Clase 1 Quim - Inorganica Cualitativa

 

ING.GEOLOGICA TEORIA-CLASE 1 Quim. Elizabeth Espinosa D.

 

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El objetivo de la Quimica Analitica es desarrollar y proveer las bases teoricas de los metodos de analisis quimicos, usados para determinar la composicion quimica de sustancias ò mezclas. Division de la Quimica Analitica: Q. Analitica Cualitativa Q. Analitica Cuantitativa Q.Analitica cualitativa organica e inorganica Q.Analitica cuantitativa organica e inorganica.

 

CUALITATIVO :Es el conjunto de conocimientos ordenados para la investigacion ò descubrimiento de cuales son los constituyentes de la sustancia que se analiza. CUANTITATIVO: La determinacion de las cantidades individuales de los componentes de una sustancia es su principal objetivo. Primero se deberà efectuar un analisis cualitativo para seleccionar los metodos cuantitativos màs adecuados sabiendo què otros elementos ò sustancias estan presentes (posibles interferencias, etc.)

 

Se puede aplicar una gran variedad de metodos como los q que ue se basan en las propìedades quimicas, fisicas y fisicoquimicas. Enelemento analitica òcualitativa, generalmente el ion a ser detectado, es convertido en un nuevo componente, de propiedades especificas caracteristicas , las cuales demuestran su presencia. El cambio quimico ocurrido es conocido como una “Reaccion analitica” y la sustancia que lo causa, como un “REACTIVO”.

 

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SO4 -- + Ba +2 ____ BaSO4( sòlido blanco) Anion Reactivo compuesto caracteristico

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por determinar.

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Cl-

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+

Ag+ _____ AgCl (sòlido blanco)

Anion Reactivo Por determinar.

Compuesto caracteristico caracteristico

 

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Se determina la composicion de la sustancia problema sin recurrir a las reacciones quimicas, aplicando propiedades fisicas como las opticas, electricas, magneticas, termicas, etc. Tenemos: 1.- Medicion de la densidad a una determinada temperatura.

 

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2.- Analisis espectrales: Basados en los espectros de absorcion y/ò de emision de la sustancia. 3.-Analisis por difraccion de rayos X: Aplicables para dilucidar la estructura de una sustancia. 4.- Analisis por espectrofotometria de masa (estructura)

 

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Se basan en el estudio de los fenomenos fisicos que ocurren en el curso de las reacciones quimicas, como cambios de color, de la densidad, la intensidad de color (colorimetria)) , de la conductividad electrica, (colorimetria etc. Ejemplo: Fe+3 + 6 NH4SCN _____(Fe(SCN)6)--solucion rojo sangre

 

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M. clasicos se basan principalmente en las reacciones caracteristicas de los compuestos, usando determinados reactivos, permitiendo detectar desde trazas a cantidades mayores como porcentajes. M. modernos ò instrumentales se aplican a determinar trazas de los componentes de una muestra mediante la aplicaciòn de la optica, electroquimica, propiedades termicas, magneticas, etc. Asociadas Asociadas a la electronica. En la industria son muy apreciados por dar resultados en menor tiempo que la mayoria de metodos clasicos, ademàs de serpor capaces de determinar trazas de varias impurezas su alta sensibilidad, son igualmente muy usados en laboratorios de investigacion y desarrollo.

 

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Según la cantidad de la sustancia con que se trabaje, se distinguen los siguientes metodos de analisis cualitativo: Macroanalisis: Se ensaya cantidades Macroanalisis: relativamente grandes de muestra (0.5 a 1 g) ò en solucion (20 a 50 ml.), las reacciones se efectuan en tubos de ensayo, vasos de precipitados ò erlenmayers y la separacion se realiza por filtraciòn.

 

Microanalisis: La magnitud de muestra es aprox. 100 veces menor que la del macroanalisis - mg de sustancia sòlida y fracciones de ml en solucionesreacciones son de alta sensibilidad,las y permiten determinar varios cationes por el metodo fraccionado. Las reacciones se desarrollan mediante el metodo microcristaloscopico portaobjetos) ò por el de la gota (en tira de (en papel), en placas de toque, vidrios de reloj, crisoles, etc.

