GRAVIMETRÍA

Balanza analítica

En química analítica, el análisis gravimétrico o gravimetría consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento,radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analíticay por último sin llevar a cabo el análisis por volatilización.

Los cálculos se realizan con base en los pesos atómicos y moleculares, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometría) de las reacciones químicas.

Métodos utilizados en el análisis gravimétrico

Método por precipitación: Técnica analítica clásica que se basa en la precipitación de un compuesto de composición química conocida tal que su peso permita calcular mediante relaciones, generalmente estequiométricas, la cantidad original de analito en una muestra.

En este tipo de análisis suele prepararse una solución que contiene al analito ya que éste está en solución madre, a la que posteriormente se agrega un agente precipitante, que es un compuesto que reacciona con el analito en la solución para formar un compuesto de muy baja solubilidad. Posteriormente se realiza la separación del precipitado de la solución madre empleando técnicas

En este método el analito es convertido en un precipitado poco soluble, luego se filtra, se purifica, es convertido en un producto de composición química conocida y se pesa.

Para que este método pueda aplicarse se requiere que el analito cumpla ciertas propiedades:

• Baja solubilidad
• Alta pureza al precipitar
• Alta filtrabilidad
• Composición química definida al precipitar

Método por volatilización: En este método se miden los componentes de la muestra que son o pueden ser volátiles. El método será directo si evaporamos el analito y lo hacemos pasar a través de una sustancia absorbente que ha sido previamente pesada así la ganancia de peso corresponderá al analito buscado; el método será indirecto si volatilizamos el analito y pesamos el residuo posterior a la volatilización así pues la pérdida de peso sufrida corresponde al analito que ha sido volatilizado.

El método por volatilización solamente puede utilizarse si el analito es la única sustancia volátil o si el absorbente es selectivo para el analito.

Método por electrodeposición: Este método se basa en la deposición sobre un electrodo de un compuesto de relación conocida con el analito que se requiere cuantificar. La cuantificación se realiza mediante la diferencia de peso que se produce en los electrodos antes y después de realizar una reacción redox en la solución problema, que se moldea ocasionando la precipitación del analito o de un compuesto formado por el mismo.

POTENCIOMETRÍA

La potenciometría es una técnica electroanalítica con la que se puede determinar la concentración de una especie electroactiva en una disolución empleando un electrodo de referencia (un electrodo con un potencial conocido y constante con el tiempo) y un electrodo de trabajo (un electrodo sensible a la especie electroactiva) y un potenciómetro.

Existen electrodos de trabajo de distinto tipo útiles para distintos cationes o aniones. Cada vez son más usados los electrodos selectivos de iones (ESI) o electrodos de membrana. Uno de los más empleados, que se comenzó a utilizar a principios del siglo XX, es el electrodo de pH (un electrodo de vidrio). Tipos de electrodos:

• Electrodo metálico
• Electrodo de membrana cristalina
• Electrodo de vidrio
• Electrodo de membrana líquida
• Electrodo de membrana polimérica

También existen diferentes tipos de electrodos Indicadores:

- Electrodos de Membrana:

• Vidrio
• Membrana Líquida
• Membrana Cristalina
• Gases

- Electrodos Indicadores Metálicos:

• Metales Inertes
• Primera Especie
• Segunda Especie

También se emplea la potenciometría en distintas aplicaciones como en sondas sensibles a gases o líquidos, para valoraciones potenciométricas.

PERMANGANAMETRÍA

La volumetría redox (óxido - reducción) consiste en la medición del volumen necesario de una sustancia oxidante o reductora para determinar el punto final de una reacción redox.

Para calcular el peso equivalente de una sustancia oxidante o reductora, se debe dividir el peso molecular de la misma con respecto al cambio del número de oxidación.

Las soluciones de los oxidantes más comunes en la titulación de los reductores son los siguientes: KMnO₄, K₂Cr₂O₇ y el KI,mientras que los reductores más comunes son:   Na₂C₂O₄,  H₂C₂O₄, y el Cl⁻.

           Preparación y Valoración de una solución de KMnO₄ 0.1 N.

           Fundamento:

        El KMnO₄ no puede utilizarse como patrón primario debido a que aún el KMnO₄ para análisis contiene siempre pequeñas cantidades de MnO₂. Además cuando se prepara la solución de permanganato de potasio, el agua destilada puede contener sustancias orgánicas que pueden llegar a reducir el KMnO₄ a  MnO₂ y el mismo  KMnO₄ es capaz de oxidar al agua según la siguiente ecuación:

4 KMnO₄ + 2 H₂O   

→

 3 O₂  + 4 MnO₂  +  4 KOH 

Esta reacción es catalizada por el mismo MnO₂ que se va formando, debido al calor, la luz, la presencia de ácidos o bases y sales de Mn, pero si se toman las debidas precauciones en la preparación de la solución y en la conservación de la misma, la reacción puede hacerse razonablemente lenta. Una vez que se disuelve el KMnO₄ se debe calentar la solución para acelerar la oxidación de la materia orgánica, con la consiguiente precipitación de  MnO₂ y posteriormente enfriar para que se coagule el MnO₂, inicialmente coloidal. A continuación debe separase el MnO₂ par evitar que catalice la descomposición del KMnO₄. Dicha separación se realiza por filtración con lana de vidrio o con crisol de vidrio, nunca con papel de filtro.

La solución filtrada debe guardarse en frascos oscuros color ámbar y de ser posible con tapón esmerilado para evitar la acción de la luz y la contaminación con  polvillo atmosférico. La solución así preparada y conservada, es estable durante algunos meses, ésta se debe valorar con  un patrón primario reductor tal como el  Na₂C₂O₄ anhidro o el As₂O₃ ,  etc. El más utilizado es el Na₂C₂O₄  el que se puede adquirir con un muy elevado grado de pureza y que al disolverse en medio ácido (H₂SO₄ ) se transforma en   H₂C₂O₄  según la siguiente reacción:

 2 KMnO₄ + 5 Na₂C₂O₄  + 8 H₂SO₄    

→

 2 MnSO₄   + K₂SO₄  + 5 Na₂SO₄  + 10 CO₂ + 8 H₂O 

con un cambio en el número de oxidación de:  Mn⁷⁺   + 5e⁻    

→

 Mn⁺⁺  

por lo que el peso equivalente de permanganato de potasio resulta:

158 g mol de KMnO4                    5.0 g mol / eq. g. de  cargas electrónicas

=

31.6 eq. g.

Para obtener resultados concordantes y estequiométricos debe seguirse una metodología operativa muy estricta, que consiste en:

1. La temperatura de la solución debe ser aproximadamente de 80 °C. (una ebullición incipiente) pues a temperaturas menores la reacción es muy lenta y a temperaturas mayores, ya en franca ebullición se produce la descomposición del  H₂C₂O₄ en CO  y  H₂O.
2. Por tratarse de un proceso autocatalítico (el catalizador son los iones de Mn⁺⁺ que se forman), al comienzo de la valoración, la concentración de los iones de Mn⁺⁺ es muy baja y la reacción es muy lenta, pero luego de agregar algunos mililitros del  KMnO₄ , la concentración aumenta y la reacción se hace instantánea.
3. En la valoración con KMnO₄ 0.1 N  el indicador es el mismo KMnO₄  pues bastan unas gotas más para dar una coloración rosada. Este color del punto final desaparece lentamente por la reducción gradual del KMnO₄  por la presencia de iones Mn⁺⁺ y Cl⁻, por lo tanto debemos esperar que tal coloración persista por espacio de treinta segundos.

DESTILACIÓN

 Destilación, proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos.