Actualmente hay muchos especialistas que se han dedicado a las ciencias físicas o químicas, ya veces a ambas. De hecho, la mayoría de los fenómenos pueden explicarse lógicamente con precisión a través de tales experimentos. Consideraremos los métodos de investigación física con más detalle.
Métodos de análisis en química analítica
La química analítica es la ciencia de detectar, separar e identificar sustancias químicas. Para realizar determinadas operaciones con compuestos se utilizan métodos de análisis químicos, físicos y fisicoquímicos. Este último método también se denomina instrumental, ya que su aplicación requiere equipos de laboratorio modernos. Se subdivide en grupos espectroscópicos, físicos nucleares y radioquímicos.
Además, en química pueden existir problemas de diferentes tipos que requieren soluciones individuales. Dependiendo de esto, existen métodos de análisis cualitativo (determinar el nombre y la forma de una sustancia) y cuantitativo (determinar qué cantidad de una sustancia dada está contenida en una alícuota o muestra).
Métodos de análisis cuantitativo
Te permiten determinar el contenido de la sustancia original en la muestra. En total, existen métodos químicos, fisicoquímicos y físicos de análisis cuantitativo.
Métodos químicos de análisis cuantitativo
Se dividen en:
- Análisis de peso que le permite determinar el contenido de una sustancia pesando en una balanza analítica y realizando otras operaciones.
- Análisis de volumen, que consiste en medir el volumen de sustancias en diferentes estados agregados o soluciones.
A su vez, se divide en las siguientes subsecciones:
- el análisis titrimétrico volumétrico se utiliza a una concentración conocida del reactivo, la reacción con la que se consume la sustancia requerida y luego se mide el volumen consumido;
- método volumétrico de gases consiste en analizar mezclas de gases en las que la sustancia original es absorbida por otra.
- sedimentación volumétrica (del latín sedimentum - "asentamiento") se basa en la estratificación por un sistema disperso como resultado de la gravedad. Esto va acompañado de precipitaciones, cuyo volumen se mide con un tubo de centrífuga.
El
La
Los métodos químicos no siempre son convenientes, ya que muchas veces es necesario separar la mezcla para aislar el componente deseado. Para realizar tal operación sin el uso de reacciones químicas, se utilizan métodos físicos de análisis. Y para observar el cambio en las propiedades físicas del compuesto como resultadollevar a cabo reacciones - físicas y químicas.
Métodos físicos de análisis cuantitativo
Se utilizan durante muchos estudios de laboratorio. Los métodos físicos de análisis incluyen:
- Espectroscópico: basado en la interacción de átomos, moléculas e iones del compuesto estudiado con radiación electromagnética, como resultado de lo cual se absorben o liberan fotones.
- El método físico-nuclear consiste en exponer una muestra de la sustancia en estudio a un flujo de neutrones, mediante el estudio del cual, después del experimento, es posible determinar el contenido cuantitativo de los elementos contenidos en la muestra midiendo radiación radiactiva. Esto funciona porque la cantidad de actividad de las partículas es directamente proporcional a la concentración del elemento en estudio.
- El método radioquímico consiste en determinar el contenido en la sustancia de isótopos radiactivos formados como resultado de transformaciones.
Métodos fisicoquímicos de análisis cuantitativo
Dado que estos métodos son solo una parte de los métodos físicos para analizar una sustancia, también se dividen en métodos de investigación espectroscópicos, físicos nucleares y radioquímicos.
Métodos de análisis cualitativo
En química analítica, para estudiar las propiedades de una sustancia, determinar su estado físico, color, sabor, olor, se utilizan métodos de análisis cualitativos, que, a su vez, se dividen en los mismos químicos, físicos y físico-químico (instrumental). Además, los métodos físicos de análisis son los preferidos en química analítica.
Los métodos químicos se llevan a cabo de dos maneras: reacciones en solución y reacciones en vía seca.
Reacciones vía húmeda
Las reacciones en soluciones tienen ciertas condiciones, una o más de las cuales deben cumplirse:
- Formación de un precipitado insoluble.
- Cambiando el color de la solución.
- Evolución de una sustancia gaseosa.
La formación de precipitados puede ocurrir, por ejemplo, como resultado de la interacción del cloruro de bario (BaCl2) y el ácido sulfúrico (H2SO4). Los productos de la reacción son ácido clorhídrico (HCl) y un precipitado blanco insoluble en agua: sulfato de bario (BaSO4). Entonces se cumplirá la condición necesaria para que ocurra una reacción química. A veces, los productos de la reacción pueden ser un par de sustancias, que deben separarse por filtración.
El cambio de color de la solución como resultado de la interacción química es una característica muy importante del análisis. Esto se observa con mayor frecuencia cuando se trabaja con procesos redox o cuando se utilizan indicadores en el proceso de titulación ácido-base. Las sustancias que pueden teñir la solución con el color apropiado incluyen: tiocianato de potasio KSCN (su interacción con las sales de hierro III se acompaña de una coloración rojo sangre de la solución), cloruro férrico (cuando interactúa con el agua con cloro, el débil color verde de la solución se vuelve amarilla), dicromato de potasio (cuando se reduce y bajo la acción del ácido sulfúrico, cambia de naranja averde oscuro) y otros.
Las reacciones que proceden con la liberación de gas no son básicas y se utilizan en casos excepcionales. El dióxido de carbono que se produce con más frecuencia en los laboratorios es el CO2.
Reacciones secas
Tales interacciones se realizan para determinar el contenido de impurezas en la sustancia analizada, en el estudio de minerales, y consta de varias etapas:
- Prueba de fusibilidad.
- Prueba de color de la llama.
- Prueba de volatilidad.
- La capacidad de reacciones redox.
