Química Analítica: Guía completa de métodos y técnicas

Química Analítica

La Química Analítica es la rama de la química que estudia la composición química de un material o muestra mediante diferentes métodos de laboratorio. Su finalidad es establecer la composición química, ya sea cualitativa o cuantitativa. Algunas de sus aplicaciones se encuentran en áreas como el bioanálisis, el análisis clínico, el análisis ambiental y el análisis de materiales.

Conceptos básicos

Analito: Especie química cuya presencia o contenido se desea conocer.

Métodos Analíticos Cualitativos: Revelan la identidad química de los elementos y compuestos de una muestra.

Métodos Analíticos Cuantitativos: Determinan la cantidad relativa de las especies (analitos) en forma numérica.

Tipos de Métodos Analíticos

Método Gravimétrico: Determina la masa de un analito o de algún compuesto químico relacionado con él.

Método Volumétrico: Mide el volumen de una disolución (o solución) que contiene suficiente reactivo para reaccionar completamente con el analito.

Método Espectrométrico: Se basa en la medida de la interacción de la radiación electromagnética con los átomos o moléculas del analito, o en determinar la producción de tal radiación por el analito mismo, con el fin de identificar la identidad del analito o determinar su concentración.

Etapas de un Análisis Cuantitativo Típico

Un análisis cuantitativo típico incluye los siguientes pasos (en algunos casos, se pueden omitir uno o más):

• Seleccionar un método
• Obtención de la muestra
• Preparación de la muestra
• Identificar si la muestra es soluble
• Determinar si la propiedad es medible
• Eliminar interferencias
• Medir la propiedad
• Calcular los resultados
• Estimar la confiabilidad de los resultados

Consideraciones para la Elección del Método

• Grado de exactitud necesario
• Tiempo disponible
• Presupuesto
• Número de muestras a analizar
• Complejidad de la muestra

Muestreo y Preparación de la Muestra

Muestreo: Proceso de recolección de pequeñas cantidades de masa de un material, cuya composición representa con precisión la composición del material que está siendo muestreado.

Ensayo: Proceso para la determinación de la porción de una muestra.

Preparación de la Muestra: En algunos casos, no se requiere preparación de la muestra antes de la medición. En otros, sí se necesita titular, secar, disolver, filtrar o precipitar antes de analizar.

Muestra Réplica: Porciones de un material de aproximadamente el mismo tamaño, a las cuales se les aplica un procedimiento analítico al mismo tiempo y de la misma manera. La realización de réplicas mejora la calidad de los resultados y brinda una medida de su confiabilidad.

Preparación de Disoluciones: Cambios Físicos y Químicos: El disolvente debe disolver por completo la muestra, incluyendo el analito, de manera rápida y total. Si no es soluble, se debe llevar a cabo la disolución y demás procedimientos necesarios.

Espectro Electromagnético y Ensayo a la Llama

Espectro Electromagnético: Conjunto de longitudes de onda y frecuencias de todas las radiaciones electromagnéticas.

Ensayo a la Llama: Procedimiento analítico cualitativo usado para detectar la presencia de ciertos elementos, basado en el espectro de emisión característico de cada elemento. El procedimiento consiste en limpiar el asa con HCl, introducirla en la llama para verificar su limpieza, tomar la muestra, introducirla en la llama y observar el color.

• Cu: Azul
• Na: Amarillo
• Ca: Rojo
• K: Lila
• Li: Rojo

Espectro de Emisión: Espectro de frecuencia de la radiación electromagnética emitida debido a un átomo o molécula que hace una transición de un estado de alta energía a un estado de menor energía. Cuando los electrones en el átomo son excitados (por ejemplo, al ser calentados), pasan a niveles de mayor energía. Al volver a su estado fundamental, las energías liberadas son específicas para cada átomo, emitiendo radiación de longitudes de onda características de cada elemento.

Precipitación y Solubilidad

Precipitación: Las reacciones que dan como resultado la formación de un producto insoluble se conocen como reacciones de precipitación. Un precipitado es un sólido insoluble formado por una reacción de disolución. Las reacciones de precipitación ocurren cuando pares de iones, con cargas opuestas, se atraen entre sí tan fuertemente que forman un sólido iónico insoluble.

Solubilidad: Cantidad máxima de una sustancia que puede disolverse en una cierta cantidad de disolvente.

Precipitación Selectiva de Iones: Los iones pueden separarse uno de otro de acuerdo con las solubilidades de sus sales.

Análisis Gravimétrico: Técnica analítica que se basa en la medición de la masa.

Gravimetría de Volatilización: El analito se convierte en un gas de composición química conocida para separarlo de los otros componentes de la muestra. La masa del gas sirve como medida de la concentración del analito.

Titulación Ácido-Base y Otros Conceptos

Titulación Ácido-Base: Método de análisis químico cuantitativo que se utiliza para determinar la concentración desconocida de una sustancia a partir de un reactivo de concentración conocida. El procedimiento general consiste en colocar en un matraz un volumen conocido de ácido de concentración desconocida, añadir unas gotas de indicador y, lentamente, añadir la solución de una base de concentración conocida a través de una bureta al matraz, hasta que el indicador cambie de color. Después de que la gota reacciona con el reactivo en el vaso, se calcula la concentración.

Cálculo del Número de Átomos:

1 mol ---- 6.022 x 10²³

moles ---- x

Cálculo del Número de Moles:

1 mol de átomos ---- masa molar

x --------------------- gramos

Masa:

1. Atómica - uma
2. Molecular - uma
3. Molar - g/mol

Cl 35.45 uma ---- 35.45 g/mol - 6.022 x 10²³ átomos de Cl

Reactivo Limitante: Limita la cantidad de producto formado y provoca una concentración específica o limitante, ya que este puede dar "un salto" a las cantidades.

Rendimiento de la Reacción: Cantidad de producto obtenido en una reacción química. El rendimiento absoluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles.

Rendimiento Real: Cantidad de producto que se obtiene realmente de una reacción. Se puede calcular dividiendo la cantidad de producto obtenida entre la cantidad de muestra de partida y multiplicando por 100.

Punto de Equivalencia: Se produce durante una valoración química cuando la cantidad de sustancia valorante agregada es estequiométricamente equivalente a la cantidad presente del analito o sustancia a analizar en la muestra.

Punto Final: Final de una reacción química específica, como la precipitación. Se puede indicar por un cambio de color, una lectura de tensión o pH, o un punto de inflexión en una representación gráfica de los datos.

Espectroscopia: Se basa en detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética por parte de una sustancia que se quiere estudiar.

Espectroscopia UV-VIS: Tipo de espectroscopia de absorción en la que se ilumina una muestra con rayos electromagnéticos de varias longitudes de onda en el rango ultravioleta (UV) y visible (VIS). Interactúa con la materia y mide la absorbancia, la cual tiene relación con la concentración.

Absorción del ADN: Se mide a una longitud de onda de 260 nanómetros (nm).

Longitudes de Onda: La espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis) utiliza radiación electromagnética (luz) con longitudes de onda entre 160 y 780 nanómetros (nm). La región ultravioleta (UV) abarca longitudes de onda de aproximadamente 10 a 400 nm, mientras que la región visible se extiende de 400 a 700 nm. El rango de 100 - 200 nm se llama UV profundo.