QUÍMICA - QUÍMICA ANALÍTICA

No debe confundirse con la calorimetría .

Un colorímetro Duboscq, 1870, que permitió la comparación visual de las absorciones en dos columnas de fluidos mientras ajustaba sus profundidades.

Colorímetro para análisis de NO ₂ , Laboratorio de Investigación de Nitrógeno Fijo, ca.1930

En química física y analítica , la colorimetría o colorimetría es una técnica "utilizada para determinar la concentración de compuestos coloreados en solución ". ^[1] Un colorímetro es un dispositivo que se usa para probar la concentración de una solución al medir su absorbancia de una longitud de onda específica de la luz (no debe confundirse con el colorímetro triestímulo usado para medir los colores en general).

Para usar el colorímetro, se deben hacer diferentes soluciones , incluido un control o referencia de concentración conocida. Con un colorímetro visual, por ejemplo, el colorímetro Duboscq ilustrado, la longitud de la trayectoria de la luz a través de las soluciones se puede variar mientras se compara la luz filtrada transmitida a través de ellas para una coincidencia visual. La longitud de la trayectoria del tiempo de concentración se considera igual cuando los colores coinciden, por lo que la concentración de lo desconocido se puede determinar por proporciones simples. ^{[2] Los} tubos de Nessler funcionan según el mismo principio.

También hay colorímetros electrónicos automatizados; Antes de utilizar estas máquinas, deben calibrarse con una cubeta que contenga la solución de control. La concentración de una muestra se puede calcular a partir de la intensidad de la luz antes y después de que pase a través de la muestra mediante la ley de Beer-Lambert . Los analizadores fotoeléctricos llegaron a dominar en los años sesenta.

El color o la longitud de onda del filtro elegido para el colorímetro es extremadamente importante, ya que la longitud de onda de la luz que se transmite por el colorímetro tiene que ser la misma que la absorbida por la sustancia que se mide. Por ejemplo, el filtro en un colorímetro puede configurarse en rojo si el líquido es azul.

Absorción colorímetro [ editar ]

Un colorímetro es un dispositivo utilizado para probar la concentración de una solución al medir su absorbancia de una longitud de onda específica de la luz. Para usar este dispositivo, se deben hacer diferentes soluciones , y primero se llena un control (generalmente una mezcla de agua destilada y otra solución) en una cubetay colocado dentro de un colorímetro para calibrar la máquina. Solo después de que se haya calibrado el dispositivo, puede utilizarlo para encontrar las densidades y / o concentraciones de las otras soluciones. Para ello, repita la calibración, excepto con las cubetas llenas con las otras soluciones. El filtro en un colorímetro debe configurarse en rojo si el líquido es azul. El tamaño del filtro elegido inicialmente para el colorímetro es extremadamente importante, ya que la longitud de onda de la luz que se transmite por el colorímetro tiene que ser la misma que la absorbida por la sustancia.

Ensayos colorimétricos [ editar ]

Artículo principal: Análisis colorimétrico.

Los ensayos colorimétricos utilizan reactivos que experimentan un cambio de color medible en presencia del analito . Son ampliamente utilizados en bioquímica para probar la presencia de enzimas, compuestos específicos, anticuerpos, hormonas y muchos más analitos. Por ejemplo,

• El para-nitrofenilfosfato se convierte en un producto amarillo por la enzima fosfatasa alcalina .
• Coomassie Blue una vez que se une a las proteínas provoca un cambio de espectro, lo que permite la dosificación cuantitativa. Un ensayo colorimétrico similar, el ensayo de ácido bicinconínico , usa una reacción química para determinar la concentración de proteína.
• Los inmunoensayos ligados a enzimas utilizan anticuerpos complejados con enzimas para detectar antígenos. La unión del anticuerpo a menudo se deduce del cambio de color de reactivos como TMB .

El análisis de combustión es un método usado tanto en la química orgánica y química analítica para determinar la elemental composición (más precisamente fórmula empírica ) de un compuesto orgánico puro por combustión de la muestra en condiciones en que los productos de combustión resultantes pueden analizarse cuantitativamente. Una vez que se ha determinado el número de moles de cada producto de combustión, se puede calcular la fórmula empírica o una fórmula empírica parcial del compuesto original.

Las aplicaciones para el análisis de combustión involucran solo los elementos de carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N) y azufre (S), ya que la combustión de los materiales que los contienen convierte estos elementos a su forma oxidada (CO ₂ , H ₂ O, NO o NO ₂ , y SO ₂ ) en condiciones de alta temperatura y alto oxígeno. Los intereses notables de estos elementos incluyen la medición del nitrógeno total en alimentos o piensos para determinar el porcentaje de proteínas, la medición de azufre en productos derivados del petróleo o la medición del carbono orgánico total (TOC) en agua.

