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títuloUniversidad Nacional de San Agustín
fecha de publicación01.12.2015
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tipoResumen
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Universidad Nacional de San Agustín

Facultad de Ciencias Naturales y Formales

Carrera de Ingeniería Metalúrgica



CARACTERIZACION QUIMICA

Jordan Capa Zamata

Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica

jordan.capa.zamata@hotmail.com
Luis Angel Canaza Condori

Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica

anggell_26_16@hotmail.com
Gian Franco Fuentes Cano

Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica

GianFuentes_1997@hotmail.com



RESUMEN:

La caracterización química se refiere al establecimiento de las características de un material determinado a partir del estudio de sus propiedades químicas.

Existen para ello distintas técnicas de caracterización, de acuerdo al interés que despierte dicho material. Una vez conocidas las características químicas cualitativas y cuantitativas del material puede establecerse la naturaleza del mismo.

En el presente paper, tengo la intención de nombrar y describir algunas de ellas para comprender a grandes rasgos lo que es una caracterización química y qué importancia tiene en los distintos ámbitos industriales.

Palabras Clave: Caracterización Química

ABSTRACT:
The chemical characterization refers to the establishment of the characteristics of a particular material from the study of its chemical properties.

There are various techniques for this characterization, according to the interest that arouses such material. Once known the qualitative and quantitative chemical properties of the material can settle its nature.

In this paper, I have the intention to name and describe some of them to understand roughly what a chemical characterization and its importance in different industrial areas.

Key Word: Chemical Characterization

INTRODUCCION:

La Química Analítica es una rama de la Ciencia que trata acerca de la caracterización de las sustancias químicas. Por ello, su objeto lo constituye la materia en todas sus formas, ya sea inanimada o viviente, existente o posible. Su amplitud es enorme, pues abarca desde los átomos más sencillos hasta los productos naturales o sintéticos más complejos. Según la naturaleza de los objetos analizados, puede tomar distintas acepciones, como “Análisis Clínico”, “Análisis de Alimentos”, “Análisis Medioambiental” “Análisis Farmacéutico”, etc.

Este amplio campo hace imprescindible una relación con la práctica totalidad de las ciencias experimentales y con la tecnología industrial, colaborando a la resolución de sus problemas y convirtiéndose en un poderoso auxiliar para su desarrollo e investigación.

Desde tiempos inmemorables, pasando por el descubrimiento del átomo y los elementos químicos, el hombre ha despertado en si la inquietud de saber de qué estaban constituidos todo lo que le rodeaba. Hoy en día, con el avance de la ciencia, se ha podido inventar instrumental las cuales nos puede dar acceso a este conocimiento. Dando paso a la Química Analítica y por ende a la caracterización química.
La química analítica es la Ciencia que estudia todas las técnicas y métodos necesarios para obtener conocimientos de la composición, identidad, pureza y constitución de la materia en términos de la clase, cantidad y forma de agrupamiento de átomos y moléculas e, igualmente la determinación de aquellas propiedades y comportamientos físicos que pudieran estar en relación con la consecución de aquellos objetivos.

Debido a ello, se puede decir que la Caracterización Química es la aplicación de la Química Analítica. Ya que la caracterización es la descripción en términos elementales de una muestra, la cual pasa por un proceso de preparación para luego ser caracterizado y obtener como resultados los elementos químicos que la componen, así como también compuestos químicos.

A continuación daré mención de algunos tipos de caracterizaciones químicas, los cuales van a ser desarrollados en este trabajo de investigación:
1. Difracción de Rayos X

2. Espectroscopia Infrarroja

3. Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X

4. Microanálisis por Sonda de Electrones


MATERIAL Y METODOS:
Teniendo en cuenta el gran número de técnicas en una caracterización química, se hace una descripción de las más utilizadas en los ambientes industriales de distintas índoles. Por ejemplo, la microscopía electrónica de barrido y la difracción de rayos X, proporcionan una caracterización de los componentes principales, mientras que la espectroscopia infrarroja, además incluye información importante sobre los componentes poco cristalinos, así como el contenido de agua y de hidratos silico aluminatos.

