El análisis gravimétrico se define como un método cuantitativo basado en la medición de la masa del componente de la muestra que se determina, ya sea de forma
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| Gravimetría Generalidades Definición El análisis gravimétrico se define como un método cuantitativo basado en la medición de la masa del componente de la muestra que se determina, ya sea de forma elemental o de una mezcla de composición conocida y químicamente relacionada con el analito. Fundamentos El análisis gravimétrico es una técnica que tiene como fundamento la determinación de los constituyentes de una muestra o categorías de materiales por la medida de sus pesos. Un método de análisis gravimétrico por lo general se basa en una reacción química como ésta: aA + rR AaRr en donde “a” son las moléculas de analito A, que reaccionan con “r” moléculas de reactivo R. el producto, AaRr, es por regla general una sustancia débilmente soluble que se puede pesar como tal después de secarla, o que se puede calcinar para formar otro compuesto de composición conocida y después pesarlo. Por ejemplo, el calcio se puede determinar por gravimetría precipitándolo en forma de oxalato de calcio y calcinando el oxalato a oxido de calcio: Ca2+ + C2O42- CaC2O4(S) CaC2O4(S) CaO(s) + CO2(g) + CO(g) Para disminuir la solubilidad del precipitado normalmente se añade un exceso de reactivo R. Clasificación Los métodos gravimétricos se dividen en: a)Método de volatilización: este método utiliza la propiedad que tienen algunas sustancias de volatilizarse; aquí la sustancia por determinar se separa por destilación donde el producto puede ser recogido y pesado, o puede ser medida la pérdida de peso de la muestra como resultado de la destilación; por este método se puede determinar agua de cristalización en las sales, pesando la porción secada de la sal a temperatura determinada. b)Método por precipitación: en este método se realiza primero una reacción de precipitación donde se obtiene un sólido poco soluble, de composición química conocida o transformable en otro de composición química conocida. Este producto se filtra, se lava y se le da tratamiento térmico adecuado y finalmente pesado. Requisitos Para que un método gravimétrico sea satisfactorio, debe cumplir los siguientes requisitos: 1. El proceso de separación debe ser completo, para que la cantidad de analito que no se precipite no sea detectable analíticamente (por lo general, al determinar un componente principal de una muestra macro es de 0.1 mg o menos). 2. La sustancia que se pesa debe tener una composición definida y debe ser pura o casi pura. Si esto no se cumple, se pueden obtener resultados erróneos. Para el análisis, el segundo requisito es el más difícil de cumplir. Los errores debidos a factores tales como la solubilidad del precipitado por lo general se pueden minimizar y rara vez causan un error significativo. El problema de mayor importancia es obtener precipitados puros que se puedan filtrar con facilidad. Se ha realizado amplia investigación acerca de la formación y las propiedades de los precipitados, y se han obtenido conocimientos notables que le permiten al analista minimizar el problema de la contaminación de los precipitados. Conceptos Precipitado Un precipitado es el sólido que se produce en una disolución por efecto de una reacción química o bioquímica. A este proceso se le llama precipitación. Dicha precipitación puede ocurrir cuando una sustancia insoluble se forma en la disolución debido a una reacción química o a que la disolución ha sido sobresaturada por algún compuesto, esto es, que no acepta más soluto y que al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado. En la mayoría de los casos, el precipitado (el sólido formado) cae al fondo de la disolución, aunque esto depende de la densidad del precipitado: si el precipitado es más denso que el resto de la disolución, cae. Si es menos denso, flota, y si tiene una densidad similar, se queda en suspensión. El efecto de la precipitación es muy útil en muchas aplicaciones, tanto industriales como científicas, en las que una reacción química produce sólidos que después puedan ser recogidos por diversos métodos, como la filtración, la decantación o por un proceso de centrifugado. Coloide Los coloides pueden ser definidos como el puente que comunica a las suspensiones con las soluciones, es decir, son un paso intermedio entre ambas. La línea divisoria entre las soluciones y los coloides ó entre éstos y las mezclas no están definidas puesto que muchas de las características de tales sistemas se comparten mutuamente sin discontinuidad. Consecuentemente, la clasificación es frecuentemente difícil y la nomenclatura empleada queda sujeta a una selección arbitraria. Una de las diferencias entre los coloides con las suspensiones, es que no se sedimentan al dejarlas en reposo. Una partícula coloidal tiene, al menos, una dimensión que se encuentra entre los 10-5 y 10-7 cm. Aunque estos límites son, algo arbitrarios, nos sirven de guía para clasificar los coloides. En las soluciones, se habla de soluto y solvente, pero en las suspensiones de tipo coloidal, hablamos de partículas dispersas o bien partículas coloidales y medio de dispersión. Los coloides son muy distintos a las soluciones en sus propiedades, de ahí que estén clasificados no como soluciones, sino como soles. En la siguiente figura 26 se presenta la fase coloidal interactuando con otras fases. Un precipitado coloidal es el extremo de un precipitado finamente dividido, las partículas son pequeñas y no sedimentan, fácilmente