podemos controlar para llevarla hasta un determinado producto?, existe alguna forma de representar la rapidez y el equilibrio que puede presentar la reaccin? 31

2.1

Cintica Qumica.

Para ilustrar, se estudian dos fenmenos muy comunes: la combustin de una vela o esperma y la explosin de la plvora. Para encender la vela se requiere de un cerillo en combustin (prendido luego de frotarlo contra una superficie spera) y as poder iniciar la combustin a la parafina que est empapando el pabilo; vemos que inicialmente derrite o funde parte de la cera y luego lentamente aparece sobre el pabilo una llama. La cerilla ha calentado hasta el punto o temperatura de combustin de la parafina que se enciende y, por s misma, mantiene la reaccin de combustin produciendo calor, luz y humo. Situacin que se mantiene hasta cuando se consuma toda la cera, se suspenda la provisin de oxgeno o si se quiere apagarla. En el caso de la combustin de la plvora, imagine que tiene en sus manos un volador u otro artefacto pirotcnico de los que se usan en la celebracin de la navidad y el ao nuevo. Se enciende con una cerilla y lo suelta presuroso guardando una prudente distancia porque se produce una explosin cuando la chispa del cordn encendido alcanza a la plvora. Se observa que genera luz, calor, humo y un ruido caracterstico producido por ondas de choque al momento de ocurrir una rpida liberacin de energa. Cmo se explica este fenmeno de una manera ms cientfica? Se sabe que una reaccin qumica implica la ruptura con cambios de energa de los enlaces qumicos de las molculas que estn reaccionando para dar nuevos enlaces de los productos que se estn formando. La reaccin de combustin tiene dos reactivos y un iniciador del proceso: combustible (la parafina y la plvora), el comburente (oxgeno del aire) y la cerilla encendida que da la energa inicial para que los dos reactivos inicien el cambio qumico. Cmo ocurre el fenmeno a nivel atmico?

Se considera a la parafina y la plvora bsicamente formadas por tomos de carbono e hidrgeno; sin embargo entre los componentes de la plvora tambin se encuentra el oxgeno. La reaccin de combustin la podemos representar as: n C H + n O2 n CO2 + n H2O + H

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La cerilla suministra calor a la parafina, sta se funde y facilita la disolucin del oxgeno que al estar juntos aumenta la probabilidad de que diversos choques les permita interactuar para comenzar a formar los productos, manifestndose externamente con la aparicin de la llama. As que en un momento determinado los tomos que participan se reorganizan formando un estado intermedio al que se llamar complejo activado, en el que aparecen enlaces de tipo covalente que al liberar energa se reorganizan en los productos. En la figura 1 se encuentra un modelo que explica esta estructura intermedia. Figura 1. Esquema que representa el posible mecanismo de una reaccin de combustin.O C C O O C H O

32O H H O

Complejo Activado

En la figura, los tamaos de los tomos no se encuentran a escala. Al observar el esquema superior de la figura, la parafina y el oxgeno activados por el calor generado por la cerilla, se encuentran formando el complejo activado ilustrado, ste se descompone debido a que tiene mucha ms energa que los reactivos pero con tendencia al cambio ya que las especies producidas tienen menor contenido energtico apareciendo el primer producto: bixido de carbono y un protn. En la parte inferior de la figura continua la reaccin; otros tomos de la molcula de parafina interactan con ms oxgeno y dos protones libres provenientes de la reaccin anterior formando otro complejo activado cuya descomposicin produce una molcula de agua y un radical de oxgeno que queda disponible para formar otro complejo activado. En esta forma, la secuencia va produciendo los compuestos finales y energa en forma de calor y luz. Intentar construir el mecanismo de reaccin de la plvora es muchsimo ms complejo al no poder simplificar su estructura ya que adems de carbn, contiene clorato o nitrato de potasio aumentando el nmero y diferencia de especies que participan, as que se tendra que estudiar los comportamientos del nitrgeno y el potasio en la reaccin para formar los correspondientes xidos. Sin embargo, con los elementos analizados se pueden determinar las condiciones que se deben tener en cuenta para cualquier reaccin. La primera es la homogeneidad del medio; entre ms fluido sea (lquido o gas) se favorecen ms los choques que permiten la configuracin del complejo activado. La segunda es la concentracin de los reactivos; a mayor cantidad de especies ms fcil ocurren los choques que ayudan a conformar la especie activa. La tercera es la temperatura, pues si aumenta tambin lo hace la energa cintica generando ms movimiento y aumentando las probabilidades de choque y las de obtener productos. Este hecho llev a Henry Le Chatelier a formular el principio de que por cada diez grados de aumento en la temperatura, se duplica la rapidez de reaccin en un sistema qumico. Dilucidar cul es la va ms apropiada para que unos reactivos se transformen en productos es un problema terico y experimental ya que los planteamientos de interaccin, como los expuestos para el caso de la reaccin de combustin, deben ser corroborados por los datos experimentales segn la aparicin de cierto producto o la 33