 

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Semimicroanalisis: Intermedio entre el macro y microanalisis; las cantidades de muestra a ensayar son del orden de 1/20 a 1/25 de la usada en el macroanalisis (50 mg de sustancia solida , 1 ml de solucion) . Los resultados son mas precisos que en los otros metodos. Ultramicroanalisis: Se ensayan cantidades de sustancia menores a 1mg. Casi todas las operaciones analiticas se observan bajo el microscopio.

 

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Las reacciones analiticas pueden efectuarse en un solvente (mas usual en medio acuoso) ò por via seca. Por via seca, la muestra y el reactivo adecuado estan en estado y generalmente se calientan juntos solido a una temperatura determinada. Estos metodos en seco incluyen colores caracteristicos de ciertos metales metales a la llama bajo condiciones adecuadas; otras tecnicas se basan

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en fosfatos la formacion de perlas vidrios borax borax ò de al fundirse conòsales dede determinados metales. Por via humeda se trabaja con ambos en soluciòn y son las mas usuales en la quimica analitica.

 

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Se hace uso de los sentidos: vista, gusto, olfato, tacto, oido. Vista: Permite diferenciar el estado fìsico de la sustancia (sòlido, liquido, gaseoso),el aspecto homogeneo ò heterogeneo, amorfo, cristalino, color, etc. Gusto: Se usa la saliva como disolvente, detecta sabores (àcido, amargo, dulce, etc.) Olfato: Caracteristico de sustancias volatiles (gases:H2S). Es importante ser muy prudentes con los metodos del gusto y olfato porque las sustancias quimicas tienen diverso grado de toxicidad , pudiendo causar hasta la muerte (acido cianhidrico HCN, H2S, CO)

 

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Se consideran las propiedades fisicas de la sustancia problema; como ejemplos de ensayos preliminares tenemos: observacion del estado fisico, color, color de la rayadura, solubilidad, aspecto, si es translucida, iridiscente, lustrosa, impresión impresión al tacto, olor, sonido al romperse, aspecto de la fractura, densidad, dureza, propiedades opticas (refraccion),etc.

 

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Si tenemos muestras tipo de las cuales se conocen sus propiedades fisicas, por comparacion se puede llegar a identificar con cierta seguridad la muestra problema. Por ello es es conveniente disponer descripcion de las propiedades fisicas dede losuna compuestos conocidos, especialmente de los MINERALES. Ejemplo: La mayoria de las sales de sodio, potasio y amonio son blancas ò incoloras, incolo ras, solubles en agua;relativamente todas las sales deyamonio una temperatura alta algunasa al ambiente, se descomponen desprendiendo olor a amoniaco.

 

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Las reacciones por via humeda, se efectuan en tubos de prueba, usando volumenes mìnimos de 1 a 2 ml de solucion ,llegando a un volumen total de 5-10 ml; por las siguientes consideraciones: co nsideraciones: 1.- Evitar el desperdicio de reactivos . 2.- Minimizar el impacto ambiental de los desechos solidos, liquidos y emisiones de gases. Responsabilidad ambiental. 3.-Por seguridad de los operadores, mientras las cantidades y concentraciones sean minimas, el riesgo por el manipuleo, sera menor(emision de gases toxicos, posible inflamacion, etc).

 

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Unidades Fisicas de Concentracion: 1.-Gramos/unidad 1.-Gramos/uni dad de volumen: volumen: El peso en gramos ò mg de soluto por litro de soluciòn. 2.-Porcentaje: Generalmente Generalmente se refiere a la cantidad de soluto en al gramos 100 g. de solucion. solucion. Una sol. De NaCl 5%,se por prepara pesando 5 g deEj. cloruro de sodio y se disuelve en 95 g. de agua. 3.-Densidad: La masa/unidad de volumen de una solucion que contiene un unico soluto es una medida de la concentracion del mismo en dicha solucion. Ej. La sol.de HCl de densidad 1,12 a 20ªC es de 24.25 g de cloruro de hidrogeno por 100 g. de solucion solucion y equivalente a 7.449 moles/litro (ver tablas en Handbook de Quimica).

