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INTRODUCCIÓN A LA EXPERIMENTACIÓN
EN
QUÍMICA ANALÍTICA
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JUAN MORA, LUIS GRAS, SALVADOR MAESTRE
Y JOSÉ
L.
TODOLÍ
INTRODUCCIÓN A LA
EXPERIMENTACIÓN EN
QUÍMICA ANALÍTICA
PUBLICACIONES DE LA
UNIVERSIDAD
DE
ALICANTE
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
4/264
Publicaciones de la U nivers idad de
Alicante
C a mpu s
de San Vicente, s/n.
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San Vicente del Raspeig
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965903480
Fax: 965909445
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autores
© de la presente edición: Universidad de Alicante
ISBN:
84-7908-837-0
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ÍNDICE
1.
Introducción 19
2. Objetivos de la Química Analítica 21
2.1. Procedimiento analítico
22
2.1.1. Identificación de la información requerida 23
2.1.2. Concreción
de la
información analítica requerida
23
2.1.3. Planificación de la estrategia analítica 24
2.1.4. Toma
de
mu estra
26
2.1.5. Tratamiento
de la
mu estra
27
2.1.6. Etapa
de
medida
28
2.1.7.
Eva luación y tratamiento de los datos 30
2.1.8. Interpretación
de los
resultados
31
2.1.9. Informe de resultados 31
3. Herramientas de
trabajo
33
3.1. H erramientas teóricas básicas 33
3.1.1. Formulación y nomenclatura de compuestos químicos
3.1.1.1.
Compuestos inorgánicos
33
3.1.1.2. Compuestos orgáni
cos
41
3.1.2. Unidades
de
concentración
45
3.1.3. Estequiometría 51
3.1.4. Equilibrios 60
3.1.5. Aplicaciones
de los
equilibrios
al
análisis químico
71
3.1.5.1. Análisis gravimétrico 71
3.1.5.2. Análisis volumétrico
71
3.2. Herramientas experimentales
91
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Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre
y
José
L. Todolí
3.2.1. M aterial de uso frecuente en el laboratorio 91
3.2.2. Organización
y
seguridad
en el
laboratorio
91
3.2.2.1. Normas de seguridad 97
3.2.2.2. A ctuaciones
en
caso
de
accidente
101
3.2.2.3. A lma cenam iento de produc tos químicos 103
3.2.2.4. Etiquetado de productos quím icos 104
3.2.2.5. Gestión
de
residuos
108
3.2.3.
Cuaderno de laboratorio 114
4. Operaciones básicas 117
4.1. Pesada 117
4.1.1. Pesada directa 118
4.1.2. Pesada por diferencia 118
4.1.3. Cuidados en la pesada 118
4.2. M edida de volúmenes 123
4.2.1. M anejo del m aterial volumétrico 123
4.2.1.1. M atraz aforado 128
4.2.1.2. Pipeta 128
4.2.1.3.
Bu reta 129
4.3. Preparación
de
disoluciones
130
4.4. Calentamiento
138
4.4.1.
Calentamiento de tubos de ensayo 140
4.4.2. Calentamiento
de
vasos
de
precipitados
140
4.4.3. M anejo de crisoles 141
4.5. Separación de los componentes de una m ezcla 142
4.5.1. Separación sólido-líquido
142
4.5.1.1. Filtración 142
4.5.1.2.
Centrifugado
144
4.5.2. Separación líquido-líquido 145
4.5.2.1.
Destilación
145
4.5.2.2. Extracción líquido-líquido 145
4.5.3. Crom atografía 146
4.6. Tratamiento
de
p recipitados
152
4.6.1. Lavado
152
4.6.2. P urificación de precipitados por recristalización 152
4.6.3.
Secado
154
5. Instrum entac ión básica 161
5.1. Con ductím etro 161
5.2. Medidor
de pH 166
5.3. E spectrofotóm etro de absorción molecular visible-ultravioleta
8
170
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Introducción a la Exp erimentación en Q uímica Analítica
6. Tratam iento y evaluación de los datos experimen tales 185
6.1. Errores
186
6.2. Cifras significativas 19 2
6.3. Calibración
19 4
6.3.1. Ajuste de los resultados experimentales a una recta 194
6.4. Rep resentaciones gráficas 198
7. Cómo abordar
un
problem a analítico
201
8. Experimentos seleccionados 209
8.1. El agua como reactivo químico 209
8.2.
Análisis cualitativo de cationes 213
8.3. An álisis cuan titativo 229
Apéndices 247
Bibliografía
263
9
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ÍNDICE DE EXPERIMENTOS
Experimento
1.
Principio
de Le
Châtelier
64
Experimento
2.
Factores
que
afectan
a la
velocidad
de un
cambio
químico
69
Experimento
3.
Estudio
de la
zona
de
viraje
de
diferentes indicadores.
79
Experimento
4.
Tratamiento
y
eliminación
de
residuos
de
Cromo (VI)
Experimento
5.
Determinación
del
peso molecular
de un gas 119
Experimento
6.
Preparación
de
disoluciones
en
diferentes unidades
de concentración 134
Experimento
7.
Determinación
del
grado
de
acidez
de un
vinagre
135
Experimento 8. Separación de los com ponen tes de una m ezcla
m ediante cromatografía en papel 147
Experimento 9.
Purificación
del
sulfato
de cobre por recristalización 153
Experimento 10. Determinación del agua de cristalización del
sulfato
de cobre
155
Experimento 11. Determinación del contenido en sulfatos presentes
en una
muestra
156
Experimento
12.
Valoraciones ácido-base
con
determinación conduc-
timétrica del punto
Experimento
13.
Estequiometría
de una
reacción química. Método
de
las
variaciones continuas
173
Experimento 14. Determinación de cafeína en bebidas refrescantes 175
Experimento
15.
Determinación
de Fe
(II)
en una
muestra mediante
valoración
con ión
perm anganato
y
detección espec-
trofotométrica
del
punto
final de la
valoración
178
Experimento
16.
D eterminación turbidimétrica
de
sulfatos:
análisis
del
contenido
en
sulfatos
presentes en una sal de mesa
final
112
181
165
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12 Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre
y
José
L.
Todolí
Experimento
17.
Determinación
del
contenido
en
cloro activo libre
y
cloro activo total en una m uestra de agua de piscina
Experimento 18. Obtención de agua desionizada a partir de agua co-
rriente mediante intercambio iónico
209
Experimento
19.
Aplicación
de los
equilibrios químicos para
la
sepa-
ración, enm ascaramiento
e
identificación
de
cationes
Experimento 20. Conductimetría. Análisis del contenido total de sóli-
dos
disueltos
en
aguas
230
Experimento 21. Espectrofotometría. Análisis del contenido en hierro
presente en una muestra de agua 232
Experimento 22. Volumetría redox. Análisis del contenido en dicro-
mato potásico
presente
en una
muestra
de
agua
residual 236
Experimento
23.
Volumetría ácido-base
con
seguimiento potencio-
métrico de la reacción. Análisis del contenido en
dicromato potásico presente en una mues tra de
agua residual
238
Experimento 24. Determinación de la dureza de un agua 242
203
213
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ÍNDICE
DE FIGURAS
Figura 1. Etapas del procedimiento analítico 23
Figura
2.
Concreción
de la
in form ación analítica requerida
24
Figura
3.
Esquem a simplificado
del
procedim iento analítico
30
Figura 4. D iferentes formas de encontrar la m ateria en la naturaleza
Figura
5.
Tipos
de
disoluciones
que
existen
en la
naturaleza
45
Figura 6. Variación de las concentraciones de reactivos y productos
en función del tiempo 61
Figura 7. Variación de la velocidad de reacción de reactivos y pro-
ductos
en función del tiempo 61
Figura
8.
Variación
de las
concentraciones
de
hidrógeno, nitrógeno
y amoniaco en función del tiempo (en condiciones norma-
les) a partir de: (A) hidrógeno y nitrógeno; y, (B) amoniaco
Figura 9.