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desaparicin de un reactivo que pueda ser clave. No es posible aislar el complejo activo pues su existencia es muy corta debido a que tiene un mayor contenido energtico respecto a los reactivos de origen y a los productos finales. 2.2 Equilibrio Qumico.

El significado de equilibrio es de reposo, sin movimiento, la anttesis a cintica que es dinmica, cambio, aparicin y desaparicin de sustancias. En qumica es necesario ampliar ese concepto al combinarlo con el sentido de cambio porque el equilibrio qumico tambin involucra modificaciones que estn ocurriendo a nivel molecular. Parece una paradoja; la nica justificacin posible es que a nivel atmico la materia no modifica su capacidad de cambio pero si puede mostrar a los sentidos humanos que no est ocurriendo nada. Todos los cambios qumicos se comportan de manera diferente: unos son tan rpidos que son verdaderas explosiones y otros ocurren tan despacio que requieren mucho tiempo para mostrar un producto o es necesario modificar su ambiente para acelerar dicho cambio. Es el caso de los catalizadores, sustancias que no actan como reactivos pero que con su presencia disminuyen el tiempo de reaccin al bajar la barrera energtica para formar el complejo activado o favorecer el acercamiento de las molculas o tomos que van a interactuar para transformarse en productos. Al finalizar el proceso, el catalizador nuevamente aparece sin mostrar cambios en su composicin o en su estructura. Suponga que se tienen dos sustancias A y B que al reaccionar entre s producen C y D. La realidad muestra que no se transforman totalmente sino que luego de cierto tiempo se tiene una mezcla donde aparecen reactivos y productos. Lo cual se representa as: A+B=C+D

Imagine que se tiene un equipo que visualiza como cambian A y B para formar C y D. Inicialmente muestra que A y B interactan, forman su complejo activado y se descomponen en C y D; el equipo permite determinar la cantidad de reactivos que va disminuyendo y registra la cantidad de C y D producidos en la unidad de tiempo. Pasado cierto tiempo se observa que la cantidad de productos alcanza un mximo y lo mismo con la cantidad de reactivos remanente en la reaccin que llega a un valor mnimo. El aparato muestra una situacin muy interesante: los reactivos se transforman en productos y stos se desdoblan en reactivos, mostrando en el tiempo un valor constante en las concentraciones que se mantienen al conservarse las condiciones. Si estas cambian (por ejemplo, al variar concentracin, presin, temperatura y la presencia de catalizadores) se modifica el equilibrio hasta alcanzar una situacin semejante pero con valores diferentes. Se puede caracterizar al equilibrio qumico as:

