- Què és l'anàlisi gravimètric?
- -Tipus de gravimetria
- directe
- Indirecte
- -Precipitado
- Característiques essencials
- Alta puresa
- composició coneguda
- estabilitat
- Massa molecular alta
- baixa solubilitat
- partícules grans
- Mètodes de la gravimetria
- precipitació
- electrogravimetría
- volatilització
- Mecànica o simple
- Termogravimetría
- usos
- Exemple d'anàlisi
- fosfitos
- plom
- calci
- níquel
- referències
La gravimetria és una de les principals branques de la química analítica compresa per una sèrie de tècniques la pedra angular en comú és el mesurament de masses. Les masses pot mesurar-se d'innombrables maneres: directament o indirectament. Per aconseguir aquests mesuraments imprescindibles les balances; gravimetria és sinònim de massa i balances.
Sense importar la ruta o procediment seleccionat per obtenir les masses, sempre els senyals o resultats han fer llum en la concentració de l'analit o espècie d'interès; en cas contrari, la gravimetria no tindria valor analític. L'anterior seria equivalent a afirmar que un equip treballés sense detector i així i fora fiable.
Balança antiga pesant algunes pomes. Font: Pxhere.
A la imatge superior es mostra una balança antiga amb unes pomes en el seu plat còncau.
Si amb aquesta balança es determinés la massa de les pomes, es tindria un valor total proporcional a el nombre de pomes. Ara, si es pesessin individualment, cada valor de massa correspondria a les partícules totals de cada illa; el seu contingut proteic, lipídic, sucres, aigua, cendres, etc.
Pels moments no hi ha indicis d'un enfocament gravimètric. Però, suposem que la balança pogués ser extremadament específica i selectiva, menyspreant els altres constituents de la poma mentre es pesa només el d'interès.
Ajustada aquesta balança idealitzada, amb tot la poma es podria determinar directament quant de la seva massa correspon a un tipus de proteïna o greix en específic; quanta aigua emmagatzema, quant pesen tots els seus àtoms de carboni, etc. D'aquesta manera s'estaria determinant gravimètricament la composició nutricional de la poma.
Lamentablement no hi ha balança (al menys avui en dia) que pugui fer això. No obstant això, hi ha tècniques específiques que permeten separar física o químicament els components de la poma; per a després, i finalment, pesar-los per separat i construir la composició.
Què és l'anàlisi gravimètric?
Descrit l'exemple de les pomes, quan es determina la concentració d'un analit mitjançant el mesurament d'una massa es parla d'una anàlisi gravimètric. Aquesta anàlisi és quantitatiu, ja que respon a la pregunta 'quant hi ha?' concernent a l'analit; però no la respon mesurant volums ni radiació o calor, sinó masses.
A la vida real les mostres no són només pomes sinó pràcticament qualsevol tipus de matèria: gasosa, líquida o sòlida. Això no obstant, sigui quin fos l'estat físic d'aquestes mostres, ha de poder extreure d'elles una massa o diferència de la mateixa que pugui mesurar-se; la qual, serà directament proporcional a la concentració de l'analit.
Quan es diu "extreure una massa" d'una mostra, significa obtenir un precipitat, el qual consisteix d'un compost que conté a l'anàlit, o sigui ell en si mateix.
Tornant a les pomes, per mesurar gravimètricament seus components i molècules és necessari llavors obtenir un precipitat per a cada un d'ells; un precipitat per l'aigua, un altre per a les proteïnes, etc.
Un cop es pesin tots (després d'una sèrie de tècniques analítiques i experimentals), s'arribarà a el mateix resultat que el de la balança idealitzada.
-Tipus de gravimetria
En l'anàlisi gravimètric ha dues formes principals de determinar la concentració de l'analit: directament o indirectament. Aquesta classificació és global, i d'elles deriven mètodes i sens fins de tècniques específiques per a cada analit en determinades mostres.
directe
L'anàlisi gravimètric directe és aquell en el qual es quantifica l'analit per simple mesurament d'una massa. Per exemple, si es pesa un precipitat d'un compost AB, i coneixent les masses atòmiques de A i B, i la massa molecular d'AB, es pot calcular la massa de A o B per separat.
Totes les anàlisis que produeixin precipitats de les masses es calculi la massa de l'analit, és gravimetria directa. La separació dels components de la poma en diferents precipitats és un altre exemple d'aquest tipus d'anàlisi.
Indirecte
En les anàlisis gravimètrics indirectes es determinen les diferències de masses. Aquí es realitza una sostracció, la qual quantifica l'analit.