Comportamiento
de un
sistem a
en
equ ilibrio
A
B
cuando
se le introduc e alguna perturbación 63
Figura 10. Curva de valoración ácido - base típica 73
Figura 11. Indicadores ácido-base más comunes, así como sus inter-
valos
de viraje 79
Figura 12. Curva de valoración de ácido fuerte con base fuerte 83
Figura 13.
Curva
de
valoración
de un
ácido débil
con una
base fuerte
Figura 14. Curva de la valoración ácido-base de ftalato ácido de pota-
sio con
hidróxido sódico
88
Figura 15. Obtención gráfica del punto final de la volumetría a partir
de la
curva
de
valoración
89
Figura 16. Obtención del punto final de una valoración a partir de la
curva derivada
90
Figura 17. Obtención del punto final de una valoración a partir de la
segunda
cu rva derivada
90
5
62
87
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14
Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre y José L. Todolí
Figura
18.
Duch a lavaojos
97
Figura
19.
Campana extractara
de
gases
100
Figura 20. Ejemplo de etiquetado de un producto químico 105
Figura 21. Ejemplo de etiqueta identificativa de los contenedores de
residuos 110
Figura 22. Esquema de una balan za electrónica 117
Figura 23. Montaje experimental requerido para la determinación de
la
masa m olecular de un gas 120
Figura 24. Variación de la concentración de una impureza en la diso-
lución que
moja
las
paredes internas
del
material
de
labo-
ratorio (C
n
/C
0
) en
función
del número de etapas de lavado
con agua desionizada (n). Volumen utilizado en cada lava-
do = v 125
Figura 25. Variación de la concentración de la d isolución que moja las
paredes internas
del
material volumétrico (C
n
/C)
en función
del número de etapas de homogeneización (n). Volumen
utilizado
en
cada etapa
= v 126
Figura 26. Enrase de material aforado con líquidos que (A) mojan y
(B ) no m ojan el vidrio 127
Figura 27. Error de para laje 127
Figura
28.
Lectura
del
volumen
en una
bureta tipo Schellbac
128
Figura
29.
Líquido contenido
en una
pipeta
una vez
vaciado
su
conte-
nido 129
Figura 30. Manejo de la bureta durante una volumetría 129
Figura 31. Diferentes tipos de llave de bureta 130
Figura 32. M echero Bü nsen 138
Figura 33. Diferentes tipos de llama en función de la relación com bu-
rente/combustible 139
Figura 34. Partes de una llama 139
Figura
35.
Calentamiento
de
tubos
de
ensayo
140
Figura 36. Calentamiento de vasos de precipitados 141
Figura 37. Tratamiento térmico de crisoles 142
Figura
38.
Diferentes tipos
de filtros: (A ) filtro
liso;
(B) filtro de
plie-
gues; (C) filtro para em budo Büchner 143
Figura 39. Trasvase de líquidos con ayuda de una varilla 144
Figura
40.
Dispositivo experimental
empleado
para llevar
a
cabo
la
cromatografía en papel 149
Figura 41. Esquema del soporte utilizado para realizar la cromato-
grafía
en papel 149
Figura
42.
Desarrollo
de la
separación cromatográfica
en
papel
150
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Introducción a la Experimentación en Química Ana
lítica
\ 5
Figura 43. Ejemplo de cálculo de la constante R
f
a partir de datos
experimenta
les
152
Figura
44.
Plegado
del
papel
de filtro
para
su
calcinación
en
crisol
158
Figura
45.
Esquema
de una
célula
de
conductivi
dad
163
Figura 46.
Esquema
del
funcionamiento
de un
conductímetro
164
Figura 47.
Fotografía
de un
conductímetro
165
Figura 48. Papel indicador de pH 167
Figura 49.
Esquema
del
sistema
de
medida
de pH
basado
en un
elec-
trodo
de
referencia
de
calomelanos saturado
(A) y uno de
Ag/AgCl
(B) 168
Figura
50. Esquema de la estructura de la m embrana (a) y del proceso
de intercambio de los cationes presentes en los intersticios
de la
estructura
de la
m embrana
y
aquéllos presentes
en la
disolución. En el caso de la media de pH, los cationes que
se introducen en la m embrana son H
+
169
Figura 51. Regiones del espectro electromagnéti
co
170
Figura 52. Esquema de un espectrofotómetro básico de visible 171
Figura 53. Absorción de la radiación por parte de un compuesto d ado.
Figura 54. Comportamiento típico de la Absorbancia de una sustancia
en
función
de su concentración en la disolución 173
Figura 55. Curva de valoración de Fe
2+
con ión permanganato 179
Figura 56. Origen y tipo de datos tratados 186
Figura
57. Re sultados obtenidos al analizar 50 veces la concentración
de nitrato en una m uestra de agua 189
Figura 58. Función de densidad de probabilidad de los resultados mos-
trados en la
Figura
57 190
Figura 59. Uso de la hoja de
cálculo Microsoft Excel para
la
prepara-
ción
de una recta de calibrado así como el cálculo de la
concentración y su imprecisión en muestras 198
Figura 60. Influencia de la escala en la representación de datos expe-
rimentales
199
Figura
61.
Esquema
del
procedimiento
a
seguir para
la
desionización
de agua corriente 212
Figura
62.
Esquema seguido pata
la
separación
e
identificación
de
algunos cationes
en
disolución
214
Figura
63.
Montaje requerido para
el
seguimiento potenciométrico
de
una valoración
240
172
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ÍNDICE
DE
TABLAS
Tabla
1.
Com binaciones químicas inorgánicas
34
Tabla 2.
Clasificación
de los
compuestos orgánicos atendiendo
a su
grupo funcional 41
Tabla 3. Clasificación realizada por la AS TM (AST M D -1193 de
1991) para los diferentes tipos de agua utilizados en el labo-
ratorio
46
Tabla 4. Diferentes formas de expresar la concentración de un soluto
Tabla 5. Patrones primarios emp leados habitualm ente en laboratorios
de análisis 74
Tabla 6. Datos de la curva de valoración de ftalato ácido de potasio
con hidróxido sódico 88
Tabla 7.
Material
y
p equeño equipamiento
de uso
habitual
en los
labo-
ratorios analíticos 92
Tabla 8. Clasificación de las sustancias y símbolos de peligrosidad
Tabla 9. Clasificación de los residuos generados en un laboratorio
químico
109
Tabla 10.
Algunos ejemplos
de
incompatibilidades entre productos
químicos 111
Tabla 11. Tipos de papel de filtro más utilizados en el laboratorio 143
Tabla 12.
Clasificación general
de los
m étodos cromatográficos
147
Tabla 13. Parámetros más habituales para la caracterización de con-
juntos de med idas experimentales 188
Tabla
14.
Expresiones simplificadas para
el
cálculo
de la
imprecisión
de
variables calculadas utilizando
la
p ropagación
de
errores
Tabla 15. V alores límite de concen tración de las especies de cloro pre-
sentes en aguas de piscinas en la Comunidad Valenciana 202
47
7
192
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1. INTRODU CCIÓN
Desde su implementación en los planes de estudio de las Titulaciones de
Ciencias, hace ahora diez años, las a signaturas experim entales han supuesto
un reto tanto
a la
labor
de
aprendizaje
del
alumno como
a la
docente
del
profesor.
En la
actualidad, donde
los planes de
Convergencia Europea mar-
can el
futuro
de la
U niversidad española,
la
importancia
y
necesidad
de
este
tipo
de asignaturas es indiscutible. D e hecho, las asignaturas experim entales
constituyen
un
porcentaje imp ortante
de los
créditos totales propuesto s
en el
libro blanco del nuevo Título de Grado en Química que ha elaborado recien-
temente
un
Com ité
de
Expertos para
la
Agencia Nacional
de
Evaluación
de
la Calidad y Acreditación (ANE CA ).