1. DIFRACCION DE RAYOS X:
Esta es una de las técnicas más importantes en la caracterización química. Esta técnica, basada en la difracción de los rayos X por los cristales, se utiliza para conocer las fases cristalinas presentes en la muestra.

La técnica de difracción de rayos X puede resolver un gran número de preguntas, tales como tipo de aglomerante y agregado utilizado en la formulación de la muestra.

Cualquier especie cristalina produce siempre un diagrama de difracción característico y, si la muestra está constituida por una mezcla de diferentes 21 especies, el diagrama correspondiente manifestará la suma de los efectos de difracción individuales de cada una de ellas. El diagrama de difracción puede ser considerado, por tanto, como la “huella digital” de la fase cristalina que lo ha producido. La técnica de difracción de rayos X es uno de los primeros pasos en la identificación cualitativa de los diferentes componentes de la muestra permitiendo una descripción química de la muestra.


1.1. Difracción por rayos x
2. ESPECTROSCOPIA INFRARROJA:

El principio de funcionamiento de ésta espectroscopia se basa en la excitación de los modos de vibración y rotación de los enlaces entre los átomos al ser irradiados con un haz de luz infrarroja.
Cada molécula, según las características de sus enlaces absorberá radiación de una o varias longitudes de onda específicas por lo que podrá ser identificada.

Los espectros de absorción, emisión y reflexión en el infrarrojo, de especies moleculares, se pueden explicar asumiendo que todos son el resultado de los distintos cambios energéticos producidos en las transiciones de las moléculas de unos estados de energía vibraciones y rotacionales a otros.
Para interaccionar radiación en el infrarrojo, una molécula debe sufrir un cambio neto en el momento dipolar como consecuencia de su movimiento de vibración o de rotación. c:\users\casa\appdata\local\microsoft\windows\temporary internet files\content.word\wp_ss_20150914_0005.png


Solo en estas circunstancias, el campo eléctrico alterno de la radiación puede interaccionar con la molécula, y provocar cambios en la amplitud de alguno de sus movimientos.
Si la frecuencia de la radiación coincide exactamente con la frecuencia de los modos de vibración de la molécula, tiene lugar una transferencia neta de energía que origina un cambio en la amplitud de la vibración molecular, la consecuencia es la absorción de radiación.
Los niveles de energía vibracionales también están cuantizados, y para la mayoría de las moléculas las diferencias de energía entre los estados cuantizados corresponden a la región del infrarrojo medio.
En el espectro infrarrojo de un sólido la rotación está muy restringida y las líneas discretas vibracionales y rotacionales desaparecen, quedando sólo los picos vibracionales algo ensanchados.

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2.1Espectroscopia infrarroja


3.ESPECTROSCOPIA FOTOELECTRONICA DE RAYOS X:
En esta técnica se hace incidir radiación infrarroja sobre la muestra, la cual hace vibrar los grupos funcionales en un número de onda característico y conociendo este número de onda al cual vibran las moléculas se pueden identificar sus grupos funcionales y aproximarse a su composición.
El espectro depende del tipo de átomos presentes y del tipo de enlaces presentes (sencillos, dobles o triples), es decir, para cada combinación de átomos hay una frecuencia de absorción característica.
Las moléculas absorberán aquellas frecuencias de la luz que sean exactamente iguales a las frecuencias de vibración de los distintos grupos funcionales que constituyen la molécula.
La luz que no fue absorbida es transmitida desde la muestra a un detector y una computadora la analizará y determinará las frecuencias que fueron absorbidas.

