Gravimetría
Gravimetría
Los métodos gravimétricos de análisis
juegan un papel crucial en la determinación cuantitativa de sustancias en
diversas muestras. Estos métodos se basan en la conversión de la sustancia de
interés en un compuesto insoluble que puede ser pesado con precisión
En el análisis gravimétrico por
volatilización, se cuantifica la cantidad de componentes volátiles presentes en
una muestra. Este método puede adoptar dos enfoques: uno directo, en el cual el
analito se evapora y se hace pasar a través de una sustancia absorbente
previamente pesada, y otro indirecto, en el cual se volatiliza el analito y se
pesa el residuo de la muestra, siendo la pérdida de peso sufrida por la muestra
equivalente al peso del analito volatilizado
Ya sea en un análisis directo o
indirecto, la gravimetría de volatilización generalmente requiere el
conocimiento de los productos de la reacción de descomposición. Mientras que
los compuestos orgánicos tienden a descomponerse en gases simples como CO2,
H2O y N2, los compuestos inorgánicos suelen producir
productos que dependen de la temperatura de descomposición
Figura 1:
Termo-grama para CaC2O4 •H2O obtenido calentando
una muestra desde temperatura ambiente hasta 1000 o C a una velocidad de 20 o
C/min. Cada cambio de masa resulta de la pérdida de un producto volátil. La
masa inicial de la muestra y su masa después de cada pérdida se muestran
mediante las líneas de puntos.
Principio del Método de la de
terminación de humedad
La determinación de humedad por el
método de volatilización es una técnica comúnmente utilizada en laboratorios
para determinar el contenido de humedad presente en una muestra sólida. La
humedad se define como la cantidad de agua presente en una sustancia, ya sea
como agua libre o como parte de la estructura molecular de la muestra. Este
método se basa en la pérdida de peso experimentada por una muestra cuando se
calienta para eliminar el agua presente en forma de vapor.
Procedimiento:
1. Se pesa cuidadosamente una muestra de
la sustancia sólida.
2. La muestra se coloca en un horno
precalentado a una temperatura específica y se calienta durante un tiempo
determinado para permitir la evaporación del agua.
3. Después del período de calentamiento,
la muestra se retira del horno y se deja enfriar en una desecadora.
4. Una vez que la muestra ha alcanzado
la temperatura ambiente, se vuelve a pesar. La diferencia de peso entre la
muestra inicial y la muestra después del calentamiento se atribuye a la pérdida
de humedad.
Fórmulas de
Se calcula el cambio o perdida de masa
de a muestra:
La cantidad de humedad presente en la muestra se calcula utilizando la siguiente fórmula:
En ambas fórmulas las variables
corresponden a:
Wi es el peso inicial (Húmedo) de la
muestra.
Wf es el peso final (Seco) de la muestra
después de la volatilización.
A diferencia de la gravimetría de
precipitación, que rara vez se emplea como método de análisis estándar, los
métodos gravimétricos de volatilización continúan siendo relevantes en el
análisis químico. Un ejemplo de su utilización es en la determinación de la
biomasa en aguas y aguas residuales, proporcionando una indicación de la
calidad del agua basada en la masa total de organismos presentes (Harvey,
2019). En casos donde la muestra contiene sólidos inorgánicos disueltos, se
realiza la ignición del residuo para volatilizar la biomasa, seguida de la
rehidratación de los minerales arcillosos y la medición de la diferencia de
masa antes y después de la ignición, lo que ofrece una medida indirecta de la
biomasa (Harvey, 2019).