1
La
experiencia adquirida por los autores en la
docencia
de
este tipo
de
asignaturas h a perm itido detectar la existencia de una serie de problemas que
resulta
necesario solventar para alcanzar con éxito los objetivos planteados
en
cada
una de
ellas. Entre
las
d ificultades
m ás
comunes
a la
mayor parte
de
los
alumnos
de
iniciación
a la
experimentación
en
Química Analítica
podemos destacar:
23
(i)
la falta de experiencia previa en el trabajo en un
laboratorio de
Química
(y más
concretamente
de
Quím ica Analítica),
lo que
implica
un
desconocimiento,
no
sólo
del
material
de
trabajo
o del
modo
de
realizar
las operaciones más básicas, sino tamb ién de los riesgos que implica
el trabajo en el laboratorio y las precauciones a tener en cuenta; y, (U ) la
diversidad
de
formación previa
de los
alumnos
que acceden a las
diferentes
titulaciones.
El texto que aquí se presenta tiene como objetivo primordial ayudar a
los
estudiantes
de
C iencias
a
iniciarse
en el
aprendizaje
de la
Q uímica Ana-
lítica. Para ello se ha pretendido que desde el primer momento el lector se
familiarice con los conceptos y el vocabulario empleado en la bibliografía
especializada.
E l
texto consta
de
tres partes bien diferenc iadas.
En la
primera
-
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20
Juan
Mora,
Luis
Gras,
Salvador Maestre y
José
L.
Todolí
se presentan al lector los objetivos de la Química Analítica y su papel en la
sociedad actual, así como el procedimiento seguido por el químico analítico
en la
resolución
de
problemas concretos.
En la
segunda,
se
presentan
las
herramientas básicas
de las que
hace
uso la
Química Analítica.
Con
ello
se
pretende asentar algunos aspectos fundamentales de la Química General que
ya han sido abordados por el alumno en ciclos educativos anteriores y que
resultan necesarias para abordar
con
éxito
los
objetivos específicos plan-
teados en cada uno de los experimentos propuestos. Además, se tratan con
detalle las herramientas experimentales básicas necesarias para iniciarse en
la
experimentación en esta área de conocimiento, tanto en lo que se refiere
a normas y métodos de trabajo en el laboratorio como a material e
instru-
mentación habitual. Finalmente, en la tercera parte se plantean una serie de
experimentos
con los que se
pretenden abordar
los
objetivos planteados
en
las
asignaturas
de
introducción
a la
experimentación
en
Química Analítica.
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8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
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2.
OBJETIVOS
DE LA
QUÍMICA ANA LÍTICA
La Química Analítica es una disciplina de la Química que trata de la
identificación
y/o
caracterización, cuantitativa
y/o
cualitativa,
de
especies
químicas presentes en una muestra determinada. Para ello
desarrolla
méto-
dos e instrum entos que permiten obtener inform ación sobre la com posición
y
la
naturaleza química
de la
m ateria.
Muchas de las formas de proceder y métodos empleados en Química
Analítica son
comunes
a
otras disciplinas
de la
Química.
De
hecho,
en la
mayoría de los campos de la Química se llevan a cabo análisis químicos
haciendo
uso de las
herramientas
de la
Quím ica Analítica.
Lo que
diferencia
al
especialista en Q uímica Analítica del resto de quím icos es que los prime-
ros se enfrentan al reto de mejorar, encontrar nuevas
aplicaciones
y/o desa-
rrollar n uevos tipos de análisis químicos.
Como
se
puede intuir
a
partir
de la
d efinición dada anteriormente, dentro
de la Química Analítica se pueden diferenciar distintas áreas en función el
tipo de información que se desea obtener. Así tenemos la Q uímica Analítica
Cualitativa que se centra en identificar la presencia o ausencia de una espe-
cie química; la
Q uím ica Analítica Cuantitativa
que gira en torno a la m edida
de la
cantidad
de
dicha especie
que se
encuentra
en la
m uestra
a
analizar;
y,
la Química Analítica Estructural que se centra en llevar a cabo no sólo la
identificación
de la
presencia
de una
especie determinada sino también
en
la
caracterización
de su
estructura. Podrían establecerse otro tipo
de
subdi-
visiones
de la
Química Analítica siguiendo otros criterios, como pueden
ser
la naturaleza de la muestra que se va a analizar (sólida, líquida o gaseosa),
en
función de la
cantidad
de la
m uestra
de que se
disponga (macro análisis,
semi-micro, micro
y
ultra-micro análisis),
o de la
concentración
de las
espe-
cies que se vayan a determinar (macro, micro componentes, trazas y ultra
trazas).
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
20/264
22 Juan Mo ra, Luis Gras, Salvador Ma estre y José L.
Todolí
Es evidente, a partir de lo que ya se ha comentado, que el principal
objetivo de la
Q uímica A nalítica
es
obtener información
a
partir
de un
pro-
blema (muestra) determinado. Para ello el Químico Analítico ha de seguir
una
m etodología basada en el m étodo científico que denom inam os
Procedi-
miento Analítico.
2.1. PROCEDIMIENTO ANALÍTICO
La Real Academia Española de la Lengua define
procedimiento
como:
acción de proceder o método de ejecutar algunas cosas. En otras palabras, un
procedimiento
nos
indica como hemos
de
proceder
o
actuar para llevar
a
cabo
un
objetivo concreto.
Si
aplicamos esta definición
al
terreno
de la
Química Analí-
tica podremos entender fácilmente que el procedimiento analítico es la acción o
conjunto
de
acciones
que hay que
seguir para llevar
a
cabo
un
análisis químico.
Visto desde una perspectiva simplista, se podría pensar que el procedimiento
analítico está compuesto por el simple acto de obtener una señal (como el leer
una temperatura, observar
un
color,
un
olor etc.).
Sin
embargo, como veremos
a continuación, el procedimiento analítico com prende aspectos más variados a
los que a m enudo no se les presta demasiada atención, pero que suelen tener una
gran importancia a la hora de obtener e interpretar los resultados.
Las distintas etapas del procedimiento analítico que actualmente se reco-
nocen son:
4,5
1. Identificación
y
confirmación
de la
información requerida.
2. Concreción de la inform ación analítica requerida.
3. Planificación
de la
estrategia analítica.
4.
Toma
de
muestra.
5.
Tratamiento
de la
muestra.
6. Etapa de medida.
7. Evaluación y tratamiento de los
datos.
8.
Interpretación
de los
resultados.
Como podemos comprobar,
la
visión simplista
del
procedimiento analí-
tico tendría en cuenta únicamente el apartado 6. Entonces ¿cómo han apare-
cido el resto de eta pas? La respuesta es bien sencilla y surge de form a nat ura l
al
tratar de responder a una pregunta en cu estión: ¿para qué llevamos a cabo
un análisis concreto? En todos los casos existen varias razones que justi-
fican el
análisis
y son
estas razones
las que
generan,
a su vez una
serie
de
preguntas que nos obligan a plantear las distintas etapas del procedimiento
analítico.
La
correspondencia entre algunas
de
estas preguntas
y las
distintas
etapas del procedim iento analítico se puede ver reflejada en la Figura 1.
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
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Introducción
a la
Experimentación
en
Química Analítica
23
Etapas
del
procedimiento analítico
Preguntas
1 . Identificación y confirmación de la información requerida.
2.
Concreción
de la
información an alítica requerida.
3.
Planificación
de la
estrategia analítica.
4.
Toma
de
muestra.
5.
Tratamiento
de la
muestra.
6. Etapa de medida.
7.
Tratamiento
y
evaluación
de los
datos.
8. Interpretación
de los
resultados.
¿Qué
necesitamos conocer?
¿Cómo conseguimos
la
información?
¿Estamos satisfechos?
¿Qué consecuencias tiene?
Figura 1. Etapas del procedimiento analítico
2.1.1.
Identificación
de la
información
requerida
El
análisis quím ico se emplea, en general, como herramienta para la solu-
ción de un
determinado problema económico, social, científico
o
técnico.
Está
claro
que un
problem a
de
estas características
no
puede
ser
abordado
de
forma unilateral por los químicos analíticos, sino que exige la participación
de
todas
las
partes implicadas (cliente
y
especialistas).
