Metodos Electroanalíticos Ensayo.docx

Universidad De Oriente Núcleo de Anzoátegui Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Departamento de Ingeniería Química

Barcelona, (día) de (mes) de 2019 Análisis Instrumental Profesora Jozarel Alcalá Ensayo: Métodos Electroanalíticos: Potenciometría, Voltamperometría y Coulombimetría. Autor: Paola Sánchez, C.I: 27.386.136 https://www.academia.edu/26933519/Introducci%C3%B3n_a_los_M%C3%A9todos_Instrume ntales_Tema_1_INTRODUCCION_A_LOS_METODOS_INSTRUMENTALES_DE_ANALISIS

La química electroanalítica abarca un grupo de métodos analíticos cuantitativos basados en las propiedades eléctricas de una disolución de analito cuando forma parte de una celda electroquímica. Los métodos eléctricos de análisis tienen en cuenta las relaciones entre los fenómenos químicos y eléctricos. Las técnicas electroanalíticas estudian las propiedades eléctricas de una disolución en la llamada "célula electroquímica". Estas técnicas se caracterizan por una alta sensibilidad, su gran selectividad y elevada precisión. Una característica de estas técnicas es que miden actividades no concentraciones de analito, de ahí que se haya de tener siempre presente la presencia de sustancias enmascarantes Sólo un tipo general de método electroanalítico se basa en medidas realziadas en ausencia de corriente apreciable, a saber, los métodos potenciométricos. Los restantes métodos implican todos corrientes eléctricas y medidas de intensidades de corrientes. Los métodos electroanalíticos pueden basarse ya sea en la medida de la intensidad de corriente en una celda electroquímica a un potencial fijo o el potencial de una celda mientras que la intensidad de corriente se fija a algún valor constante. En un experimento electroquímico, el experimentador sólo puede controlar que el potencial de la celda tenga un cierto valor deseado y medir la intensidad de corriente resultante, o viceversa Los métodos potenciométricos de análisis se basan en las medidas del potencial de celdas electroquímicas en ausencia de corrientes apreciables. Se puede

determinar la concentración de una especie electroactiva en una disolución empleando un electrodo de referencia (un electrodo con un potencial conocido y constante con el tiempo) y un electrodo de trabajo (un electrodo sensible a la especie electroactiva) y un potenciómetro. La potenciometría es un método que involucra todas las propiedades electroquímicas con las que cuenta una solución para así obtener la concentración del analito que se encuentra presente en ella y se desea conocer. es un método analítico electroquímico basado en la medida de la diferencia de potencial entre electrodos sumergidos en una solución, siendo el potencial de uno de los electrodos función de la concentración de determinados iones presentes en la solución. La medida de los potenciales de electrodo permite obtener de forma directa la concentración de una sustancia o seguir su evolución a lo largo de una reacción química (reacción de titulación). Desde el comienzo del siglo XX, las técnicas potenciométricas se han utilizado para la detección de los puntos finales en los métodos volumétricos de análisis. (Skoog-Holler-Nieman, 1992). Los métodos potenciométricos son utilizados con frecuencia en la determinación del punto final de una valoración potenciométrica. Para ello:

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Se representa el potencial en función del volumen de reactivo. El punto final lo determina el punto medio en la curva.

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Se calcula el cambio de potencial por cambio de unidad de volumen del reactivo.

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El método de Gran: permite determinar el punto final de acuerdo a los datos experimentales correspondientes a una zona de la curva de valoración en la cual la reacción se encuentra forzada a copmpletar por efecto del ión común.

Read more: http://laquimicaylaciencia.blogspot.com/2011/03/potenciometria.html#i xzz5k3ir6SlK La potenciometría es una técnica de múltiples aplicaciones en las principales áreas de análisis. La determinación de distintos iones en procesos industriales, monitoreo de aire y gases contaminantes, determinación de diversos electrolitos en fluidos fisiológicos para análisis clínicos, determinaciones de iones constituyentes en muestras agrícolas, medio ambiente, farmacia, etc., han hecho de esta técnica una herramienta muy útil y de fácil aplicación para cualquier área de estudio, siendo susceptible a un desarrollo continuo.