Per exemple, si la poma en la balança es pesa primer, i després s'escalfa a sequedat (però sense cremar-), es vaporitzarà tota l'aigua; és a dir, la poma perdrà tot el seu contingut d'humitat. La poma seca torna a pesar-se, i la diferència de masses serà igual a la massa d'aigua; per tant, s'ha quantificat l'aigua gravimètricament.
Si l'anàlisi fos directe, hauria de dissenyar-se un mètode hipotètic amb el qual pogués sostreure tota l'aigua de la poma i cristalizarla en una balança a part per pesar-la. Evidentment, el mètode indirecte és el més fàcil i pràctic.
-Precipitado
Potser pugui semblar simple en principi obtenir un precipitat, però implica realment certes condicions, processos, ús de enmascarantes i agents precipitants, etc., per poder separar-lo de la mostra i que estigui en perfectes condicions per a pesar-lo.
Característiques essencials
El precipitat ha de complir amb una sèrie de característiques. Algunes d'aquestes són:
Alta puresa
Si no fos prou pur, s'estaria assumint les masses de les impureses com a part de les masses d'l'analit. Per tant, els precipitats han de purificar-se, ja sigui per rentat, recristal·lització, o per qualsevol altra tècnica.
composició coneguda
Suposem que el precipitat pugui patir la següent descomposició:
MCO 3 (s) => MO (s) + CO 2 (g)
Passa que no se sap fins a quin tant de MCO 3 (carbonats metàl·lics) s'ha descompost en el seu òxid respectiu. Per tant, no es coneix la composició de l'precipitat, pel fet que podria tractar-se d'una barreja MCO 3 · MO, o MQO 3 · 3MO, etc. Per solucionar això, cal garantir la completa descomposició de l'MCO 3 a MO, pesant-MO només.
estabilitat
Si el precipitat es descompon per la llum ultraviolada, la calor, o pel contacte amb l'aire, la seva composició deixa de ser coneguda; i s'està novament davant la situació anterior.
Massa molecular alta
Mentre més gran sigui la massa molecular de l'precipitat, més fàcil serà la seva pesada, ja que es necessitarà de menors quantitats per anotar una lectura de la balança.
baixa solubilitat
El precipitat ha de ser prou insoluble per poder filtrar sense més complicacions.
partícules grans
Encara que no sigui estrictament necessari, el precipitat ha de ser tan cristal·lí possible; és a dir, la mida de les seves partícules han de ser el més grans possibles. Com més petites siguin les seves partícules, més gelatinós i coloidal es torna, i requereix llavors d'un major tractament: assecat (eliminar solvent) i calcinació (tornar la seva massa constant).
Mètodes de la gravimetria
Dins de la gravimetria ha quatre mètodes generals, els quals s'esmenten a continuació.
precipitació
Ja esmentat al llarg dels subapartats, consisteixen en precipitar quantitativament el anàlit per poder determinar-ho. La mostra es tracta física i químicament perquè el precipitat sigui el més pur i adequat possible.
electrogravimetría
En aquest mètode el precipitat es diposita sobre la superfície d'un elèctrode pel qual es fa passar un corrent elèctric dins d'una cel·la electroquímica.
Aquest mètode és àmpliament utilitzat en la determinació de metalls, ja que es dipositen els mateixos, les seves sals o òxids i, indirectament, es calcula les seves masses. Primer els elèctrodes es pesen abans d'entrar en contacte amb la solució en la qual s'ha dissolt la mostra; després, es torna a pesar un cop tinguin dipositat en la seva superfície el metall.
volatilització
En els mètodes gravimètrics de volatilització es determinen les masses dels gasos. Aquests gasos s'originen producte d'una descomposició o reacció química que pateix la mostra, els quals es relacionen directament amb l'analit.
A l'tractar de gasos, cal utilitzar un parany per recol·lectar. El parany, a l'igual que els elèctrodes, es pesa abans i després, calculant-així indirectament la massa de gasos recol·lectada.
Mecànica o simple
Aquest mètode gravimètric és en essència físic: es basa en tècniques de separació de mescles.
Mitjançant l'ús de filtres, tamisos o sedassos, es recullen els sòlids d'una fase líquida, i es pesen directament per determinar la seva composició sòlida; per exemple, el percentatge d'argila, residus fecals, plàstics, sorra, insectes, etc., d'un corrent d'aigua.
Termogravimetría
Aquest mètode consisteix, a diferència dels altres, en caracteritzar l'estabilitat tèrmica d'un sòlid o material a través de les seves variacions de massa en funció de la temperatura. Pràcticament es pot pesar una mostra calenta amb una termobalanza, i anar registrant la seva pèrdua de massa a mesura que s'augmenta la temperatura.
usos
En termes generals es presenten alguns usos de la gravimetria, sense importar el mètode i de l'anàlisi:
-Separa diferents components, solubles i insolubles, d'una mostra.