El
químico analítico
debe tener un papel activo cooperando con el cliente en la concreción de la
información
requerida. Para ello es preciso conocer todas las característi-
cas del
problema
que
motiva
el
análisis.
Es
necesario,
por
tanto, plantear
el
problema
con
toda
la
información disponible
con
objeto
de clarificar la
información
analítica que posteriormente se va a necesitar para la resolución
del mismo.
2.1.2. Concreción
de la
información analítica requerida
En la
segu nda etapa,
el
quím ico analítico debe transform ar
la
información
obtenida
anteriormente en información analítica necesaria para resolver el
problema concreto.
Es
decir, ¿cómo
se
puede resolver
el
problema haciendo
uso
de la Quím ica Analítica? E l resultado final ha de ser el fijar una serie de
parámetros que mediante su seguimiento permitan concretar analíticamente
el
problema.
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
22/264
24
Juan M ora, Luis Gras, Salvador Maestre y José L.
Todolí
En la Figura 2 se muestra un esquema de los distintos factores que se
deben considerar para la concreción de la información analítica requerida.
Estos se pueden englobar en dos grandes grupos, la información referida al
analito/s*
a determinar (indicadas en la parte superior de la Figura 2) y las
referidas al método o m étodos de análisis que se van a emplear (parte infe-
rior de la
Figura
2).
Así, debe definirse
la
estrategia analítica
a
seguir, i.e.,
el objeto
y
plan
de
m uestreo,
los
analitos
a
determinar
y el
tipo
de
análisis
a
realizar. Resulta
muy
importante
en
esta etapa establecer
un
compromiso
entre parám etros analíticos com o precisión, sensibilidad, selectividad, etc.,
y
otros parámetros como rapidez, costes, etc.
2.1.3.
P lanificación
de la
estrategia
analítica
Una
vez
definida
la información analítica requerida para resolver el pro-
blema, hay que diseñar el proceso o procesos analíticos que resulten más
adecuados. Para ello hay que tener en cuenta varios factores:
(i)
caracterís-
ticas de la información requerida; (U) características del objeto; (iii) medios
materiales, instrumentales
y
h um anos disponibles;
y, (iv)
coste
del
proceso.
Esta
estrategia puede desembocar
en
ocasiones
en la
necesidad
de
desarro-
llar
innovaciones para
satisfacer la
demanda
de la
información
(lo que se
denomina
Q uímica Analítica Fundam ental).
Información
requerida
Tipo
de
análisis
Global / Discriminado
Temporal / estático / espacial
Cualitativo
/
cuantitativo
/
estructural
Figura 2. Concreción de la información analítica requerida.
* Analito
es
toda especie química
que va a ser
investigada cualitativa
o
cuantitativa-
mente.
Analito
Toma
de
muestra
Propiedades
analíticas
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
23/264
Introducción a la Experim entación en Química Analítica 25
En este p un to la consulta de bibliografía científica es esencial, pue sto que
con frecuencia
el
problema p uede resolverse aplicando algún método previa-
m ente establecido. En ese caso, una vez recopilada toda la inform ación, hay
que
realizar una selección rigurosa del m étodo a emp lear mediante el estudio
comparativo de las características analíticas de todos ellos.
6,7,8
Los métodos se pueden clasificar según su procedencia en:
1. Métodos oficiales. Su uso es exigido por organismos gubernamentales
para satisfacer regulaciones establecidas
2. Métodos estándar,
desarrollados por organismos nacionales o interna-
cionales
de
prestigio
3. Métodos publicados
por
organizaciones profesionales
4. Métodos publicados por organizaciones comerciales
5. Métodos publicados en la bibliografía científica
6. Métodos propios desarrollados por el propio laboratorio.
En otras ocasiones
los
métodos establecidos
no son
capaces
de
resol-
ver el
problema
analítico concreto, por lo que es
necesario recurrir
a otras
fuentes de información científica. Estas fuentes constituyen la base de un
aprendizaje
continu o para el especialista y le permite estar al corriente de los
últ imos
avan ces científicos.
Las fuentes bibliográficas científicas se pueden clasificar atendiendo a
diversos puntos d e vista:
1. Según
la
forma
de
transmitir
el
conocimiento:
fuentes
orales,
escritas,
audiovisuales e informatizadas.
2. Según
el
tratamiento dado
a la
información:
primarías, secundarías y
terciarías.
Las
fuentes primarías
son aquellas que contienen información directa y
original. Se producen, por tanto, como primera consecuencia de un estudio,
una
investigación o un trabajo . Desde un punt o de vista pedagógico presen-
tan m enos utilidad que los libros, pero son imp rescindibles en el cam po de la
investigación.
A
este grupo pertenecen:
a. Las revistas científicas que publiquen trabajos de investigación inéditos.
b.
Textos íntegros de conferencias.
c. Tesis doctorales.
d. Informes
d e
universidades
o
centros
de
investigación.
e.
Patentes.
f. Normas
de
organismos oficiales.
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
24/264
26
Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre
y
José
L.
Todolí
Las
revistas científicas con stituy en
la
forma principal
en que se
m uestran
las
fuentes primarias. O tras
fuentes primarias,
como pueden ser las com uni-
caciones a congresos o las tesis doctorales, acaban habitualmente constitu-
yendo publicaciones
en
revistas científicas.
Las
fuentes secundarias
son
aquellas
que
contienen información indi-
recta obtenida mediante un proceso de recopilación de
las fuentes primarias,
ordenada y clasificada de acuerdo con un determinado
criterio.
En ellas se
incluyen:
a.
Enciclopedias, tratados y diccionarios.
b.
M onografías especializadas.
c. Revistas de resúme nes.
d. Catálogos (bases de datos).
e. Tablas y libros de constantes.
f.
Colecciones
de
puesta
al día
(Advances
in..., Progress Series, Annual
Reviews,
etc.)
En las fuentes terciarias se
incluyen todas aquellas fuentes
que
tienen
como misión difundir, previa adecuada elaboración, conocimientos funda-
mentales.
Son
fuentes
terciarias:
a.
Libros
de
textos,
de
temas generales
o
especializados
b. Colecciones o series de libros de texto.
Ciertamente esta clasificación no es perfecta. Basta considerar, como
ejemplo, que,
si
bien
de
ordinario
los
libros recogen información primaria
seleccionada,
en no
pocas ocasiones
el
autor añade datos
no
publicados
con
anterioridad (los
unpub lished results
tantas veces citados).
En
tales casos
el
libro
se
convierte,
al
m enos parcialmente,
en fuente
primaría.
2.1.4.
Toma
de
muestra
Una vez diseñado (o seleccionado) el método analítico a seguir, la
siguiente
etapa es la de tom a de la muest ra o muestreo. Esta es, con
frecuen-
cia,
la
etapa
más
importante
de
todo
el
análisis.
9
La
operación
de
muestreo
consiste
en la
obtención
de una
porción representativa
de un
grupo grande
o población de la que se desea obtener la
información
requerida.
10
La pro-
blemática principal del muestreo se encuentra en la heterogeneidad de la
muestra. Esta heterogeneidad se puede presentar a tres niveles:
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
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Introducción a la Experimentación en Química
Analítica
27
(i)
espacial, cuan do
el
objeto
es
diferente
en
extensión, profundidad,
etc;
( U ) temporal, cuando
en el
objeto existen cambios variables
con el
tiempo;
y,
(iii) espacial
/
temporal, cuando
el
objeto varía
con el
espacio
y el
tiempo
(e.g.,
un río es muy
diferente
en su
nacimiento
y en su
desemboca-
dura
y puede cambiar en
función
del mom ento del año).
La condición esencial de un buen muestreo es que la muestra seleccio-
nada para
el
análisis
sea
representativa
de la
población
que se va a
investi-
gar.
9,10
El resultado de un análisis que no sea representativo de la muestra
en su
conjunto
es un resultado con una mala calidad, puesto que sólo tiene
validez
para esa porción de m uest ra seleccionada, de ahí la trascendencia del
muestreo.