El análisis gravimétrico por
precipitación es una técnica empleada en química analítica para determinar la
cantidad de un analito en una muestra mediante la formación de un precipitado
insoluble y de composición conocida, que sea fácil de separar de la mezcla de
reacción. Esta técnica se sustenta en principios fundamentales de la química,
como la ley de las proporciones definidas y la ley de la consistencia de la
composición, las cuales establecen que las proporciones en peso de los
elementos en un compuesto puro son constantes y que las masas de los elementos
en un cambio químico guardan una relación invariable entre sí
El proceso de precipitación consta de
varias etapas, comenzando con la preparación de la muestra, la formación del
precipitado, la digestión, la filtración, el lavado, el secado y finalmente el
pesaje del precipitado. Cada una de estas etapas requiere consideraciones
específicas para garantizar la eficiencia y la precisión del proceso. Algunas
de estas consideraciones son:
-Consideraciones de solubilidad
Para garantizar un resultado preciso, se
requiere que la solubilidad del precipitado sea mínima. La precisión típica de
una técnica de análisis total suele ser mejor que ±0,1%, lo que implica que el
precipitado debe representar al menos el 99,9% del analito. Ampliar este
requisito al 99,99% asegura que la solubilidad del precipitado no limite la
precisión de un análisis gravimétrico.
Otro parámetro importante que puede
afectar la solubilidad de un precipitado es el pH. Por ejemplo, un hidróxido
como el Fe(OH)3 se precipita
cuando es más soluble a niveles de pH más bajos donde la concentración de OH–
es pequeña.
-Evitar impurezas
Además de requerir una baja solubilidad,
es fundamental que el precipitado esté libre de impurezas. Dado que la
precipitación suele tener lugar en una solución con alta concentración de
sólidos disueltos, es común que el precipitado inicial contenga impurezas. Por
lo tanto, es necesario eliminar estas impurezas antes de proceder a determinar
la masa del precipitado.
La principal fuente de impurezas proviene de las interacciones químicas y físicas que tienen lugar en la superficie del precipitado. Por lo general, un precipitado presenta una estructura cristalina a escala microscópica, con una red bien definida de cationes y aniones. Estos cationes y aniones en la superficie del precipitado llevan, respectivamente, una carga positiva o negativa debido a la presencia de esferas de coordinación incompletas. En un precipitado de AgCl cada ion de plata en el interior del precipitado está unido a seis iones de cloruro. Sin embargo, en la superficie, un ion de plata está unido a no más de cinco iones de cloruro y lleva una carga positiva parcial (Figura 1). La existencia de estas cargas parciales convierte la superficie del precipitado en un sitio activo para las interacciones químicas y físicas que pueden generar impurezas.
Figura 2:
Diagrama de bolas y palos que muestra la estructura reticular del AgCl.
Las inclusiones (figura 3.a) representan
una impureza común en los precipitados, donde el ion interferente se incorpora
en un nodo de la red cristalina. Este fenómeno da lugar a cristales mixtos,
donde uno de los iones de la red cristalina de un sólido es reemplazado por un
ion de otro elemento (contaminante). Para que ocurra este intercambio, los dos
iones deben tener la misma carga y una diferencia de tamaño no mayor al 5%;
además, las dos sales deben pertenecer a la misma clase de cristales
Figura 3: Tres
ejemplos de impurezas que pueden formarse durante la precipitación. El marco
cúbico representa el precipitado y las marcas azules son impurezas: (a)
inclusiones, (b) oclusiones y (c) adsorbatos superficiales. Las inclusiones,
oclusiones y adsorbatos superficiales son ejemplos de coprecipitados, especies
que de otro modo serían solubles y que se forman dentro del precipitado que
contiene el analito.
Eliminar una inclusión es una tarea
difícil, dado que químicamente forma parte de la red del precipitado. La única
manera de hacerlo es mediante reprecipitación
Por otro lado, durante la formación del
precipitado, los cristales pueden atrapar iones extraños de la capa del contra
ion en su crecimiento, dando lugar a oclusiones (figura 2.b). La cantidad de
material ocluido es mayor en la parte del cristal que se forma primero, ya que
la sobresaturación y la velocidad de crecimiento disminuyen a medida que avanza
la precipitación
Se puede minimizar la formación de
oclusiones manteniendo el precipitado en equilibrio con su solución
sobrenadante durante un tiempo prolongado, un proceso conocido como digestión.
Durante la digestión, la dinámica del equilibrio solubilidad-precipitación
garantiza que la oclusión se vuelva a exponer a la solución sobrenadante.