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Apariencia externa. No se detectan cambios en las propiedades del sistema en el tiempo. Apariencia molecular. La velocidad de formacin de productos es igual a la velocidad de descomposicin de los reactivos. Contenido de energa. Cuando se alcanza el equilibrio qumico, la energa total del sistema alcanza un mnimo, estabilizndolo. Valor constante y caracterstico. La condicin de equilibrio qumico para un determinado sistema se puede medir a travs de un valor llamado constante de equilibrio que se utiliza para comparar y determinar el grado de extensin en que ha ocurrido el cambio qumico. El sistema qumico est formado por los reactivos, aadidos en cierta cantidad, dentro de un recipiente donde se dejan que interacten, la presencia del catalizador cuando es necesario y las condiciones de presin, temperatura y los instrumentos de medicin requeridos para su control. La velocidad de formacin de productos est expresada como una constante de equivalencia y la concentracin de productos, as: vf = kf [C][D] Siendo: vf = Velocidad de formacin. kf = Constante de formacin. [C], [D] = Concentracin de productos.

La reaccin de descomposicin tambin tiene una constante de equilibrio que se expresa as: vd = kd [A][B]

Donde:

vd = Velocidad de descomposicin. kd = Constante de descomposicin. [A],[B] = concentracin de los reactivos.

Al tener una condicin de equilibrio. Matemticamente se expresa como: vd = vf Remplazando por sus valores correspondientes se tiene: kd [A][B] = kf [C][D] Agrupando trminos: kd ___ [C][D] = __________ kf [A][B]

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El cociente de dos constantes es otra constante, llamada la constante de equilibrio Keq, por lo que la anterior expresin corresponde a la constante de equilibrio estudiado: [C][D] Keq = __________ [A][B] Keq tiene un valor que siempre se obtendr para el sistema qumico estudiado a las mismas condiciones y, por ende, lo representa. Es necesario hacer una claridad relacionada con los exponentes que acompaan a la expresin de concentracin de una sustancia. En la expresin anterior se encuentra que en todos los casos es uno, sin embargo en sistemas donde la ecuacin qumica contiene coeficientes estequiomtricos, los exponentes relacionados con su concentracin estarn afectados por los mismos. Se ilustra con el siguiente ejemplo: H2 + O2 = 2 H2O Su constante de equilibrio ser:

Cmo se puede interpretar el valor de una constante de equilibrio con respecto al grado de extensin de un cambio qumico? Si en un sistema qumico se encuentra un valor muy grande para su constante de equilibrio, casi de infinito, la matemtica dice que el dividendo es mayor que el divisor y en el fenmeno qumico indica que toda la reaccin se ha completado dando slo productos. Si el sistema tiene una constante tan pequea, casi tendiendo a cero, la matemtica seala que el divisor es ms grande que el dividendo y el fenmeno qumico que representa es en el que muy pocos reactivos se han transformado en productos. Para terminar este estudio, se discuten procedimientos que pueden afectar esta condicin de equilibrio para un cambio qumico particular: Henry Le Chatelier formul un principio en ese sentido as:

MATERIAL EN REVISIN[H2][O2]

Keq =

[H2O]2 __________

Cuando se vara una de las condiciones que determinan el equilibrio qumico de un sistema qumico, el sistema responde oponindose a la variacin de esa condicin. Traducido en trminos prcticos, es posible variar un equilibrio qumico de las siguientes maneras: Afectando la temperatura, si la reaccin es endotrmica (durante el cambio baja la temperatura) o exotrmica (produce calor). Modificando la concentracin de reactivos o de productos segn lo que se quiera modificar: si se desean ms productos, se aade exceso de uno de los reactivos, si se quiere un reactivo, se adiciona uno de los productos o algn otro reactivo que contenga un componente del producto (efecto del ion comn). 36