Según la estrategia global a seguir, el muestreo puede ser de varios
tipos:
(i) intuitivo,
cuando se lleva a cabo por decisión personal del analista;
( U )
estadístico,
cuando una vez definido el problema el muestreo se lleva
a cabo basándose en reglas estadísticas;
(iii)
dirigido,
cuando
el
problema exige
un
determinado tipo
de
informa-
ción (e.g., concentración de metales en partículas en suspensión de
tamaño
mayor
a uno
dado);
y ,
(iv) de protocolo, cuando por im perativo legal o del cliente, debe seguirse
un procedimiento de m uestreo detallado en una norma, en una publi-
cación oficial, etc.
Una
vez llevado a cabo el m uestreo, hay que conservar y transportar ade-
cuadamente
la
muestra
y
someterla
a una
segura cadena
de
custodia.
El
tipo
de
tratamiento,
los
envases
y las
condiciones para
su
transporte, almacena-
miento y conservación dep enderán de la naturaleza de la muestra (analito y
matriz)
y de los
análisis
a
realizar
en la
misma. Todas
las
operaciones reali-
zadas sobre
la
muestra durante
el
m uestreo, transporte
y
conservación tienen
como objetivo
que la
muestra
a
analizar
no se
altere
y sea
estadísticamente
idéntica a la original. De nada servirá tomar todas las precauciones de un
buen muestreo y de un buen análisis si no se conserva la muestra adecuada-
mente.
2.1.5.
Tratamiento de la muestra
Una
vez seleccionada la m uestra, hemos de ponerla en situación de poder
ser analizada
de
acuerdo
con los
requerimientos
de la
técnica
de
análisis selec-
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
26/264
28 Juan Mo ra, Luis Gras, Salvador Ma estre y José L.
Todolí
cionada. Esto constituye
la
etapa
de
tratamiento
de la
muestra. Esta etapa
se
caracteriza por su especificidad para cada problema analítico planteado. Sin
embargo,
en
general
se
pueden distinguir tres puntos fund am entales:
1.
Puesta en disolución de la muestra.
Muchas de las técnicas analíticas
empleadas h abitualmen te requieren que la m uestra se encuentre en estado
líquido para proceder a su análisis. Por lo tanto, si la m uestra no es ori-
ginalmente líquida es necesario ponerla en d isolución. Esto se puede lle-
var
a
cabo em pleando
los
disolventes adecuados (ácidos, orgánicos, etc.).
Cuando los analitos son de carácter inorgánico y se encuentran en una
matriz de naturaleza orgánica, se suele proceder a la destrucción de la
materia orgánica mediante el empleo de los reactivos oxidantes adecua-
dos. Cuando las muestras sólidas son insolubles en ácido se recurre a los
métodos
de
disgregación (fusión
con un
reactivo sólido).
2.
Eliminación
de interferencias. La
muestra normalmente estará cons-
tituida por una matriz, de mayor o menor complejidad, en la cual la
especie
o especies a
determinar
van a
coexistir
con
otras
de
escaso
o
nulo interés para
el
análisis. Estas especies pueden mostrar
el
mismo
comportamiento que el analito durante el análisis, por lo que el resul-
tado puede estar sometido
a
errores
im portantes.
Por
tanto,
si
durante
el
análisis
la
propiedad medida
que
está relacionada
con la
existencia
y
concentración
de las
especies
de
interés (analito)
no es
específica,
esta medida puede estar sometida a una gran incertidumbre (error)
debido al efecto de interferencia. Ello obliga a separar el analito de la
matriz med iante un tratam iento adecuado.
3.
Operaciones adicionales
(dilución, preconcentración, enmascara-
miento, extracción, derivatización, etc.). En ocasiones el analito está
presente en
unas
concentraciones por encima o por debajo del inter-
valo requerido por la técnica de análisis seleccionada. Esto obliga a
añadir
una
etapa
de
dilución
o
preconcentración
del
analito. Otras
veces el analito de interés no es detectable directamente mediante la
técnica seleccionada o bien ésta no posee la
suficiente
sensibilidad.
Con
frecuencia estos problemas desaparecen sometiendo al analito a
una adecuad a transform ación (reacción
de
d erivatización)
con
objeto
de h acerlo detectable.
2.1.6. Etapa de medida
La
etapa
de
m edida
se
basa
en la
observación
y/o
determinación
de una
propiedad de la
especie
que se quiere analizar. Para
ello
se utiliza un instru-
mento de medida que es la m aterialización de una técnica analítica.''
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
27/264
Introducción a la Experimentación en Q uímica Analítica 29
Las señales medidas suelen estar basadas en características químicas o
físico
-
químicas bien
de los
analitos
o de
alguno
de sus
productos
de
reac-
ción
(en el caso de requerir derivatización). Estas señales pueden, inicial-
mente, tener una naturaleza muy variada: óptica, electroquímica, másica,
térm ica, etc. En la m ayoría de las ocasiones esta señal inicial es transducida
y
am plificada
a
otra señal, generalm ente eléctrica,
que es la que finalmente se
mide. A continuación
esta
señal se
traduce
en información química mediante
la calibración con em pleo d e estándares.*
La
calibración
se
define como
el
conjunto
de operaciones que
permiten
establecer la relación existente entre:
12
1.
Los valores indicados por el instrumento o sistema de medida y los
correspondientes valores obtenidos a partir de referencias que produ-
cen una señal exacta. Por ejem plo, las balanzas se calibran em pleando
pesos
de
referencia
de
m asa perfectamen te conocida. Esta operación
se
denomina
calibración instrumental.
2.
La
señal indicada
por el
ins t rum ento
y una
propiedad determinada
de
la
m uestra o del analito de interés. Para llevar a cabo esta operación se
emplean una serie de patrones de características similares a la mues-
tra.
Esta es la denom inada
calibración metodológica.
En
función del tipo de calibración a que debe estar sometido un instru-
mento, éstos
se
pueden c lasificar
en :
a.
Instrumentos primarios, los cuales
sólo
necesitan la calibración ins-
t rumental. Un ejemplo de este t ipo de instrumentos lo constituye la
balanza. Los métodos absolutos se basan en el
empleo
de
este
tipo de
instrumentos.
b. Instrumentos relativos (basados en la comparación de señales de
estándares
y de la
m uestra) precisan tanto
la
calibración instrumental
como la calibración metodológica. Como ejemplo de este tipo de ins-
t rumentos podem os citar el espectrofotómetro.
De acuerdo con la finalidad del aná lisis, los instrumentos pueden originar
respuestas p ara u sos cualitativos, cuantitativ os, estructurales y m ixtos , aun-
que
en
raros
casos
de
form a exclusiva, sino
generalmente
de
forma preferen-
cial.
L os
ins t rum entos
con una finalidad
c ualitativa preferencial
son
aquellos
cuya información perm ite
identificar
con garantía los ana litos. Son ejemplos
* Un estándar o patrón es una muestra de concentración de analito perfectamente
conocida.
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
28/264
30
Juan
Mora,
Luis Gras, Salvador
Maestre y José L. Todolí
de ello la espectrometría de infrarrojos y la espectrometría de masas. Los
instrumentos con finalidad cuantitativa preferencial ofrecen una relación
señal - concentración fiable, pero son poco fiables para ofrecer información
cualitativa (e.g.,
espectroscopia
de
absorción
y
emisión molecular).
En
otros
casos (e.g., espectroscopia de emisión y absorción atóm ica) los inst rum entos
se
pueden utilizar
en
am bos sentidos. Finalmente, existen otros instrum entos
cuya
aportación
más
relevante
es el
análisis estructural.
Tal es el
caso,
por
ejemplo, de la resonancia ma gnética nuclear.
2.1.7. Evaluación y
tratamiento
de los
datos
Una vez se ha
llevado
a
cabo
la
medida
de la
propiedad característica
del
analito,
el
valor
de
dicha medida
se
traduce
en
información quím ica.