Historia [ editar ]

El método fue inventado por Joseph Louis Gay-Lussac . Justus von Liebig estudió el método mientras trabajaba con Gay-Lussac entre 1822 y 1824 y mejoró el método en los años siguientes a un nivel que podría usarse como procedimiento estándar para el análisis orgánico. ^[1]

Tren de combustión [ editar ]

Un tren de combustión es una herramienta analítica para la determinación de la composición elemental de un compuesto químico . Con el conocimiento de la composición elemental se puede derivar una fórmula química . El tren de combustión permite la determinación de carbono e hidrógeno en una sucesión de pasos:

• combustión de la muestra a altas temperaturas con óxido de cobre (II) como agente oxidante ,
• recolección del gas resultante en un agente higroscópico ( perclorato de magnesio o cloruro de calcio ) para atrapar el agua generada,
• la recolección del gas restante en una base fuerte (por ejemplo, hidróxido de potasio ) para atrapar el dióxido de carbono generado.

La determinación analítica de las cantidades de agua y dióxido de carbono producidas a partir de una cantidad conocida de muestra proporciona la fórmula empírica. Por cada átomo de hidrógeno en el compuesto se produce 1/2 equivalente de agua , y por cada átomo de carbono en el compuesto 1 se produce equivalente de dióxido de carbono .

Hoy en día, los instrumentos modernos están lo suficientemente automatizados para poder hacer estos análisis de manera rutinaria. Las muestras requeridas también son extremadamente pequeñas: 0.5 mg de muestra pueden ser suficientes para un análisis de CHN satisfactorio.

Métodos modernos [ editar ]

El vapor de agua, el dióxido de carbono y otros productos se pueden separar mediante cromatografía de gases y analizar mediante un detector de conductividad térmica .

 indicador complexométrico es un tinte ionocrómico que experimenta un cambio de color definido en presencia de iones metálicos específicos . ^[1] Forma un complejo débil con los iones presentes en la solución, que tiene un color significativamente diferente de la forma existente fuera del complejo. Los indicadores complejométricos también se conocen como indicadores pM.

Titulación complexométrico [ editar ]

En química analítica , los indicadores complejométricos se utilizan en la valoración complejométrica para indicar el momento exacto en que todos los iones metálicos en la solución son secuestrados por un agente quelante(generalmente EDTA ). Dichos indicadores también se denominan indicadores metalocrómicos .

El indicador puede estar presente en otra fase líquida en equilibrio con la fase titulada, el indicador se describe como indicador de extracción .

Algunos indicadores complexométricos son sensibles al aire y son destruidos. Cuando dicha solución pierde color durante la titulación, es posible que deba agregarse una gota o dos de indicador nuevo.

Ejemplos [ editar ]

Los indicadores complejométricos son moléculas orgánicas solubles en agua. Algunos ejemplos son:

• Calceína con EDTA para el calcio.
• Curcumina para boro , que forma rosocianina , aunque el cambio de color rojo de la curcumina también se produce para pH> 8.4
• Eriochrome Black T para calcio , magnesio y aluminio
• Fast Sulphon Black con EDTA para cobre
• Hematoxilina para cobre
• El mureóxido de calcio y las tierras raras.
• Xylenol naranja para galio , indio y escandio.

Indicadores redox [ editar ]

En algunos entornos, cuando el sistema titulado es un sistema redox cuyo equilibrio se ve afectado por la eliminación de los iones metálicos, un indicador redox puede funcionar como un indicador complexométrico.

 concentración es la abundancia de un constituyente dividido por el volumen total de una mezcla. Se pueden distinguir varios tipos de descripción matemática: concentración de masa , concentración molar , concentración de números y concentración de volumen . ^[1] Una concentración puede ser cualquier tipo de mezcla química, pero con mayor frecuencia solutos y solventes en soluciones . La concentración molar (cantidad) tiene variantes tales como la concentración normal y la concentración osmótica .

Descripción cualitativa [ editar ]

Estas gafas que contienen tinte rojo demuestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones de la izquierda son más diluidas, en comparación con las soluciones más concentradas de la derecha.