 

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Unidades quimicas de concentracion: 1.- Solucion molar (M): Contiene un determinado nùmero de moles de una sustancia disuelta por litro de solucion. 2.-Solucion formal (F): Numero de pesos formula de una sustancia disueltos en 1 litro de solucion. Se recomienda aplicar en el caso de sustancias que se ionizan en agua. 3.- Molalidad (m): Es el numero de moles de un soluto disueltos en 1 Kg de solvente.

 

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Un equivalente gramo de una sustancia es una cantidad quimicamente equivalente a 1.008 g de hidrogeno H en una reaccion dada. Asi el equivalente gramo del HCl es igual a una mol (36.5 g) del cloruro de hidrogeno; el eq-g del H2SO4, es ½ mol, 98/2= 49, del H3PO4, 1/3 de mol (32.67 g).

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El eq-g de y sales es el peso que contiene unbases numero de gramos del metal dado que se requiere para reemplazar a 1 g de Hidrogeno. Ej.

 

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Tengamos presente que el peso equivalente depende de la reaccion involucrada: al ser relativo, un mismo producto quimico puede tener diferentes eq-g Ej. 1.- H3PO4 + 2NaOH _____Na2HPO4 + 2H2O El es + ½ NaOH mol de____ H3PO4 2.-eq-g H3PO4 NaH2PO4 + H2O El eq-g es de 1 mol.

 

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Si dos soluciones reaccionantes, 1 y 2 tienen las mismas normalidades, N1 y N2, en la reaccion se consumirà el mismo volumen de ambas. Pero si una de ellas es mas concentrada, el volumen de èsta debiera disminuir proporcionalmente. Asi, el vol. A usar en la reaccion, es inversamente proporcional a su normalidad: V1/V2 = N2/N1 , ò V1x N1=V2xN2 Los productos del vol y la normalidad son iguales para ambas soluciones en el punto de equivalencia. V1 y V2, deben estar expresados en las mismas unidades.

 

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1.-Calcular la cantidad de sol. De AgNO3 0.1 N requerida para la reaccion con 2 ml de CaCl2 0.5N: CaCl2 + 2AgNO3 ______ 2AgCl + Ca(NO3)2 Recordemos que en el punto de equivalencia, se cumplira que: V1 x N1 = V2 x N2, luego V1 x 0.1eq-g/L = 2 ml x 0.5 eq-g/L V1= 2 ml x 0.5 /0.1 V de AgNO3 0.1N = 10 ml  

 

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A.-Debemos partir de la fòrmula de la sal cristalina BaCl2.2H2O, PM= 244.3g/mol. El eq-g correspondiente es 244.3/2= 122.2 g Para un L de una solucion 2N, se requiere 244.3, luego, para 0.5 L : 244.3 g/eq-g x 0.5L = 122.2 g B.- Molaridad, 1M = 244.3 g/L C.- BaCl2 + H2SO4 ___ BaSO4 + 2HCL observar que el peso equivalente para esta reaccion es igual al peso molecular, es decir que el BaCl2 2N=1M y el H2SO4 (0.5 M) reaccionan en relacion 1:1, asi: V2 x 0.5 moles/L = 1 ml x 1 mol/L V2= 2 ml. De H2SO4 0.5 M  

 

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3.-El peso equivalente del H2SO4 es 98/2=49 g Para1 litro 6 N: 6 eq-g/L x 49g/eq-g= 294 g/L. Es necesario calcular la masa de H2SO4 al 95.12% que contenga 294 g de H2SO4. 100 g “ “ contienen 95.12 g “ “ “ 294 g    X “ X= 294 x 100/95.12 = 309.08 g (*) 1000 ml pesan 1834 g   V ml “ 309.08 g  V ml = 309.08 x 1000/ 1000 / 1834 = 168.53 ml del àcido de densidad 1.834 y conc. 95.12% para preparar 1 L de H2SO4 6N. Molalidad(m)) = Numero de moles-g de H2SO4/1 Kg de agua. Molalidad(m Molalidad= 294 g/98 g/mol /(1.180-0.294) =3.386 molal. (*) Seguridad en el manejo de los àcidos. àc idos.

 

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1.-Cantidad de muestra: Porcion pequeña