Usando reacciones competitivas que sustraigan a uno de los productos, para obtener ms cantidad del otro por ser de mayor inters. 3. Criterios para la resolucin de problemas en Qumica Analtica. Aunque se supone que ya ha adquirido ciertas competencias relacionadas con las formas de plantear problemas en Qumica General, es necesario que volver a considerarlas, especialmente para desarrollar estrategias en el planteamiento de sus soluciones teniendo en cuenta las proporciones que se deben establecer entre moles y gramos, el anlisis de las unidades cuya consistencia deben ayudar a verificar la certeza del planteamiento propuesto en la resolucin especfica del problema. Se recomienda seguir el programa de los cinco pasos4 as: Primer paso. Identifique el problema. Lea la pregunta con cuidado y escriba lo que se requiere. Segundo paso. Rena y escriba todos los datos y hechos conocidos relacionados con el problema. Tercer paso. Analice los datos, identifique el tipo de problema por resolver y plantee la solucin delineando un plan o camino especfico para la respuesta. Cuarto paso. Desarrolle el plan propuesto. Para los problemas de Qumica Analtica, es necesario que identifique plenamente los factores de conversin. Quinto paso. Evale la respuesta con respecto a lo solicitado por el problema, verifique la consistencia de las unidades que acompaan al resultado que deben coincidir con lo solicitado.

En el desarrollo de ejercicios de aplicacin de las diferentes tcnicas, especialmente en el tratamiento de datos tenga en cuenta las recomendaciones del anterior programa. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2

Se termina el segundo tema. Ahora tiene la oportunidad de valorar lo que ha aprendido. Para ello realice las siguientes acciones: 1) Elabore una tabla donde indique cules son las reacciones que se presentan en qumica analtica, establezca al menos dos caractersticas y cul sera su utilidad en los anlisis qumicos que vamos a estudiar ms adelante. 2) Haga un paralelo entre cintica qumica y equilibrio qumico teniendo en cuenta: concepto, caractersticas, expresin de ecuaciones (si es posible), condiciones particulares para modificar la velocidad de una reaccin y el estado de equilibrio qumico. Qu conclusiones puede derivar de su trabajo de comparacin? 3) Qu utilidad puede derivar del programa de cinco pasos recomendado para la resolucin de problemas en Qumica Analtica? Qu es un factor unitario o de conversin? De dnde se genera? Regrese a la actividad 1 y tome cualquiera de los ensayos descritos para el anlisis proximal de un alimento y aplique el programa de los cinco pasos a una situacin hipottica en la cual simula unos datos para determinar la propiedad que est estudiando.4

MATERIAL EN REVISIN

BURNS, Ralph A. Fundamentos de qumica. 2 edicin. Mxico: Pearson Educacin, 1996, p. 12.

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Si desea una ayuda puede consultar la tabla de composicin de los alimentos colombianos, seleccionar un alimento y escribir los porcentajes de la sustancia que quiere determinar usando una de las tcnicas de la actividad 1, para poder concretar mejor su ejercicio. No olvide discutir en su pequeo grupo de aprendizaje colaborativo el ejercicio y si tienen todava dificultades o para consolidar su conocimiento, no olvide recurrir al tutor en la franja de tutora.

PREPARACIN PARA EL ANLISIS QUMICO.La realizacin de cualquier anlisis qumico cuenta con un conjunto de aspectos tericos que se deben revisar antes de comenzar a trabajar en la determinacin de una sustancia de inters. En esta parte del curso se discuten esos conceptos, los fundamentos requeridos para la preparacin de las muestras y las formas de identificacin y de conservacin ya que generalmente es necesario guardarlas para resolver algunos conflictos que se suelen presentar por la no concordancia de resultados o es necesario volver nuevamente a realizar el anlisis para confirmar los resultados. Al revisar cualquier mtodo analtico, ya sea por ser estndar o por la necesidad de desarrollar uno especfico para resolver alguna inquietud, se requieren tres elementos: la muestra, reactivos y equipos y una tcnica procedimental. Aqu se estudian los dos primeros ya que en las prximas unidades se discutirn los fundamentos de dichas tcnicas procedimentales. 1. La muestra. En el anlisis qumico, se deben considerar cinco pasos: Obtencin de una muestra representativa del material por analizar. Transformar la muestra en una especie adecuada para el anlisis (disolucin). Eliminar o enmascarar las sustancias interferentes en el anlisis. Realizar el anlisis. 38

MATERIAL EN REVISINTEMA 3.

Interpretar los resultados.