pasan a través de los poros de un papel filtro. Cristalino Los precipitados cristalinos son reconocidos por la presencia de muchas partículas pequeñas con forma y superficie suaves y brillantes (Con apariencia de azúcar o sal seca), un precipitado cristalino es el más estable de todos los precipitados, ya que sedimenta rápidamente y es fácil de filtrar y lavar. Coprecipitado La coprecipitación es el proceso mediante el cual una sustancia, que en condiciones normales es soluble, es acarreada junto al precipitado deseado. Puede ocurrir por formación de cristales mezclados, permitiendo que la impureza penetre en la red cristalina del precipitado, a lo que se llama oclusión; o por adsorción de iones que son arrastrados con el precipitado durante el proceso de coagulación (ver figura siguiente)  En la coprecipitación por oclusión, las sustancias contaminantes pueden ser iones extraños o el mismo disolvente; mientras que en la adsorción las impurezas son solamente iones retenidos en la superficie del precipitado. Homogéneo En una precipitación homogénea, el precipitante se genera lentamente mediante una reacción química lenta, por ejemplo, la urea se descompone con agua a ebullición produciendo OH: (H2N)2CO + 3 H2O CO2 + 2 NH4++ 2 OH- Esta reacción transcurre lentamente por debajo de 100°C, y se necesita calentar de 1 a 2 horas para que se complete la precipitación típica. La urea es particularmente útil para la precipitación de óxidos hidratados o de sales básicas. En la siguiente tabla se muestran algunos métodos representativos basados en la precipitación por generación homogénea del reactivo.  Heterogéneo Si no es posible eliminar las especies contaminantes de un material precipitado, debe redisolverse con un reactivo apropiado y diluir a continuación para reducir al mínimo las concentraciones de las especies contaminantes y volver a precipitar el analito bajo las condiciones establecidas, con los que se puede lograr que el precipitado formado de nuevo esté menos contaminado. El material sólido obtenido luego de la eliminación de las impurezas puede tener características cristalinas o amorfas, dependiendo de la naturaleza del producto obtenido y de las condiciones de precipitación. Lo ideal es que sea un sólido cristalino de partículas relativamente grandes. Agentes precipitantes. Los agentes precipitantes suelen presentar un comportamiento selectivo, formando sustancias escasamente solubles con más de una especie química. La especifidad se consigue después de haber separado la especie buscada de las substancias interferentes por medio de las separaciones previas adecuadas. Reacciones de precipitación Factores que afectan a los precipitados. Como sabemos no todos los precipitados son adecuados para el análisis gravimétrico, por lo cual se debe considerar qué factores afectan a un precipitado y lo hacen aplicable para un método cuantitativo. Uno de estos factores es la solubilidad, donde el precipitado debe ser lo suficientemente insoluble para que la cantidad perdida no afecte seriamente el resultado del análisis. La pureza del precipitado también es importante. La filtrabilidad es otro factor ya que los precipitados deben ser aislados de la fase líquida por métodos de filtración. Y por último, la composición química, el precipitado gravimétrico debe ser de composición conocida o fácilmente convertible en un compuesto de composición conocida. Solamente de esta forma puede usarse el peso del precipitado para el cálculo de la composición por ciento de la muestra original. Velocidad de precipitación y crecimiento de las partículas La velocidad de precipitación está representada por el número de moléculas que regresan a la superficie del cristal y se incorporan a su estructura, en la unidad de tiempo. Para hacerlo las moléculas deben chocar con la superficie del cristal. Nuevamente resulta que, cuanto mayor es la superficie, tanto más frecuente ocurrirá que las moléculas disueltas chocan con ellas. La velocidad de precipitación es proporcional a A, la superficie total del cristal. Además, el número de moléculas que chocan en la unidad de tiempo con la superficie depende del número de moléculas que existen en la unidad de volumen de la solución. A medida que aumente la concentración, son más y más las moléculas que chocan con la superficie en la unidad de tiempo. Finalmente, el factor restante está dado por la velocidad de las moléculas que son capaces de atravesar la barrera de potencial y entrar a formar parte del cristal. Así tenemos otra constante de velocidad, kp, determinada por la temperatura y por la altura de la barrera de energía potencial para la precipitación. La ecuación de la velocidad de precipitación es: vp= A X [ C ] X kp La velocidad de crecimiento de una partícula aumenta moderadamente con una alta sobresaturación relativa. Así pues, cuando la sobresaturación relativa es alta, la nucleación es el mecanismo que predomina en la precipitación, y se forma, por lo tanto, un gran número de partículas pequeñas. Cuando la sobresaturación relativa es baja, la velocidad de crecimiento tiende a predominar, y se produce la deposición de sólido sobre las partículas ya existente, impidiendo así un aumento en la nucleación y resultando una suspensión cristalina. Pureza de los precipitados Esta propiedad es muy importante, ya que debe ser tal, que se pueda liberar fácilmente mediante tratamiento sencillo de los contaminantes normalmente solubles y de esto va a depender la calidad del análisis. Referencias bibliográficas Manual técnico de Análisis Químicos, unidad 3. Conalep |