A menudo, en un lenguaje informal y no técnico, la concentración se describe de forma cualitativa , mediante el uso de adjetivos como "diluir" para soluciones de concentración relativamente baja y "concentrado" para soluciones de concentración relativamente alta. Para concentrar una solución, se debe agregar más soluto (por ejemplo, alcohol) o reducir la cantidad de solvente (por ejemplo, agua). Por el contrario, para diluir una solución, se debe agregar más solvente o reducir la cantidad de soluto. A menos que dos sustancias sean completamente miscibles , existe una concentración a la cual ya no se disolverá más soluto en una solución. En este punto, se dice que la solución está saturada.. Si se agrega soluto adicional a una solución saturada, no se disolverá, excepto en ciertas circunstancias, cuando pueda ocurrir una sobresaturación . En su lugar, se producirá la separación de fases , lo que conducirá a fases coexistentes, ya sea completamente separadas o mezcladas como una suspensión . El punto de saturación depende de muchas variables, como la temperatura ambiente y la naturaleza química precisa del solvente y el soluto.

Las concentraciones a menudo se llaman niveles , que reflejan el esquema mental de los niveles en el eje vertical de un gráfico , que puede ser alto o bajo (por ejemplo, "niveles séricos altos de bilirrubina" son concentraciones de bilirrubina en el suero sanguíneo que son mayores de lo normal ).

Notación cuantitativa [ editar ]

Hay cuatro cantidades que describen la concentración:

Concentración en masa [ editar ]

Artículo principal: concentración en masa (química)

La concentracion de masas $${\ displaystyle \ rho _ {i}}Se define como la masa de un constituyente.$${\ displaystyle m_ {i}} dividido por el volumen de la mezcla $${\ displaystyle V}:

$${\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {V}}.

La unidad SI es kg / m ³ (igual a g / L).

Concentración Molar [ editar ]

Artículo principal: Concentración molar.

La concentración molar. $${\ displaystyle c_ {i}}Se define como la cantidad de un constituyente.$${\ displaystyle n_ {i}} (en moles) dividido por el volumen de la mezcla $${\ displaystyle V}:

$${\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {V}}.

La unidad SI es mol / m ³ . Sin embargo, más comúnmente se usa la unidad mol / L (= mol / dm ³ ).

Concentración de números [ editar ]

Artículo principal: Concentración numérica

La concentracion numero $${\ displaystyle C_ {i}} Se define como el número de entidades de un constituyente. $${\ displaystyle N_ {i}} En una mezcla dividida por el volumen de la mezcla. $${\ displaystyle V}:

$${\ displaystyle C_ {i} = {\ frac {N_ {i}} {V}}.

La unidad SI es 1 / m ³ .

Concentración de volumen [ editar ]

La concentracion de volumen $${\ displaystyle \ sigma _ {i}}(No debe confundirse con la fracción de volumen ^[2] ) se define como el volumen de un constituyente$${\ displaystyle V_ {i}} dividido por el volumen de la mezcla $${\ displaystyle V}:

$${\ displaystyle \ sigma _ {i} = {\ frac {V_ {i}} {V}}.

Al ser adimensional, se expresa como un número, por ejemplo, 0.18 o 18%; Su unidad es 1.

Parece que no hay una notación estándar en la literatura inglesa. La carta$${\ displaystyle \ sigma _ {i}}utilizado aquí es normativo en la literatura alemana (ver Volumenkonzentration ).

Cantidades relacionadas [ editar ]

Se pueden usar varias otras cantidades para describir la composición de una mezcla. Tenga en cuenta que estas no deben llamarse concentraciones. ^[1]

Normalidad [ editar ]

Artículo principal: Normalidad (química)

La normalidad se define como la concentración molar. $${\ displaystyle c_ {i}} dividido por un factor de equivalencia $${\ displaystyle f _ {\ mathrm {eq}}}. Como la definición del factor de equivalencia depende del contexto (la reacción se está estudiando), IUPAC y NISTdesalientan el uso de la normalidad.

Molalidad [ editar ]

Artículo principal: Molalidad

(No debe confundirse con Molarity )

La molalidad de una solución. $${\ displaystyle b_ {i}}Se define como la cantidad de un constituyente.$${\ displaystyle n_ {i}} (en moles) dividido por la masa del solvente $${\ displaystyle m _ {\ mathrm {solvente}}}( no la masa de la solución):

$${\ displaystyle b_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {m _ {\ mathrm {solvente}}}}.}

La unidad SI para la molalidad es mol / kg.