Debido a que las tasas de disolución y reprecipitación son lentas, hay menos
oportunidades de formar nuevas oclusiones (Harvey, 2016).
Una vez completada la precipitación, la
superficie del precipitado continúa atrayendo iones de la solución, lo que
genera adsorbatos superficiales (figura 2.c). Estos adsorbatos superficiales
constituyen otro tipo de impureza. Se puede minimizar la adsorción superficial
disminuyendo el área de superficie disponible del precipitado. La digestión del
precipitado aumenta el tamaño promedio de las partículas, lo que reduce el área
superficial total. Además, se pueden eliminar los adsorbatos de la superficie
lavando el precipitado, aunque esto puede resultar en una posible pérdida de
analito (Harvey, 2016).
-Controlar el tamaño de las partículas
El tamaño importa cuando se trata de
formar un precipitado. Las partículas más grandes son más fáciles de filtrar y,
como se señaló anteriormente, una superficie más pequeña significa que hay
menos oportunidades para que se formen adsorbatos superficiales. Controlando
cuidadosamente las condiciones de reacción podemos aumentar significativamente
el tamaño promedio de partícula de un precipitado.
El proceso de precipitación consta de
dos eventos fundamentales: la nucleación, que es la formación inicial de partículas
de precipitado estables y pequeñas, y el crecimiento de estas partículas. Las
partículas más grandes se forman cuando la tasa de crecimiento supera a la tasa
de nucleación. Comprender las condiciones que favorecen este crecimiento es
crucial al diseñar un método de análisis gravimétrico
Definimos la sobresaturación relativa de
un soluto, RSS , como
Donde Q es la concentración real del
soluto y S es la concentración del soluto en equilibrio. El numerador de la
ecuación, Q – S , es una medida de la sobresaturación del soluto. Una solución
con un valor alto y positivo de RSS tiene una alta tasa de nucleación, lo que
produce un precipitado con muchas partículas pequeñas. Cuando el RSS es
pequeño, es más probable que la precipitación se produzca por crecimiento de
partículas que por nucleación.
Para minimizar RSS se disminuye la
concentración del soluto, Q, o aumentando la solubilidad del precipitado, S. La
solubilidad de un precipitado generalmente aumenta a temperaturas más altas y
el ajuste del pH puede afectar la solubilidad de un precipitado si contiene un ion
ácido o básico. Por lo tanto, la temperatura y el pH son formas útiles de
aumentar el valor de S. Realizar la precipitación en una solución diluida de
analito o agregar el precipitante lentamente y con agitación vigorosa son
formas de disminuir el valor de Q.
Otra estrategia para aumentar el tamaño de las partículas es la coagulación. Cuando las partículas del precipitado están eléctricamente neutras, tienden a coagularse en partículas más grandes. Sin embargo, la adsorción superficial de iones reticulares adicionales puede cargar las partículas con una carga neta positiva o negativa, lo que impide su coagulación.
Figura
3
métodos para coagular un precipitado de AgCl. (a) La coagulación no se produce
debido a la repulsión electrostática entre las dos partículas cargadas
positivamente. (b) Disminuir la carga dentro de la capa de adsorción primaria,
al agregar NaCl adicional, disminuye la repulsión electrostática, lo que
permite que las partículas se coagulen. (c) La adición de iones inertes
adicionales disminuye el espesor de la capa de adsorción secundaria. Debido a
que las partículas pueden acercarse más entre sí, pueden coagularse.
-Filtrar el precipitado
Después de precipitar y de la digestión
del precipitado, se separa de la solución mediante filtración. El método de
filtración más común utiliza papel de filtro, que se clasifica según su
velocidad, su tamaño y su contenido de cenizas al encenderse. La velocidad, o
la rapidez con la que el sobrenadante pasa a través del papel de filtro, es
función del tamaño de los poros del papel
Un método alternativo para filtrar un
precipitado es un crisol filtrante. El más común es un crisol de vidrio poroso
que contiene un filtro de disco de vidrio poroso. Los crisoles de vidrio
fritado se clasifican según su porosidad: grueso (retiene partículas de más de
40 a 60 μm), medio (retiene partículas de más de 10 a 15 μm) y fino (retiene
partículas de más de 4 a 5,5 μm). Otro tipo de crisol filtrante es el crisol
Gooch, que es un crisol de porcelana con fondo perforado. Se coloca una estera
de fibra de vidrio en el crisol para retener el precipitado. En lugar de
utilizar la gravedad, el sobrenadante se aspira a través del crisol con la
ayuda de succión de un aspirador o bomba de vacío.