A
con-
tinuación se
procede
a
tratar esta información
de
manera lógica
(en
primer
lugar) y estadística. Conviene deja r claro que cualquier medida está sujeta a
variabilidad y, por tanto, pueden aparecer resultados erróneos aún en el caso
de haber seguido correctamente todos los pasos del método.
Etapas previas al
análisis
químico
Interpretación de resultados
No
Figura
3.
Esquema simplificado
del procedimiento
analítico.
Análisis químico
^^^orrectosT^^---
¿Responden
al
)blema
planteado
Fin
del
análisis
No
tratamiento de datos
S
Si
-
8/20/2019 Introducción a la experimentación en química analítica.pdf
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Introducción a la Experimentación en Química Analítica 31_
2.1.8.
Interpretación
de los
resultados
Una
vez
tratados
los
datos,
y si
éstos
son
satisfactorios,
se
procede
a
interpretar
los
resultados
en
función
del
problema planteado.
En el
caso
en
que la
interpretación
de los
resultados proporcione
la
inform ación necesaria
para la resolución del problema planteado se da por concluido el análisis. Si
los resultados no son satisfactorios, o bien si la información obtenida no es la
adecuada, entonces se revisan las distintas partes previas del p rocedimiento
con objeto
de
tratar
de
resolver
el
problema alterando
una de
estas etapas
o
bien se reenfoca el problem a desde otra perspectiva (Figura 3).
2.1.9.
Informe
de
resultados
El
informe es el último paso a realizar cuando se lleva a cabo un expe-
rimento. A través del informe se comunican los resultados obtenidos y el
proceso seguido para su obtención. Dado que en la mayor parte de los casos
es el único m odo de presentar los resultados, es importante que se prepare de
forma correcta. Para ello es conveniente seguir una serie de normas:
1.
El
inform e debe
ser
siempre m ecanografiado
o
escrito
con un
procesa-
dor de textos.
2. Es esencial que la presentación del informe cause buena impresión. El
borrador inicial del informe debe ser el propio cuaderno del laborato-
rio.
3. Todos los datos deben presentarse con las unidades adecuadas, así
como
con el
número correcto
de cifras
significativas.
Un
elevado
número de cifras significativas indica que el resultado se conoce con
mucha
m ás precisión de lo que realm ente se conoce.
4.
Todas
las
cuestiones deben
ser
contestadas
con frases
completas
y
gramaticalmente correctas
5. Los informes que requieran más de una página deben ir grapados o
encuadernados.
6. El informe debe contener la fecha y la firma y rúbrica del autor.
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his page intentionally left blank
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3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO
Para llevar
a
cabo correctamente
el
análisis,
el
químico analítico dispone
de una
serie
de
herramientas
que ha de
conocer
y
dominar.
A
continuación
presentamos
las más
elementales.
3.1. HERRAMIENTAS
TEÓRICAS
BÁSICAS
3.1.1.
Formulación
y nomenclatura de compuestos
químicos
Sistematizar la
nomenclatura
de los
elementos
y las
combinaciones
que
son capaces
de
formar entre ellos
ha
sido, desde
sus
comienzos,
una
tarea
fundamental de la
Química.
En la
actualidad,
las
normas
aceptadas
interna-
cionalmente
para nombrar compuestos
son las de la International Union of
P u r e
a nd
Applied Chemistry
(IUPAC)
propuestas
en
1970.
3
Un
estudio detallado
de
estas normas
y de
otras todavía vigentes
en la
actualidad está
fuera del
objetivo
de este
texto,
por lo que
únicamente
se
presenta un
breve resumen
de las
mismas.
3.1.1.1. Compuestos inorgán icos
1 3 .1 4 . 1 5
Los
compuestos químicos inorgánicos (Tabla
1) se
nombran utilizando
una
de las
tres nomenclaturas siguientes
:*
1. Nomenclatura tradicional. Es la
primera
que
utilizó reglas para asignar
los nombres
a los
compuestos químicos.
Se
basa
en la
utilización
de
* Uno de los
errores
m ás
habituales consiste
en
mezclar
las diferentes nomenclaturas
al nombrar
un
único com pues to .
Con
ello
se
suele duplicar
información y se debe evitar a toda
costa.
-
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34
Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre y José L.
Todolí
prefijos,
sufijos y
nombres
de
familias. Para indicar
la
valencia
de un
metal se siguen las siguientes reglas:
(i) cuando éste tiene una sola valencia, se antepone la palabra de al
nombre del
metal
o se
escribe
el
nombre
del
metal
con el
sufijo
-ico',
( i i ) cuand o tiene
dos
valencias
se
escribe
el
nombre
del
metal
con
el sufijo
-oso
(para la valencia menor) o el
-ico
(para la valencia
mayor).
Para indicar
la
valencia
de un no
metal
se
utilizan tanto prefijos como
sufijos:
con una sola valencia, el sufijo -ico; con dos valencias, el
sufijo
-oso o el
-ico,
de la m isma manera que con los m etales; con tres valen-
cias,
el
prefijo
y el
sufijo
hipo-
-oso
para
la
menor
y los
sufijos
-oso o
-ico para las dos siguientes en orden creciente; con cuatro valencias se
utiliza el mismo esquema que con tres pero para la m ayor de todas se
utiliza
el
prefijo
per- y el
sufijo
-ico.
2.
Nomenclatura Stock.
Utiliza
las
reglas
de la
nomenclatura tradicional
pero indicando el número de oxidación o valencia con números roma-
nos y entre paréntesis. Si el elemento sólo tiene una valencia, entonces
no se indica. En algunos casos al nombre del elemento se le pone un
prefijo
griego. También
a
veces
se
ponen p refijos
y
sufijos
al
no-metal.
3.
Nomenclatura sistemática.
Es la que sigue las normas establecidas
por la IUPAC. A cada nom bre de elemento se le pone un prefijo griego
que
indica
el
número
de
átomos
o
iones
(mono-, 1; di-, 2; tri-, 3; tetra-,
4; penta-, 5,...). E l prefijo mono- puede no ponerse. En algunos casos
se
indica la valencia con números romanos y entre p aréntesis.
Tabla 1. Combinaciones químicas inorgánicas
Combinación
Binarias
Ternarias
Cuaternarias
Función
Óxidos
Peróxidos
Hidruros
Sales binarias
Hidróxidos o bases
Ácidos oxoácidos
Sales oxisales neutras
Sales
oxisales acidas
Tioácidos
Peroxoácidos
Compuestos
de coordinación
-
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Introducción
a la
E xperimentación
en
Quím ica Analítica
35
En
algunas ocasiones los compuestos químicos reciben nombres comu-
nes que no respon den a ning uno de estos tres tipos de nom enclatura
Valencia
y
número
d e
oxidación
La
valencia
de un
elemento químico
es el
número
que
representa
la
capa-
cidad de un átomo para combinarse con otros átomos o radicales. Tom ando
como referencia el hidrogeno, al que se asigna valencia 1, la valencia de un
elemento
es
igual
al
número
de
átomos
de
hidrogeno
que se
com binan
con
un átomo
de ese
elemento.
La
valencia
de los
elementos
en
com puestos
en
los
que no interviene el hidrogeno p uede conocerse indirectamente. Así, por
ejemplo,
la
valencia
del
cloro
en la
molécula
de
ácido
clorhídrico
(HC1)
es
1 porqu e se com bina con un átom o de hidrógen o. Teniendo esto en cuenta,
podemos deducir que la valencia del aluminio en la molécula de tricloruro
de aluminio (A1C1
3
) es 3, pu esto que se com bina con tres átom os de cloro de
valencia 1.
También se
puede
considerar la valencia como el número de
enlaces
que
un átomo form a cuando
se
combina
con
otros.
Si el
compuesto
es
iónico,
la
valencia viene dada por el núm ero de electrones cedidos o captados y es, por
tanto, igual
a la
carga
del
ión.