El material del que se parte puede ser un alimento, un mineral, un fragmento de plstico, un lago, una carga de carbn o una moneda muy antigua, las cuales no son homogneas ya que su composicin vara en cada parte; esto implica la necesidad de seguir un procedimiento para poder establecer dos condiciones que debe cumplir una porcin del material a analizar como son el ser homognea y la de ser representativa. Lo que es lo mismo, cuando se analiza un material heterogneo, el resultado final depende de la forma en que se elijan las muestras del material y de cmo se trate la muestra una vez colectada5. La muestra es, una porcin pequea, seleccionada para su examen, de una cantidad de material mucho mayor. Raras veces contiene todo el material que ser analizado; comprende los constituyentes o los componentes por determinar, los cuales pueden ser: principales, estn en mayor cantidad, los menores, existen en menor contenido que los primeros y las trazas que aparecen en pequesimas cantidades, requiriendo tcnicas ms complejas para su determinacin y los ultratraza. La cantidad disponible del constituyente determina el tamao de la muestra, lo mismo que la tcnica de anlisis requerida6. Las diferencias de composicin, densidad y dureza, variaciones en el tamao de partcula, la segregacin de impurezas en las aleaciones, la suspensin de slidos en lquidos y otras variables que suelen presentar los materiales bajo anlisis implican la necesidad de establecer tratamientos diferenciales en la obtencin de la porcin representativa y homognea que requerimos para iniciar el anlisis. As, para el anlisis de alimentos, la Association of Oficial Agricultural Chemists ha determinado el procedimiento para obtener la muestra requerida en los ensayos con alimentos, siendo el material de primera consulta cuando se trabaja con esas sustancias. La composicin de la muestra puede variar con el tiempo luego de colectada, debido a cambios internos, reaccin con el aire o interacciones qumicas con el material del recipiente que la contiene. Por lo general se recomienda guardarlas en recipientes de tefln cuidadosamente lavados con agua destilada; aunque si se conoce la calidad del vidrio y su estabilidad qumica pueden ser usados sin que modifiquen la cantidad de sustancia considerada como muestra. Cmo se obtiene la muestra? Para ello se consideran conceptos como lote, muestra bruta, muestra de laboratorio y porciones de prueba. El lote corresponde al material completo del cual se quiere tomar la cantidad de sustancia homognea y representativa, siendo una carga de fruta, de reactivos, un lago o un rgano animal; estas tienen unidades muestrales que pueden ser las cajas donde estn embalados los productos, o un criterio para seleccionar las muestras (por ejemplo, si tiene un montn de arena o de arroz en un silo donde no es fcil establecer la unidad muestral). Para alcanzar la representatividad y la homogeneidad necesarias, no basta con tomar una nica unidad muestral; se requiere tomar varias para conformar la muestra bruta. Su correcta obtencin garantiza el xito en el anlisis, por ello se debe contar con un plan cuidadoso para la toma de varias partes del lote, generalmente al azar o de manera5 6

MATERIAL EN REVISIN

HARRIS, Daniel C. Anlisis qumico cuantitativo. Mxico: Grupo Editorial Iberoamrica, 1992, p 701. RAMETTE, Richard W. Equilibrio y anlisis qumico. Op. Cit., p 4.