Fracción de mol [ editar ]

Artículo principal: fracción topo

La fracción molar $${\ displaystyle x_ {i}}Se define como la cantidad de un constituyente.$${\ displaystyle n_ {i}} (en moles) dividido por la cantidad total de todos los constituyentes en una mezcla $${\ displaystyle n _ {\ mathrm {tot}}}:

$${\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n _ {\ mathrm {tot}}}}.}

La unidad SI es mol / mol. Sin embargo, la notación parcial de las partes en desuso se usa a menudo para describir pequeñas fracciones molares.

Relación molar [ editar ]

Artículo principal: Proporción de mezcla

La relación molar $${\ displaystyle r_ {i}}Se define como la cantidad de un constituyente.$${\ displaystyle n_ {i}}dividido por la cantidad total de todos los demás constituyentes en una mezcla:

$${\ displaystyle r_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n _ {\ mathrm {tot}} -n_ {i}}}.}

Si $${\ displaystyle n_ {i}} es mucho más pequeño que $${\ displaystyle n _ {\ mathrm {tot}}}, la relación molar es casi idéntica a la fracción molar.

La unidad SI es mol / mol. Sin embargo, la notación parcial de las partes en desuso se usa a menudo para describir relaciones molares pequeñas.

Fracción de masa [ editar ]

Artículo principal: fracción de masa (química)

La fraccion de masa $${\ displaystyle w_ {i}} Es la fracción de una sustancia con masa. $${\ displaystyle m_ {i}} a la masa de la mezcla total $${\ displaystyle m _ {\ mathrm {tot}}}, definido como:

$${\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {m_ {i}} {m _ {\ mathrm {tot}}}}.}

La unidad SI es kg / kg. Sin embargo, la notación de partes en desuso se usa a menudo para describir pequeñas fracciones de masa.

Relación de masa [ editar ]

Artículo principal: Proporción de mezcla

La relación de masa $${\ displaystyle \ zeta _ {i}} Se define como la masa de un constituyente. $${\ displaystyle m_ {i}}dividido por la masa total de todos los demás constituyentes en una mezcla:

$${\ displaystyle \ zeta _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {m _ {\ mathrm {tot}} -m_ {i}}}.}

Si $${\ displaystyle m_ {i}} es mucho más pequeño que $${\ displaystyle m _ {\ mathrm {tot}}}, la relación de masa es casi idéntica a la fracción de masa.

La unidad SI es kg / kg. Sin embargo, la notación de partes en desuso se usa a menudo para describir relaciones de masa pequeña.

Dependencia del volumen [ editar ]

La concentración depende de la variación del volumen de la solución con la temperatura debido principalmente a la expansión térmica.

Tabla de concentraciones y cantidades relacionadas [ editar ]

Tipo de concentracion	Símbolo	Definición	Unidad SI	otra (s) unidad (es)
concentración en masa	$${\ displaystyle \ rho _ {i}} o $${\ displaystyle \ gamma _ {i}}	$${\ displaystyle m_ {i} / V}	kg / m 3	g / 100mL (= g / dL)
concentración molar	$${\ displaystyle c_ {i}}	$${\ displaystyle n_ {i} / V}	mol / m 3	M (= mol / L)
concentración numérica	$${\ displaystyle C_ {i}}	$${\ displaystyle N_ {i} / V}	1 / m 3	1 / cm 3
concentración de volumen	$${\ displaystyle \ phi _ {i}}	$${\ displaystyle V_ {i} / V}	m 3 / m 3
Cantidades relacionadas	Símbolo	Definición	Unidad SI	otra (s) unidad (es)
normalidad		$${\ displaystyle c_ {i} / f _ {\ mathrm {eq}}}	mol / m 3	N (= mol / L)
molalidad	$${\ displaystyle b_ {i}}	$${\ displaystyle n_ {i} / m _ {\ mathrm {solvente}}}	mol / kg
fracción molar	$${\ displaystyle x_ {i}}	$${\ displaystyle n_ {i} / n _ {\ mathrm {tot}}}	mol / mol	ppm, ppb, ppt
relación molar	$${\ displaystyle r_ {i}}	$${\ displaystyle n_ {i} / (n _ {\ mathrm {tot}} -n_ {i})}	mol / mol	ppm, ppb, ppt
fracción de masa	$${\ displaystyle w_ {i}}	$${\ displaystyle m_ {i} / m _ {\ mathrm {tot}}}	kg / kg	ppm, ppb, ppt
relación de masa	$${\ displaystyle \ zeta _ {i}}	$${\ displaystyle m_ {i} / (m _ {\ mathrm {tot}} -m_ {i})}	kg / kg	ppm, ppb, ppt