Fundamentos de Química Analítica

Análisis Cualitativo y Cuantitativo

La química analítica se divide en dos ramas principales:

• Análisis cualitativo: Se enfoca en el reconocimiento e identificación de los constituyentes de un compuesto o de una mezcla de elementos o compuestos.
• Análisis cuantitativo: Determina el porcentaje en que se hallan los componentes de un compuesto o de una mezcla.

Clasificación del Análisis Químico

El análisis químico se puede clasificar en varias categorías:

• Inorgánico:
  • Cualitativo:
    • Vía seca
    • Vía húmeda
  • Cuantitativo:
    • Volumétrico
    • Gravimétrico
• Orgánico:
  • Elemental
  • Determinación de constantes físicas
  • Funcional
• Otros:
  • Metalográfico
  • Bromatológico
  • Clínico
  • Instrumental

Métodos del Análisis Químico

En el análisis cualitativo inorgánico, se distinguen dos métodos principales:

• Ensayos por vía seca: Incluyen pruebas de coloración a la llama, fusiones y calentamiento de muestras en tubo cerrado.
• Ensayos por vía húmeda: Son aquellos en los que tanto la muestra como los reactivos están disueltos, siendo el agua el disolvente más frecuente.

Los métodos de análisis químico se clasifican en:

• Químicos: Implican una reacción química en la que participa el constituyente que se desea determinar.
• Físicos: No incluyen reacción química alguna y se basan en la observación de alguna propiedad física, como la absorción o la emisión de radiación, o la conductividad eléctrica.
• Fisicoquímicos: Son métodos en los que, una vez realizada una reacción química, se hace la observación de alguna cualidad física.

Estequiometría

La estequiometría se refiere a la medida de los elementos y es el término utilizado en química para incluir todos los cálculos referentes a relaciones cuantitativas entre los elementos de un compuesto dado o entre los reactantes y/o los productos de las reacciones químicas.

Una reacción química es un proceso en el que se rompen y/o se forman enlaces químicos. Unas sustancias nuevas, los productos de la reacción, aparecen a expensas de otras que se consumen, los reactantes. Las transformaciones que han tenido lugar en una reacción química se expresan mediante ecuaciones químicas.

Ley de Lavoisier: Conservación de la Masa

La masa total de las sustancias que intervienen en una transformación química permanece constante y, por tanto, la suma de las masas de los reactivos ha de ser igual a la suma de las masas de los productos de la reacción.

A partir de una ecuación química ajustada se puede calcular:

1. Cantidad de reactivo que se precisa para reaccionar con una cantidad dada de otro.
2. Cantidad de reactivo preciso para obtener una determinada cantidad de producto.
3. Cantidad de producto que se obtiene a partir de una cierta cantidad de reactivo.

Velocidad de Reacción

La velocidad de reacción representa la rapidez de una transformación química. Se expresa en términos de la concentración de un reactante o de un producto de la reacción y se define como la variación que experimenta la concentración de un reactante o de un producto en la unidad de tiempo; es decir, la rapidez de la desaparición de aquél o la rapidez de la formación de éste.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Aumentar la concentración de los reactantes: Al haber más moléculas por unidad de volumen, habrá mayor número de choques, aumentará la proporción de colisiones eficaces y, por lo tanto, la velocidad de reacción.
• Aumentar el grado de división de los reactantes: Esto también incrementa el número de choques. Por eso, los sólidos se pulverizan y se dispersan en un disolvente antes de hacerlos reaccionar.
• Elevar la temperatura: Aumenta el número de moléculas con energía igual o superior a la de activación, lo que incrementa las colisiones eficaces y la velocidad de reacción.
• Usar catalizadores: Aumentan la rapidez de la reacción sin intervenir aparentemente en ella. Cada catalizador tiene un efecto específico sobre determinadas reacciones y proporcionan un nuevo camino de reacción con una energía de activación inferior.

Equilibrio Químico

Ley del Equilibrio Químico (Kc)

A una cierta temperatura, la constante de equilibrio (Kc) es igual a la relación entre el producto de las concentraciones de los productos y los reactantes, elevados cada uno de ellos a su coeficiente correspondiente expresado en moles/L.

Reacciones Completas e Incompletas

• Reacciones completas: Finalizan por haberse agotado uno, por lo menos, de los reactantes.
• Reacciones incompletas: La velocidad de la reacción directa va decreciendo, mientras que la reacción inversa va teniendo lugar a velocidad creciente. En cierto momento, las velocidades de ambas se igualan y las concentraciones de las especies químicas presentes se mantendrán constantes con el tiempo. Estas reacciones alcanzan un estado de equilibrio reversible.

Características del Estado de Equilibrio Químico

1. El equilibrio químico es dinámico, es decir, la reacción sucede indefinidamente, y se producen dos reacciones de sentido opuesto.
2. El equilibrio se alcanza cuando las velocidades de la reacción directa e inversa se igualan, y las concentraciones de las especies químicas presentes son constantes. Los sistemas químicos tienden espontáneamente al equilibrio. Una vez alcanzado, solo una influencia externa puede deshacerlo, pero reaccionan desplazándose hasta alcanzar un nuevo equilibrio bajo otras condiciones.
3. El estado de equilibrio es único; a cada temperatura presenta un único valor para la relación específica entre las concentraciones de reactantes y productos en el equilibrio.

Principio de Le Chatelier

Si un sistema en equilibrio es sometido a una perturbación que modifique alguna de las condiciones que determinan el estado de equilibrio, el sistema se comportará de modo que el efecto de tal perturbación se reduzca al mínimo.

Efecto del Cambio de Concentración

Si se aumenta la concentración de uno de los reactantes, el sistema se desplazará hacia la derecha y dará más productos. Si se disminuye la concentración de uno de los reactantes, el sistema se desplazará hacia la izquierda, descomponiéndose los productos para dar los reactantes.

Efecto del Cambio de Volumen

Si se reduce el volumen del recinto de reacción por aumento de la presión externa, el sistema reaccionará de modo que disminuya el número de moléculas, desplazándose el equilibrio hacia la derecha. En sistemas sin cambios en el número de moléculas, el equilibrio se mantiene aunque se haya reducido el volumen.

Efecto del Cambio de Temperatura

El cambio de temperatura afecta al valor de la constante de equilibrio. Al aumentar la temperatura:

• Si la reacción directa es exotérmica (desprende calor), la constante de equilibrio disminuye.
• Si la reacción es endotérmica (absorbe calor), la constante aumenta.

Si disminuye la temperatura, el sistema se opondrá a la perturbación desprendiendo calor, desplazándose a la derecha. Si aumenta la temperatura, el sistema se desplazará hacia la izquierda, absorbiendo calor.

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