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aleatoria. Existen herramientas estadsticas que ayudan a perfeccionar ese criterio basndose en la probabilidad asignada a la posibilidad de incluir en esa seleccin a los componentes bajo anlisis. Cuando se tienen materiales muy segregados, es decir que a simple vista se detecta su heterogeneidad, recurrimos a la conformacin de una muestra compuesta tratando de mantener las proporciones encontradas en el lote, pero tambin utilizando el azar. Una vez obtenida la muestra bruta, se homogeniza utilizando las tcnicas ms apropiadas para ello dependiendo de si son slidas o lquidas. En esta ltima es muy sencillo mezclarlas en un solo recipiente y agitarlas cierto tiempo, a baja revolucin para evitar incorporar aire que las puede alterar o utilizando atmsferas inertes como nitrgeno o bixido de carbono, siempre y cuando no sean componentes de la misma. Las slidas se deben moler seleccionando el equipo adecuado, evitando el exceso de calor y trabajando en condiciones que impidan su contaminacin y luego almacenarlas en un recipiente adecuado. En el caso de alimentos o partes provenientes de seres vivos, se recomienda primero secarlas, pulverizarlas y tamizarlas a travs de una malla de 100 a 200 mesh7. Finalmente, se obtiene la muestra de laboratorio, la cual depende de las tcnicas utilizadas en su determinacin. Sin embargo se recomienda obtener muestras de un kilo cuando son slidas y de un litro cuando son lquidas, se marcan cuidadosamente y se dividen en dos recipientes iguales, uno de los cuales se guarda en un sitio seco y fresco ya que se torna de referencia para posteriores anlisis de comprobacin. El otra se utiliza directamente en los anlisis. La forma de reduccin de tamao de la muestra se puede ilustrar para los slidos mediante la tcnica del cuarteo. Pulverizada y tamizada la muestra bruta, se hace un montn, se divide cuidadosamente en cuatro partes, se toman las dos opuestas, se mezclan y se amontona. Luego se divide en cuatro, se toman las opuestas y se repite el proceso hasta obtener el tamao deseado de la muestra, la cual se deposita en el recipiente seleccionado, marcado previamente, para contenerla. Figura 2. Tcnica del cuarteo en muestras slidas.

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MUESTRA

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Las mallas o mesh significan la apertura del espacio que se tiene en el tejido del tamiz; ste se expresa en mm, por lo que para las medidas recomendadas, el dimetro de la partcula est entre 0,125 y 0,075 mm, un tamao adecuado para facilitar posteriores disoluciones.

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El proceso no finaliza aqu; es necesario tomar muestras exactamente medidas que corresponden a las porciones de prueba, las cuales son sometidas a otras condiciones experimentales conforme a la recomendacin de la tcnica seleccionada en la determinacin de las mismas. 2. Material de vidrio. Este puede ser una fuente de contaminacin de la muestra bajo anlisis, sobre todo cuando se trabaja en la determinacin de componentes menores, traza o ultratraza. Los materiales vtreos (vidrio y porcelana) contienen bastante slice y son atacados por las soluciones alcalinas, siendo ms afectado el vidrio. Sin embargo, el vidrio borosilicato (Pirex, Kimax) resiste muy bien el ataque qumico y los cambios de temperatura aunque suelen contaminar con algo de boro; el vidrio vycor (corning) supera al anterior. El cuarzo fundido es un buen material para el manejo del agua destilada y es mejor que los anteriores frente al ataque qumico, pero es afectado por el cido fluorhdrico que definitivamente destruye todo material derivado de la slice como los estudiados hasta ahora. Los recipientes plsticos de polietileno resisten muy bien al cido fluorhdrico, lcalis custicos, cidos comunes y al amoniaco. En la disolucin de muestras metlicas y minerales se suele recurrir a fusiones alcalinas, requiriendo materiales como platino, plata, oro, hierro o nquel para la fabricacin de crisoles. En el anlisis de materias provenientes de seres vivos, es posible trabajar con la mayora de materiales disponibles en los laboratorios aunque se deben revisar cuidadosamente las indicaciones de la tcnica en estos aspectos. 3. Descomposicin de las muestras.