Por lo general, se prueba la capacidad de fusión de las sustancias minerales precalentando una pequeña muestra sobre un quemador de gas y observando el redondeo de sus bordes con una lupa.
Para comprobar cómo la muestra es capaz de colorear la llama, se aplica sobre un alambre de platino primero en la base de la llama y luego en el lugar que más se calienta.
La volatilidad de la muestra se comprueba en el cilindro de ensayo, que se calienta después de la introducción del elemento de prueba.
Las reacciones de los procesos redox suelen llevarse a cabo en bolas secas de bórax fundido, en las que se coloca la muestra y luego se calienta. Hay otras formas de llevar a cabo esta reacción: calentamiento en un tubo de vidrio con metales alcalinos - Na, K, calentamiento simple o calentamiento sobre carbón vegetal, etc.
Uso de indicadores químicos
A veces, los métodos de análisis químico utilizan diferentesindicadores que ayudan a determinar el pH del medio de una sustancia. Los más utilizados son:
- Tornasol. En un ambiente ácido, el papel tornasol indicador se vuelve rojo y en un ambiente alcalino se vuelve azul.
- Naranja de metilo. Cuando se expone a un ion ácido, se vuelve rosa, alcalino, se vuelve amarillo.
- Fenolftaleína. En un ambiente alcalino, es característico de un color rojo, y en un ambiente ácido no tiene color.
- Curcumina. Se utiliza con menos frecuencia que otros indicadores. Se vuelve marrón con álcalis y amarillo con ácidos.
Métodos físicos de análisis cualitativo
Actualmente, se utilizan a menudo tanto en investigación industrial como de laboratorio. Ejemplos de métodos físicos de análisis son:
- Espectral, que ya se ha comentado anteriormente. Este, a su vez, se divide en métodos de emisión y absorción. Dependiendo de la señal analítica de las partículas, se distinguen espectroscopia atómica y molecular. Durante la emisión, la muestra emite cuantos, y durante la absorción, los fotones emitidos por la muestra son absorbidos selectivamente por pequeñas partículas: átomos y moléculas. Este método químico utiliza tipos de radiación como ultravioleta (UV) con una longitud de onda de 200-400 nm, visible con una longitud de onda de 400-800 nm e infrarroja (IR) con una longitud de onda de 800-40000 nm. Estas áreas de radiación también se denominan "rango óptico".
- El método luminiscente (fluorescente) consiste en observar la emisión de luz por parte de la sustancia en estudio debido aexposición a los rayos ultravioleta. La muestra de prueba puede ser un compuesto orgánico o mineral, así como algunos medicamentos. Cuando se exponen a la radiación ultravioleta, los átomos de esta sustancia pasan a un estado excitado, caracterizado por una impresionante reserva de energía. Durante la transición al estado normal, la sustancia se ilumina debido a la cantidad residual de energía.
- El análisis de difracción de rayos X se lleva a cabo, por regla general, utilizando rayos X. Se utilizan para determinar el tamaño de los átomos y cómo se ubican en relación con otras moléculas de muestra. Así se encuentra la red cristalina, la composición de la muestra y la presencia de impurezas en algunos casos. Este método utiliza una pequeña cantidad de analito sin el uso de reacciones químicas.
- Método de espectrometría de masas. A veces sucede que el campo electromagnético no permite que ciertas partículas ionizadas lo atraviesen debido a una diferencia demasiado grande en la relación de masa y carga. Para determinarlos, se necesita este método físico de análisis.
Por lo tanto, estos métodos tienen una gran demanda, en comparación con los métodos químicos convencionales, porque tienen una serie de ventajas. Sin embargo, la combinación de métodos de análisis químicos y físicos en química analítica proporciona un resultado del estudio mucho mejor y más preciso.
Métodos fisicoquímicos (instrumentales) de análisis cualitativo
Estas categorías incluyen:
- Métodos electroquímicos que consisten en medirfuerzas electromotrices de celdas galvánicas (potenciometría) y conductividad eléctrica de soluciones (conductometría), así como en el estudio del movimiento y resto de procesos químicos (polarografía).
- Análisis espectral de emisión, cuya esencia es determinar la intensidad de la radiación electromagnética en una escala de frecuencia.
- Método fotométrico.
- Análisis espectral de rayos X, que examina los espectros de rayos X que han pasado a través de la muestra.
- Método para medir la radiactividad.
- El método cromatográfico se basa en la interacción repetida de sorción y desorción de una sustancia cuando se mueve a lo largo de un adsorbente inmóvil.
Debe saber que básicamente los métodos de análisis físico-químicos y físicos en química se combinan en un solo grupo, por lo que cuando se consideran por separado, tienen mucho en común.
Métodos físico-químicos de separación de sustancias
Muy a menudo en los laboratorios hay situaciones en las que es imposible extraer la sustancia requerida sin separarla de otra. En tales casos, se utilizan métodos de separación de sustancias, que incluyen:
- Extracción - un método por el cual la sustancia necesaria se extrae de una solución o mezcla por medio de un extractante (disolvente correspondiente).
- Cromatografía. Este método se utiliza no solo para el análisis, sino también para la separación de componentes que se encuentran en las fases móvil y estacionaria.
- Separación por intercambio iónico. Como resultadola sustancia deseada puede precipitar, insoluble en agua, y luego puede separarse por centrifugación o filtración.
- La separación criogénica se utiliza para extraer sustancias gaseosas del aire.
- La electroforesis es la separación de sustancias con la participación de un campo eléctrico, bajo cuya influencia se mueven partículas que no se mezclan entre sí en medios líquidos o gaseosos.
Así, el asistente de laboratorio siempre podrá obtener la sustancia requerida.