-Enjuagar el precipitado
Debido a que el sobrenadante es rico en
iones inertes disueltos, se debe eliminar cualquier rastro residual de
sobrenadante para evitar errores sin incurrir en pérdidas de solubilidad. En
muchos casos esto implica simplemente el uso de disolventes fríos o soluciones
de enjuague que contienen disolventes orgánicos como el etanol. El pH de la
solución de enjuague es crítico si el precipitado contiene un ion ácido o
básico. Cuando la coagulación juega un papel importante en la determinación del
tamaño de las partículas, agregar un electrolito inerte volátil a la solución
de enjuague evita que el precipitado se convierta en partículas más pequeñas
que podrían pasar a través del filtro. Este proceso de volver a partículas más
pequeñas se llama peptización. El electrolito volátil se elimina al secar el
precipitado.
-Secar el precipitado
Después de separar el precipitado de su
solución sobrenadante, el precipitado se seca para eliminar los rastros
residuales de la solución de enjuague y cualquier impureza volátil. La
temperatura y el método de secado dependen del método de filtración y de la
forma química deseada del precipitado. Colocar el precipitado en un horno de
laboratorio y calentarlo a una temperatura de 110°C es suficiente para eliminar
agua y otras impurezas fácilmente volatilizadas. Temperaturas más altas
requieren un horno de mufla, un mechero Bunsen o un mechero Meker, y son
necesarios si necesitamos descomponer térmicamente el precipitado antes de pesar.
Aunque ya no es una técnica de uso
común, la gravimetría de precipitación todavía proporciona un medio confiable
para evaluar la precisión de otros métodos de análisis o para verificar la
composición de materiales de referencia estándar. Un ejemplo de su utilidad es la
determinación de varios grupos funcionales orgánicos o heteroátomos, además de
que la gravimetría de precipitación sigue figurando como método estándar para
la determinación de SO42– en el análisis de agua y aguas
residuales.
Algunos ejemplos resueltos en:
https://www.coursehero.com/file/11739385/Problemas-resueltos-de-Qu%C3%ADmica-anal%C3%ADtica/
Ejercicios :
https://www.surcosistemas.com.ar/virtual/ebooks/QUIMICA_ANALITICA_Novena_edicion.pdf
Referencias
AQUALAB. (Agosto de 2023). AQUALAB by Addium.
Obtenido de Measuring moisture content:it's most complicated than you think:
https://aqualab.com/en/moisture-content
C Anjali, V. N. (2024). Graphene oxide boosted high surface
area CeO2 for humidity sensing. sciencedirect.
doi:https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101752
D.C, H. (2010). Quantitative chemical analysis (8
ed.). Freeman and company.
Day, R. y. (1986). Análisis
cuantitativo (5 ed.). Prentice Hall Publication,
Upper Saddle River.
Enviro Concepts . (24 de Marzo de 2016). Enviro Concepts . Obtenido de Mechanical Workshop
Trade Waste – Your Wastewater Treatment Options:
https://enviroconcept.com.au/mechanical-workshop-trade-waste-your-wastewater-treatment-options/
HARRIS. (1992). Análisis Químico Cuantitativo (3 edición ed.).
Grupo Editorial Iberoamérica.
Harvey, D. (10 de Julio de 2019). LibreTexts Chemestry. Obtenido
de 8.3: Volatilization Gravimetry:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Analytical_Chemistry_2.1_(Harvey)/08%3A_Gravimetric_Methods/8.03%3A_Volatilization_Gravimetry
Khan Academy. (2023). Introducción al análisis gravimétrico:
Gravimetría de volatilización. Obtenido de
https://www.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/limiting-reagent-stoichiometry/a/gravimetric-analysis#:~:text=Volatilization%20gravimetry%20involves%20separating%20components,mass%20that%20we%20can%20measure.