La transformacin de la muestra en soluciones para efectuar el anlisis correspondiente, es un paso fundamental. Su complejidad impide usar un mtodo nico para lograrlo, sin embargo si tenemos alguna idea de su composicin podemos seleccionar el procedimiento ms adecuado y efectuarlo. Para realizar la disolucin se ensayan diferentes solventes como el agua, cido clorhdrico diluido, cido clorhdrico concentrado, cido ntrico diluido, cido ntrico concentrado y agua regia (mezcla de los cidos clorhdrico y ntrico). Si quedan residuos lo mejor es intentar la fusin de la muestra con lcalis como carbonato de sodio, hidrxido de sodio, perxido de sodio (a la vez es oxidante) o el sulfato cido de potasio o piro sulfato; una vez realizada se procede a disolver utilizando agua. Cuando se trabaja con alimentos o con sustancias orgnicas, su tratamiento no es tan drstico ya que se puede realizar una calcinacin seca para recuperar los minerales que contiene o efectuar digestiones (calcinacin hmeda) para mineralizar algunas de las sustancias de inters y poderlas determinar en medio acuoso (p.e., determinacin de nitrgeno o de fibra en el anlisis bromatolgico revisado en la actividad 1). Una tcnica reciente consiste en hacer la digestin utilizando una bomba de tefln y un horno microondas. Se trabaja con pequeas cantidades de muestra exactamente pesadas, se adiciona el cido o combinaciones de cidos (generalmente cido ntrico y sulfrico), se cierra hermticamente y se coloca en el horno. All, en un minuto se pueden alcanzar temperaturas internas de 800 C y unas 80 atmsferas de presin. Para la 41

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digestin de material orgnico, la bomba tiene una vlvula de escape que deja elimina el exceso de CO2 producido. Mineralizada la muestra, se deja enfriar y luego se disuelve en agua hasta un volumen conocido utilizando para ello un baln aforado, se marca y de all se toman alcuotas exactamente medidas conforme a la tcnica que se vaya a utilizar. 4. Equipo de laboratorio. Al comenzar a trabajar las tcnicas, se encuentra la necesidad de utilizar otros equipos de vidrio o algunos de medicin como son la balanza, el espectrofotmetro, el pH metro, el cromatgrafo y otros que mediante la aplicacin de principios fsicos y qumicos muestran resultados cualitativos y cuantitativos sobre los componentes de una muestra. Al ser artificios construidos por el hombre, se han diseado con una finalidad especfica que necesariamente se debe conocer, lo mismo que sus caractersticas de sensibilidad y precisin para dar el nivel de confianza requerido en el anlisis qumico. En cada una de las tcnicas por estudiar en este material, se analizarn esas propiedades, especialmente la relacionada con su calibracin. El conocimiento al detalle del equipo que utiliza es el secreto del buen analista y condicin de certificacin del laboratorio qumico respectivo; afortunadamente se disponen de herramientas auxiliares que ayudan a valorar esos grados de confianza requeridos. Antes de emplear los equipos de laboratorio, se debe tener la certeza de que estn calibrados para que los resultados obtenidos con ellos sean confiables. Pensando en esto, fabricantes y qumicos han diseado los procedimientos ms apropiados para hacerlo, que frecuentemente involucran el uso de reactivos patrn y vienen incluidos en los manuales de funcionamiento de dichos aparatos pues a los fabricantes les interesa ofrecer toda la asistencia tcnica posible con el fin de mantener satisfechos a los usuarios. Una sustancia o reactivo patrn es aquella que cumple al menos tres condiciones: tiene una composicin conocida, no se afecta con el medio ambiente (no es higroscpico en exceso o delicuescente) y se puede calentar a 100 130 C para eliminarle el agua absorbida sin descomponerse o cambiar de composicin. En Qumica Analtica se utilizan para validar los mtodos analticos al determinar la precisin y exactitud del anlisis realizado con ellas y controlar los efectos de matriz o interferencia ocasionado por otros componentes presentes. Por lo general estn certificadas por el fabricante e indican con porcentajes la concentracin de la sustancia principal y los mayores contaminantes que la acompaan. As por ejemplo, el biftalato de potasio empleado como patrn para las titulaciones cido base viene rotulado con el 98 % de pureza, indicando que tiene un 2 % de otros contaminantes que tambin estn especificados. Adems, en ciertas tcnicas como la absorcin atmica, cromatografa de gases o la HPLC o cromatografa lquida de alta eficiencia, es frecuente el uso de patrones certificados que tienen el mximo posible de pureza, generalmente del orden de 99,99 % o ms, debido a que en dichas tcnicas las determinaciones se hacen en el orden de