S i el
compuesto
es
covalente
la
valencia coin-
cide con el número de enlaces que el átomo comparte. Los metales suelen
tener
sólo valencias positivas. En cambio, los no metales presen tan valencias
tanto positivas como negativas.
Se
llama
número
de
oxidación o estado
de
oxidación de un
átomo,
en
un determinado compuesto, al número
positivo
ó negativo que representa la
carga que quedaría en un átom o dado si los electrones de enlace se asignan al
m iembro m ás electronegativo del par de enlace. Por ello el núm ero de oxida-
ción
de un
elemento
no es una
cualidad
intrínseca
d e
este, sino
que
depende
de los demás elementos de la molécula. Así, el oxígeno casi siempre actúa
con número de oxidación 2-, pero en su combinación con el flúor tiene un
núm ero de ox idación 2+, por ser el flúor más electronegativo que el oxígeno.
Para calcular
lo s
números
de
oxidación
se
siguen
las
sigu ientes reglas:
1. El número de oxidación de un elemento sin combinar (Zn, Hg, Fe,
etc.)
es cero
2.
El
número
de
oxidación
de un ión es
igual
a su
carga
3. El núm ero de oxidación del hidro geno es 1+, excepto en los hidruros
metálicos
que es 1-
*
Excepto en peróxidos (O2
2
~) que es - 1; hiperóxidos que es -1/2 (O
2
) y ozónidos
que es
1/3(0-,-).
-
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36
Juan
Mora, Luis Gras, Salvador
Maestre
v Jose L. Todolf
4. El numero de oxidacion del oxigeno es 2-*. Con el fluor actua con
numero
de
oxidacion
2+
5. El
numero
de
oxidacion
de
los m etales
en
los com puestos
es
igual
a su
Valencia
ionica:
alcalinos, 1+;
alcalinoterreos,
2+, etc.
6. La
suma algebraica
de los
numeros
de
oxidacion
de
todos
los
atomos
de
un
com puesto es igua l a cero. Si se trata de un ion, esta sum a debe
ser igual a la carga del ion. For ejemplo, en el ion amonio, N H
4
+
, el
numero de oxidacion del nitrogeno es -3 y el del
hidrogeno
es
+ 1.
7. El
fluor
tiene un num ero de oxidacion de -1 en todos sus com puestos.
Los
otros
halogenos,
cloro, bromo
y
yodo, tienen numeros
de
oxida-
cion
negatives
cuando existen como iones halogenuro (CL,
Br~,
I~).
Cuando
el
cloro,
el
bromo
y el
yodo estan combinados
con
oxigeno,
oxoacidos y oxoaniones, t ienen nu m eros de oxidacion positives.
Ejemplo L Calcular el numero de oxidacion de los
elementos
en cada
uno de los
siguientes compuestos:
Compuesto
Elemento
Estado de Numero de
oxidacion atomos
Observaciones
O
H
Cr
-2
+1
+6
Regla
4
Regla 3
Aplicando
la regla 6
tenemos
que:
4 ( - 2 ) + 2 ( + l ) + l ( x ) = 0
donde
x es el
estado
de
oxida-
cion del Cr. Despejando tene-
m os que x=+6
Regla
4
Aplicando la regla 6 tenemos
que:
4 ( - 2 ) + l ( x ) = -2
donde
x es el
estado
de
oxida-
cion del S.
Despejando tene-
mos que x= +6
S0
4
2
O
S
-2
+6
4
2
1
H
2
CrO
4
4
1
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Introducción
a la
Experimentación
en Química Analítica
37
Ejercicio 1. Calcular el número de oxidación de los elementos en cada
uno de los
siguientes compuestos:
Compuesto
C aC
2
O
4
cío-
Elemento Número de oxidación
Ca
C
0
Cl
o
Combinaciones binarias del Hidrógeno
Existen
diferentes tipos
de
compuestos binarios
de
hidrógeno
en
función
•del tipo
de
elemento
con que se
combine:
a. Hidrácidos: so n combinaciones d el hidrógeno con F, Cl, Br, I, S, Se y
Te.
Se
denominan
así
porque
al
disolverse
en
agua
dan
disoluciones acidas.*
Compuesto
HC1
Nombre sistemático
Cloruro de hidrógeno
Seleniuro de
hidrógeno
En
disolución acuosa
Ácido clorhídrico
Ácido sulfhídrico
b.
Compuestos
de
hidrógeno
con no
metales.
Compuesto
N H ,
PH
3
AsH,
SbH,
Nombre sistemático
Trihidruro de nitrógeno
Tetrahidruro de silicio
Nombre común
Amoníaco
Fosfina
Arsina
Estibina
Silano
* En las
siguientes
tablas se han dejado una
serie
de huecos con la
intención
de que
sean
completados
por el
lector.
-
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38
Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre y José L. Todolí
c.
Hidmros
metálicos
Compuesto
NaH
PbH
4
Nombre
Stock
Hidruro
de
sodio
Hidruro
d e estaño IV)
Óxidos, óxidos dobles, peróxidos e hiperóxidos
Fórmula
CrO
H
2
0
2
K0
2
Zn0
4
Li
2
Zn0
2
MgTi0
3
Nombre tradicional
Óxido hipocromoso
Anhídrido perclórico
Óxido de alumnio ó Ses-
quióxido de aluminio
Agua oxigenada
Dióxido de litio y zinc
Nombre
Stock
Óxido de cromo II)
Peróxido
de hidrógeno
Peróxido de cobre II)
H i p e r ó x i d o s u p e -
róxido) de potasio
Dióxido doble) de dili-
tio y zinc
Nombre sistemático
Monóxido de cromo
Dióxido de dilitio y
zinc
Hidróxidos
Compuesto
LiOH
NaOH
Fe OH)
2
NH
4
OH
Nombre sistemático
Hidróxido de
litio
Hidróxido de
sodio
Dihidróxido de
hierro
Nomenclatura Stock
Hidróxido
de
litio
Hidróxido de litio
Hidróxido
de
hierro
II )
Nombre tradicional
Hidróxido
ferroso
Hidróxido cúprico
* El
hidróxido
de
sod io recibe
el
nom bre común
de sosa.
-
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Introducción a la Experimentación en Química
Analítica
39
Otras
combinaciones binarias
(sales)
Compuesto
FeCl,
MnS,
SbF
5
Nombre sistemático
Dicloruro
de
hierro
Hexafluoruro de azufre
Nomenclatura Stock
Cloruro
de
hierro
II)
Sulfuro de manganeso IV )
Nitruro de magnesio
Fluoruro de fósforo V)
Nombre tradicional
Cloruro ferroso
Oxoácidos y peroxoácidos
Compuesto
HC10
H
2
S
2
0
7
H
S
I0
6
H
2
S
2
0
5
H
2
S,0
4
H2S0
5
Nomenclatura Stock
Ácido oxoclórico
(I)
Ácido heptaoxodi-
sulfúrico
(VI)
Ácido
trioxonítrico
(V )
Ácido trioxoperoxo-
sulfúrico (VI)
Nomenclatura sistemática
Oxoclorato
(I) de
hidró-
geno
Heptaoxodisul fato
(VI)
de
hidrógeno
Tetraoxofosfato
(V) de
hidrógeno
Trioxoperoxosulfato (VI)
de
hidrógeno
Nombre tradicional
Ácido hipocloroso
Ácido
disulfúrico
Ácido
pirosulfúrico
Ácido ortoperiódico
Ácido dicrómico
Ácido ditionoso
Ácido peroxosul fú-
rico
-
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40
Juan Mora, Luis
Gras,
Salvador Maestre y
José
L. Todolí
Sales oxoácidas sales dobles
Compuesto
K
2
S0
3
KH2,P0
4
A
g2S2°6
NH
4
SrF
3
CdFeSi0
4
CsNH
4
HPH0
3
A1
2
N0
3
)
4
S0
4
)
Na
6
ClF S0
4
)
2
Nomenclatura sistemática
Trioxosulfato IV) de
potasio
Difosfonato
de sodio
Ortosilicato de berilio
Fluoruro doble) de amonio-
estroncio
Ortosilicato
doble) de
cadmio-hie-
rro
III)
Tetrakis nitrato)sulfato de alumi-
nio
Nombre tradicional
Sulfíto
de potasio
Bromato férrico
Bifosfato potásico
incorrecta)
Complejos
Compuesto
[Fe(CN)5(H
2
0)P
[Fe(H
2
0)
6
]
2+
CoCl
3
(NH
3
)
3
[FeN
3
(NH
3
)
4
(H
2
0)]
2
+
[FeN
3
(NH
3
)
4
(H
2
0)](N0
3
)
2
Ca[ReCl
3
O
3
]
Nomenclatura
sistemática
Ion aquapentacianoferrato (III)
Ion
hexaaquahierro (II)
Triamminatriclorocobalto (III)
Ion diaquatet rakis( t iocianato)manganato (II)
Diamminadiclorodinitropaladio (IV)
Nitrato de tetramminaquaazidohierro (III)
-
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Introducción a la Experimentación en Química Analítica
41
3.1.1.2. Compuestos orgánicos
15
-
16
Los com puestos orgánicos se caracterizan por estar constituidos por
car-
bono, hidrógeno, oxígeno
y, en
m enor medida,
por
nitrógeno, fósforo,
azufre
y algunos halógenos. Una diferen cia importante entre estos com puestos y los
inorgánicos es
que,
en estos últim os, la fó rm ula empírica es atribuible a un
único
compuesto, mientras
que
varios compuestos orgánicos pueden tener
la m isma fó rm ula. Esto obliga, en num erosas ocasiones, a la utilización de
fórmulas
desarrolladas para eliminar la am bigüedad. La Tabla 2 m uestra una
clasificación
de los
com puestos orgánicos
en
base
a sus
grup os funcionales.