En resumen, es considerado un método fácil, rápido, versátil y muy económico y una técnica sencilla de realizar. Aplicaciones La potenciometría es una técnica de análisis que ha sido aplicada en diferentes áreas de análisis, se caracteriza por ser un método más preciso y exacto que el utilizado en valoraciones donde intervienen soluciones indicadoras ya que, por la variabilidad al identificar ciertos “colores” o la naturaleza de la muestra, pudieran obtenerse resultados con más desviación, o bien, algún resultado fuera del real. Se han reportado estudios para la determinación de Vitaminas del grupo B en productos farmacéuticos y alimentos en los que se utilizan diferentes electrodos selectivos dependiendo del analito a determinar. Este tipo de estudios iniciaron desde 1988 por científicos japoneses.(Upadhyay, Singh, Rao Bandi, & Jain, 2013). Hay informes de estudios también para el reconocimiento molecular de nucléotidos en agua.(Inclan et al., 2014) Los electrodos que se utilizan para realizar esta técnica han sido desarrollados para mejorar su aplicación y hacer de éste, un método de análisis más preciso, selectivo y que proporcione datos exactos.(Guth, Gerlach, Decker, Oelßner, & Vonau, 2008). Se ha trabajado en desarrollar un electrodo para la determinación del ion fosfato que es utilizado en el área de química analítica, química clínica, farmacología y química ambiental.(Kumar, Kim, Hyun, Won, & Shim, 2013) El método potenciométrico requiere volúmenes de las soluciones de la muestra y del titulante, en algunas ocasiones, grandes, dependiendo de la concentración de la muestra; por esta razón se está trabajando actualmente en la implementación de micro-titulación, esto es una optimización del método, en la que se obtiene una mayor sensibilidad, rapidez y el uso de cantidades pequeñas de solución de muestra y del agente titulante. El principio de ésta técnica es el mismo que utiliza la titulación potenciométrica pero reduciendo considerablemente las cantidades de volumen de las soluciones que se utiliza para conocer las concentraciones de la sustancia de interés. (Abulkibash, AlAbsi, & Amro, 2012)

Tanto la electrogravimetría como la culombimetría son dos métodos muy relacionados que se basan en una electrólisis que se lleva a cabo durante un tiempo suficiente para asegurar la completa oxidación o reducción del analito hasta un producto de composición conocida. En los procedimientos culombimétricos se mide la cantidad de carga eléctrica que se necesita para completar la electrólisis.

Ambos métodos (electrogravimetría y culombimetría) son moderadametne sensibles y se encuentran entre las técnicas más exactas y precisas. No necesitan calibración previa frente a patrones, ya que la realción funcional entre la cantidad medida y la concentración del analito se puede deducir a partir de la teoría y de los datos de la masas atómica. e basan en la medida de la cantidad de electricidad (medida en culombios) que se necesitan para convertir cuantitativamente la sustancia a analizar en un estado de oxidación diferente. Las ventajas que presentan estos métodos son:

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La constante de proporcionalidad entre los culombios y el peso de la sustancia puede deducirse a partir de constantes físicas conocidas, por lo que no es necesario realizar una calibración.

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Estos métodos suelen ser tan precisos como las gravimetrías o las volumetrías, pero son más rápidos.

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Se automatizan con facilidad.

Los métodos coulombimétricos se fundamentan en las investigaciones electroquímicas publicadas por Michael Faraday en 1834, principalmente en su primera ley que indica /1-4/: "la masa de una sustancia alterada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida al electrodo, si a través de este se hace pasar durante el tiempo una corriente continua de intensidad fija" Las valoraciones coulombimétricas ácido-base se fundamentan en la electrogeneración de los iones titulantes H+ o bien OH- , apartir de la electrólisis de una disolución acuosa en presencia de un electrolito química y electroquímicamente inerte (conocido como electrolito soporte). Coulumbimetría se refiere a un cojunto de técnicas que tienen como objetivo la medida de la cantidad necesaria de electricidad al convertir cuantitativamente una sustancia en otra mediante electrólisis. Están basandos en la medición exacta de la cantidad de electricidad que pasa a través de una solución durante la verificación de una reacción electroquímica. Nombre dado a un grupo de técnicas de química analítica que determinan la cantidad de materia transformada en una reacción de electrólisis midiendo la cantidad de electricidad (en coulumb) consumida o producida. Los métodos coulumbimétricos son: coulumbimetria a potencial constante, la coulumbimetria a intensidad constante, o las valoraciones coulumbimetrica Read more: http://laquimicaylaciencia.blogspot.com/2011/03/culombimetria.html#ix zz5k4El2aQ5