4. MICROANALISIS POR SONDA DE ELECTRONES:
El microscopio electrónico de barrido (SEM, de Scanning Electron Microscopy) es uno de los instrumentos más versátiles para el examen y análisis de características microestructurales de sólidos; proporciona información morfológica y topográfica de la superficie de los mismos. Una de las razones de ello es su alta resolución (de 20 a 50 Å).
Otra característica importante es la apariencia tridimensional de la imagen de la muestra, resultado de su gran profundidad de foco (aproximadamente entre 100 y 1000 veces mayor que la de un microscopio óptico a la misma magnificación). La gran profundidad de campo disponible en el SEM permite la obtención de imágenes estereoscópicas. Actualmente se han desarrollado equipos que permiten la evaluación cuantitativa de la topografía superficial haciendo uso de la estereoscopía.

Con un SEM el barrido se lleva a cabo mediante los dos pares de bobinas localizadas entre las lentes objetivo; uno de los pares desvía el haz en la dirección x a lo largo de la muestra y el otro lo hace en la dirección y, así mediante movimientos rápidos del haz, la superficie de la muestra puede ser irradiada completamente con el haz de electrones. La señal de la muestra puede ser codificada y almacenada y que permite controlar la intensidad en un punto determinado del tubo de rayos catódicos (CRT). De este modo, este método de barrido produce un mapa de la muestra.

Una importante cualidad de la técnica SEM es la facilidad para la preparación de las muestras.

Las muestras que conducen la electricidad son las más fáciles de estudiar, ya que la libre circulación de los electrones a tierra permite minimizar los problemas asociados con la acumulación de carga. Las muestras no conductoras necesitan una cubierta conductora para evitar carga eléctrica y daño por radiación. Metalizados de Au o de Au/Pd son los más frecuentes por ser estos materiales muy buenos conductores del calor y la electricidad. Las interacciones de un sólido con un haz de electrones se pueden dividir en dos categorías, dispersiones elásticas (cambios de dirección de los electrones incidentes con pérdida despreciable de energía) y dispersiones inelásticas (cambios en la energía de los electrones incidentes con cambios despreciables en su dirección). Ésta interacción del electrón incidente con los electrones de las capas más internas del átomo dan lugar al espectro de rayos X de líneas características de los elementos presentes en la muestra

CONCLUSIONES:
Comprende un conjunto de técnicas, físicas y químicas, que se emplean para determinar la composición de cualquier sustancia. Conjunto de técnicas utilizadas para conocer la composición de una muestra. Consiste en la observación (aspecto cualitativo) o medida (aspecto cuantitativo) de las propiedades de la muestra de material con el fin de identificar y determinar las proporciones en que los mismos se hayan presentes en la misma.  Es el conjunto de técnicas operatorias y su estudio, puestas al servicio de la Química Analítica.

AGRADECIMIENTO:
En primer lugar quiero agradecer a Dios por dotarme de vida para poder gozar de ella estudiando lo que mucho me agrada, y por las bendiciones que me otorga día a día. Quiero agradecer a mis padres por el apoyo incondicional que me brindan y por el amor que recibo que me motivan a seguir luchando por mis sueños. También agradecer a mi profesor M. Sc. Pedro Figueroa por la imposición de retos y el aporte de conocimientos que con su ardua labor me brinda. Y a mis amigos que siempre están ahí cuando uno los necesita y dan ese apoyo que muchas veces llenan de energía para continuar con mi carrera profesional. Muchas gracias y bendiciones a todos ellos.
BIBLIOGRAFÍA:
Callister, W. (2009). Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Reverté.
Politecnica, U. (s.f.). Difracción de Rayos X. Obtenido de http://www.upct.es/sait/_sit/html/recursos_difractometria.htm
Narváez*, N. (17 de enero de 2004). http://ciat-library.ciat.cgiar.org/. Recuperado el 5 de setiembre de 2015, de http://ciat-library.ciat.cgiar.org/: http://ciat-library.ciat.cgiar.org/Articulos_Ciat/articulo%20nelmy-lascano.pdf
Reimer, I. (1985). Scanning Electron Microscopy, Physics of Image Formation and Microanalisis. New York: Springer.
Skoog, D., & West, D. (2001). Análisis Instrumental. Madrid: Mc Graw Hill.



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