-Realitza una anàlisi quantitativa a un temps menor quan no es requereixi construir una corba de calibratge; es determina la massa i es coneix d'una vegada quant de l'analit hi ha a la mostra.
-No només separa l'analit, sinó que a més ho purifica.
-Determina el percentatge de cendres i humitat de sòlids. Així mateix, amb una anàlisi gravimètric pot quantificar el seu grau de puresa (sempre que la massa de les substàncies contaminants no sigui menor a 1 mg).
Permet caracteritzar un sòlid mitjançant un termograma.
-La manipulació de sòlids i precipitats sol ser més simple que la dels volums, de manera que facilita certs anàlisis quantitatives.
-En laboratoris de docència, serveix per avaluar l'acompliment dels estudiants en tècniques de calcinació, de pesada, i en l'ús de gresols.
Exemple d'anàlisi
fosfitos
A una mostra dissolta en medi aquós se li pot determinar les seves fosfits, PO 3 3-, mitjançant la següent reacció:
2HgCl 2 (ac) + PO 3 3- (ac) + 3H 2 O (l) ⇌ Hg 2 Cl 2 (s) + 2H 3 O + (ac) + 2Cl - (ac) + 2PO 4 3- (ac)
Nota: el Hg 2 Cl 2 precipita. Si es pesa el Hg 2 Cl 2 i es calcula seus mols, es podrà calcular seguint l'estequiometria de la reacció quant PO 3 3- havia originalment. A la dissolució aquosa de la mostra se li afegeix un excés de HgCl 2 per garantir que tot el PO 3 3- reaccioni per formar el precipitat.
plom
Si es digereix en medi àcid, per exemple, un mineral que conté plom, els ions Pb 2+ poden dipositar com PbO 2 en un elèctrode de platí mitjançant una tècnica electrogravimétrica. La reacció és:
Pb 2+ (aq) + 4H 2 O (l) ⇌ PbO 2 (s) + H 2 (g) + 2H 3 O + (ac)
L'elèctrode de platí es pesa abans i després, i així es determina la massa de PbO 2, de la qual amb un factor gravimètric, es calcula la massa de plom.
calci
El calci d'una mostra pot precipitar addicionant a la seva dissolució aquosa àcid oxàlic i amoníac. D'aquesta manera l'anió oxalat es genera lentament i produeix un millor precipitat. Les reaccions són:
2NH 3 (ac) + H 2 C 2 O 4 (ac) → 2NH 4 + (ac) + C 2 O 4 2- (aq)
Ca 2+ (aq) + C 2 O 4 2- (aq) → CaC 2 O 4 (s)
Però l'oxalat de calci es calcina per produir l'òxid de calci, un precipitat de composició més definida:
CaC 2 O 4 (s) → CaO (s) + CO (g) + CO 2 (g)
níquel
I per finalitzar, la concentració de níquel d'una mostra pot determinar gravimètricament mitjançant l'ús de dimetilglioxima (DMG): un agent precipitant orgànic, amb el qual forma un quelat que precipita i té un color vermellós característic. La DMG es genera in situ:
CH 3 COCOCH 3 (ac) + 2NH 2 OH (aq) → DMG (ac) + 2H 2 O (l)
2DMG (ac) + Ni 2+ (aq) → Ni (DMG) 2 (s) + 2H +
El Ni (DMG) 2 es pesa i amb un càlcul estequiomètric es determina quant níquel contenia la mostra.
referències
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Química Analítica Quantitativa (cinquena ed.). PEARSON Prentice Hall.
- Harvey D. (23 d'abril de al 2019). Overview of Gravimetric Methods. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Chapter 12: Gravimetric Methods of Analysis.. Recuperat de: web.iyte.edu.tr
- Claude Yoder. (2019). Gravimetric Analysis. Recuperat de: wiredchemist.com
- Gravimetric analysis. Recuperat de: chem.tamu.edu
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 de febrer de al 2019). Gravimetric Analysis Definition. Recuperat de: thoughtco.com
- Siti Maznah Kabeb. (Sf). Analytical Chemistry: Gravimetric Analysis. [PDF. Recuperat de: ocw.ump.edu.my
- Singh N. (2012). A rugged, precisi and accurate new gravimetry method for the determination of gold: an alternative to fire assay method. SpringerPlus, 1, 14. doi: 10.1186 / 2193-1801-1-14.