Tabla
2.
Clasificación
de los
compuestos orgánicos
atendiendo
a su
grupo funcional
Grupo
Estructura
del
grupo funcional
Alcanos
Alquenos
Alquinos
C-C
c=c
oc
Hidrocarburos aromáticos
Derivados halogenados
Alcoholes, fenoles
y éteres
Aldehidos
y cetonas
Ácidos
carboxílicos
Aminas , amidas y azidas
Heterociclos
R-X (X= F, Cl, Br, I)
R-OH,
R-COH, R-CO-R'
R-COOH
R - NH
2
,
R-CO-NH,,
R-N
3
,R_
O_R'
O H
-
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42
Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre y José L. Todolí
Alcanos
Compuesto
Cri,Cri
2
Cri
3
CH
3
CH(CH
3
)CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
Nombre
Propano
2-metilheptano
3-isopropil-2-metiloctano
2-cicIopropilpropano
6,6,9-tris(
1 , 1 ,2-trimetilbutil)pentadecano
Alquenos y alquinos
Compuesto
CH
2
=CH
2
CH
2
=C=CHCH
3
HC^CH
HC=CCH
2
CH
2
CH=CHC=CH
Nombre
Propeno
1,2-butadieno
1,4-ciclohexadieno
2-butino
3-octeno-
1
,7-diino
4,9,9-trimetil-3-deceno-5,7-diino
4-(3-metilciclopentil)-3,5-heptadien-
1
-ino
Hidrocarburos aromáticos
Compuesto Nombre
l-etil-2-metilbenceno
Fenantreno
Antraceno
2-fenilnaftaleno
Derivados
halogenados
Compuesto
CH
3
CH
2
CH
2
C1
Nombre
1-cloropropano
Cloruro
de
propilo
1 , 1
,2,3-tetrabromo-2,4-dicloropentano
1 ,2-dibromoetano
Cloroformo
Dibromuro de etileno
-
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Introducción a la E xperimentación en Química Analítica
43
Alcoholes,
fenoles y éteres
Compuesto
H O C H
2
CH
2
C H
2
O H
HOCCH=CHCH
2
CH
2
OH
(C H
3
)
2
C H O C H
2
CH(CH
3
)
2
Nombre
1,3-propanodiol
3-hexen-5-in-l-ol
Hidroquinona
3-ciclopenten- 1 -o1
1,7-fenantrodiol
1 -isopropoxi-2-m etilpropano
Isobutil isopropil éter
4,4'-oxidifenol
2,3-epoxipentano
Aldehidos
y cetonas
Compuesto
C H
3
C H
2
CH O
C H
2
O H C H O H C H O
CH
3
COCH
3
Nombre
propanal
2,3,dihidroxipropanal
ciclohexanona
propanona
propanoaldehído
Acetaldehído
gliceraldehído
benzaldehid
o
dimetil cetona (acetona)
2-bromo-4-cloro- 3 -pentil- 3 -ciclopentenona
-
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Juan Mora, Luis Gras, Salvador Maestre y José L. Todolí
Ácidos
carboxílicos y derivados
Compuesto
CH.CH^COOH
CH ^ COONa
CH,COOCH
2
CH3
H.CCOOOCCH^
Nombre
Ácido propanoico
Ácido bencenocarboxílico
Á c i d o o-bencenodicar-
boxílico
Ácido propiónico
Ácido benzoico
Á cido itálico
Ácido 3-carboxi-2-metilhexanodioico
Etanoato de sodio
Etanoato de etilo
Acetato de sodio
Ftalato ácido de potasio
Acetato
de etilo
Benzoato de etilo
Anhídrido acético
Anhídrido
itálico
Aminas
y
derivados
Compuesto
N ( C H
3
)
3
CH,NHNH
2
CH.NHOH
CH
3
CH
?
ON
CH.CH.CH^CONH,
Nombre
Trimetilamina
Fenilamina (anil ina)
N-etil-N-metilpropilamina
Metilhidrazina
N-feni l -N-meti lhidrazina
( 1
-fenil-
1
-met i lhidrazina
N-metilhidroxilamina
Propanonitrilo (cianuro de etilo; propiononitrilo)
1,1,2,4-butanotetracarbon
itrilo
1,3-dinitrobenceno
butiramida (cianamida)
2-bromo-N-isobutilpropionami
da
-
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Introduction
a la
Experimentation
en Quimica Analitica 45
3.1.2. Unidades de
concentration
En la naturaleza es muy poco
frecuente
encontrar sustancias puras. Lo
m as
habi tual
es
encontrar mezclas formadas
por dos o mas
especies qui-
micas.
Cuando la mezcla es homogenea y las
particulas
que la componen
tienen un diam etro inferior a 1 nan om etro
(10~
9
m) recibe el nombre de diso-
lucion. En la Figura 4 se
m ues t ran
la s
d iferentes formas
en las que se
puede
encontrar la
m ater ia
en la
naturaleza.
Materia
Sustancias
Puras
Elementos Compuestos Homogeneas Heterogeneas
Suspensiones Disoluciones
Agua residual Agua
de mar
Figura 4. Diferentes
formas
de
encontrar
la materia en la naturaleza
Las disoluciones
estan
formadas por un componente mayoritario,
al cual
denominamos disolvente,
y
otra
u
otras
especies
m inoritarias
que
reciben
el
nombre generico
de solutos.
Atendiendo
al
estado
de
agregacion
del
disol-
vente, las
disoluciones
se
dividen
en:
solidas, liquidas
y
gaseosas.
La
Figura
5
muestra
los
diferentes
tipos de
disoluciones
que
existen junto
con algun
ejemplo ca racteristico. Es habitu al encon trar disoluciones liqu idas en las que
el d isolvente es el agua (d isolucion es acuosas) y que sea el soluto sea el que
sirve
de
referencia
de la
disolucion. Asi,
una disolucion
acuosa
de
cloruro
sodico
sera una m ezcla compu esta en su may or parte por agua (disolvente),
ya
que el cloruro sodico actua
como
soluto.
Disoluciones
Solidas Liquidas Ga seosa s
Aleaciones metalicas Son las mas habituales, y en Aire
oxigeno
y otros
acero, Fe y C) concrete las acuosas. en nitrogeno)
Aguas, fluido