Morugán-Coronado A, G.-O. F. (Marzo de 2019). The effect of moisture on soil microbial properties and nitrogen cyclers
in Mediterranean sweet orange orchards under organic and inorganic
fertilization. NIH.
doi:10.1016/j.scitotenv.2018.11.174
Mosquera, J. (Julio de 2018). Perdida de ignición : ¿Que es y como se
calcula? Obtenido de Crometeck.cl:
https://www.cromtek.cl/2022/10/05/perdida-por-ignicion-que-es-y-como-se-calcula/
Pepper, I., & Gerba, C. (2018). JOVE. Obtenido de
Determination of Moisture Content in Soil:
https://www.jove.com/es/v/10011/determination-of-moisture-content-in-soil#:~:text=If%20more%20water%20is%20added,is%20added%20to%20the%20soil.
Rafton, R. (18 de Marzo de 2019). EXPLAINED: Moisture Content Analysis using the Gravimetric Process. Obtenido de
https://www.linkedin.com/pulse/explained-moisture-content-analysis-using-gravimetric-russell-rafton-
RAMETTE. (1983). Equilibrio y Análisis Qquímico. Fondo educativo
interamericano.
Skoog, D. A. (2005). Fundamentos de Química Analítica (9 ed.).
Thomson, Mexico.
Brain kart. (2018). BrainKart.com. Obtenido de Theory
and Practice of Precipitation Gravimetry: Avoiding Impurities:
https://www.brainkart.com/article/Theory-and-Practice-of-Precipitation-Gravimetry--Avoiding-Impurities_29632/
Caballero, A. (2013). Gravimetría. Obtenido de SlideShare:
https://es.slideshare.net/arturo.caballero/gravimetra-29439736
Garban, G. (2013). Equilibrios de precipitación. Obtenido de
Métodos gravimétricos de anáalisis:
http://gea.ciens.ucv.ve/ggarban/qag/Tema%203%20(2da%20parte).pdf
Glosario.A. (2012). Glosarios.servidor. Obtenido de Inclusión:
https://glosarios.servidor-alicante.com/quimica-analitica/inclusion
Hande , T., & Suleyman, A. (2018). Method development
for the determination of chlorine by high-resolution graphite furnace
molecular absorption spectrometry via GaCl. Science
Direct, 60-64.
doi:https://doi.org/10.1016/j.sab.2018.06.003
HARRIS. (1992). Análisis Químico Cuantitativo (3 edición ed.).
Grupo Editorial Iberoamérica.
Harvey, D. (2016). LibreText Chemistry. Obtenido de 8.2:
Precipitation Gravimetry:
https://chem.libretexts.org/Courses/Northeastern_University/08%3A_Gravimetric_Methods/8.2%3A_Precipitation_Gravimetry
Khan Academy. (2023). Khan Academy. Obtenido de Gravimetric
analysis and precipitation gravimetry:
https://www.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/limiting-reagent-stoichiometry/a/gravimetric-analysis-and-precipitation-gravimetry#:~:text=Precipitation%20gravimetry%20is%20an%20analytical,the%20precipitant%20or%20precipitating
Miranda, F. (2003). Determinación de Cloruros por gravimetría.
Obtenido de
https://html.rincondelvago.com/determinacion-de-cloruros-por-gravimetria.html
nagwa. (2021). Question Video: Identifying a
Precipitating Agent for the Gravimetric Analysis of Chloride Ions. Obtenido de
https://www.nagwa.com/en/videos/435186867404/#:~:text=The%20only%20compound%20in%20our,to%20its%20fairly%20low%20toxicity.
National center for Biotechnology Information. (2021). National
center for Biotechnology Information. Obtenido de PubChem Compound Summary
for CID 312, CHLORIDE ION: National center for Biotechnology Information.
(2021). PubChem Compound
Summaryhttps://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Chloride-ion
Comentarios
Publicar un comentario