Fundamentos y Aplicaciones de la Química Analítica: Conceptos Clave

¿Qué estudia la Química Analítica?

La química analítica es la rama de la química que estudia el conjunto de principios, leyes y técnicas necesarias para la determinación de la composición química de cualquier muestra. Está relacionada con la separación y el análisis de las sustancias químicas.

Tipos de Análisis Químicos

Podemos distinguir dos tipos principales de análisis:

• Análisis Cualitativo: Se centra en identificar la presencia o ausencia de un analito (la sustancia de interés).
• Análisis Cuantitativo: Desarrolla métodos para determinar la concentración del analito.

Método Gravimétrico

El método gravimétrico consiste en la obtención del peso (mediante una balanza analítica) del compuesto estable del elemento que se desea cuantificar.

Etapas de un Análisis Cuantitativo

Un análisis cuantitativo típicamente involucra las siguientes etapas:

1. Obtención y preparación de una muestra: Se toma una masa o volumen representativo de la muestra que se va a analizar.
2. Medición: Se mide alguna cantidad que sea proporcional a la cantidad del analito en la muestra.
3. Cálculos y resultados: Se realizan cálculos para determinar la cantidad o concentración del analito.

Cálculos Estequiométricos: Ejemplos

Ejemplo 1: CH₃O

Cálculo de la masa molar:

• 1 mol C / CH₃O * 12.0 g/mol C = 12.0 g C
• 3 mol H / CH₃O * 1.008 g/mol H = 3.024 g H
• 1 mol O / CH₃O * 16.0 g/mol O = 16.0 g O

Masa molar de CH₃O = 12.0 + 3.024 + 16.0 = 31.024 g/mol

Ejemplo 2: C₆H₁₂O₆

Cálculo de la masa molar:

• 6 mol C / C₆H₁₂O₆ * 12.0 g/mol C = 72.0 g C
• 12 mol H / C₆H₁₂O₆ * 1.008 g/mol H = 12.096 g H
• 6 mol O / C₆H₁₂O₆ * 16.0 g/mol O = 96.0 g O

Masa molar de C₆H₁₂O₆ = 72.0 + 12.096 + 96.0 = 180.096 g/mol

Ejemplo 3: Cálculo de la cantidad de sustancia (HBZ)

Cantidad de HBZ = 2 g HBZ * (1 mol HBZ / 122.1 g HBZ) = 0.0164 mol HBZ

Ejemplo 4: Cálculo de la cantidad y peso de Na en Na₂SO₄

Cantidad de Na₂SO₄ = 25 g Na₂SO₄ * (1 mol Na₂SO₄ / 142.0 g Na₂SO₄) = 0.176 mol Na₂SO₄

Cantidad de Na = 0.176 mol Na₂SO₄ * (2 mol Na / 1 mol Na₂SO₄) = 0.352 mol Na

Peso de Na = 0.352 mol Na * (23 g Na / 1 mol Na) = 8.096 g Na

Indicadores Químicos

Un indicador es una sustancia (generalmente un ácido o base débil) que, al añadirse a una muestra, produce un cambio químico observable (normalmente un cambio de color) que indica la presencia de una sustancia específica o el punto final de una reacción.

Importancia de la Valoración de una Solución

La valoración de una solución es importante porque permite conocer la concentración de una sustancia problema (analito) utilizando una solución patrón (titulante) de concentración conocida.

Análisis de Humedad en Carbonato

Para determinar el porcentaje de humedad en una muestra de carbonato, se realizaría un análisis cuantitativo utilizando el método gravimétrico. Se pesaría la muestra, se secaría para eliminar la humedad, y se volvería a pesar. La diferencia de peso correspondería a la humedad.

Valoración de una Solución: Procedimiento

Pasos para la valoración de una solución:

1. Preparar las soluciones: Se prepara una solución patrón (de concentración conocida) y la solución problema (de concentración desconocida).
2. Titulación: Se añade lentamente la solución patrón a la solución problema, utilizando un indicador para detectar el punto final de la reacción.
3. Observación del viraje: Se observa el cambio de color del indicador, que señala el punto de equivalencia.
4. Medición del volumen: Se mide el volumen de la solución patrón gastado.
5. Cálculos: Se realizan cálculos estequiométricos utilizando la ecuación de la reacción y el volumen de titulante gastado para determinar la concentración de la solución problema.

Función de la Balanza Analítica

La balanza analítica es un instrumento que sirve para medir la masa con alta precisión y exactitud. Generalmente, las balanzas analíticas son digitales.

Punto de Equivalencia

El punto de equivalencia en una reacción química, durante una valoración, se produce cuando la cantidad de sustancia valorante agregada es estequiométricamente equivalente a la cantidad presente del analito. Es decir, la sustancia valorante reacciona completamente con el analito.