La voltamperometría es una categoría de los métodos electroanalíticosusados en química analítica y varios procesos industriales. En voltamperometría, la información sobre un analito se obtiene midiendo la corriente cuando se modifica el potencial. La especie química de ordinario debe ser electroactiva. ¿Qué quiere decir? Significa que debe perder (oxidarse) o ganar (reducirse) electrones. Para que la reacción inicie, el electrodo de trabajo debe suministrar el potencial necesario determinado teóricamente por la ecuación de Nernst. La voltamperometría se desarrolló gracias a la invención de la técnica de polarografía por el Premio Nobel de química de 1922, Jaroslav Heyrovsky. En ella, el electrodo de la gota de mercurio (EGM) se renueva y polariza constantemente. Las deficiencias analíticas de este método por aquel entonces fueron solventadas con el uso y diseño de otros microelectrodos. Estos varían enormemente de material, desde carbón, metales nobles, diamante y polímeros, hasta en su diseño, discos, cilindros, láminas; y además, en el modo en cómo interactúan con la disolución: estacionario o rotatorio. Aplicaciones -La voltamperometría de redisolución anódica se utiliza para determinar la concentración de metales disueltos en fluido. -Permite estudiar la cinética de los procesos redox o de adsorción, en especial, cuando los electrodos están modificados para detectar un analito en específico. -Su base teórica ha servido para la fabricación de biosensores. Con estos, pueden determinarse la presencia y concentración de moléculas biológicas, proteínas, grasas, azúcares, etc. -Finalmente, detecta la participación de intermediarios en los mecanismos de reacción. Referencias 1. González M. (22 de noviembre de 2010). Voltamperometría. Recuperado de: quimica.laguia2000.com 2. Gómez-Biedma, S., Soria, E., & Vivó, M.. (2002). Análisis electroquímico. Revista de Diagnóstico Biológico, 51(1), 18-27. Recuperado de scielo.isciii.es 3. Química y Ciencia. (18 de julio de 2011). Voltamperometría. Recuperado de: laquimicaylaciencia.blogspot.com 4. Quiroga A. (16 de febrero de 2017). Cyclic Voltammetry. Recuperado de: chem.libretexts.org

5. Samuel P. Kounaves. (s.f.). Voltammetric Techniques. [PDF]. Tufts University. Recuperado de: brown.edu 6. Day R. & Underwood A. Química Analítica Cuantitativa (quinta ed.). PEARSON Prentice Hall.

Los métodos voltamperométricos se pueden emplear para establecer el punto de equivalencia en las valoraciones (denominadas valoraciones amperométricas), en las cuales se mide la corriente que atraviesa la célula polarográfica manteniendo el potencial fijo, en función del volumen de reactivo añadido. Su representación gráfica da como resultado unas líneas rectas con diferentes pendientes. El punto final se obtiene extrapolando los resultados. Se utiliza principalmente en aquellas valoraciones en las cuales el producto es un precipitado o un complejo estable.

La voltamperometría es un método mediante el cual se puede obtener información sobre un determinado analito, midiendo las intensidades de corriente generadas en función de la diferencia de potencial aplicado, en ciertas condiciones, que favorecen la polarización en el electrodo de trabajo. Muchas veces, los electrodos utilizados en voltamperometría son microelectrodos, de modo de aumentar la polarización gracias a su pequeña superficie. La técnica de voltamperometría es muy utilizada en el área de química inorgánica, bioquímica e incluso física, no tanto para analizar una determinada muestra, sino más bien para estudiar procesos de oxidación y reducción, procesos de adsorción, entre otros. Luego de la invención y desarrollo de las técnicas de espectrometría, el análisis mediante voltamperometría fue quedando en desuso, excepto para algunas aplicaciones especiales, como por ejemplo la determinación de oxígeno molecular en una disolución. Sin embargo, a mediados de los años 60 surgieron algunas modificaciones importantes en este tipo de técnicas, que permitieron aumentar la sensibilidad y especificidad del método. En la voltamperometría, lo que se hace es aplicar una diferencia de potencial variable a una celda electrolítica, que contiene un microelectrodo. Al aplicar el voltaje, se genera una determinada intensidad de corriente, que va variando a medida que varía el voltaje aplicado. Dentro de las técnicas de voltamperométría, tenemos por ejemplo la versión clásica, de barrido lineal, en la cual el voltaje aplicado va aumentando linealmente, hasta un máximo, en un determinado tiempo. En otro tipo de voltamperometría, el voltaje se aplica en impulsos. Las intensidades de corriente se miden en diferentes momentos de estos impulsos. La diferencia de potencial aplicada variará cíclicamente entre dos puntos, aumentando linealmente al principio hasta determinado valor y luego disminuyendo hasta un determinado valor mínimo.

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Referencias bibliógraficas (1) http://www.slideshare.net/yerga/introduccin-a-los-mtodos-analticos-instrumentales (2) http://docencia.udea.edu.co/cen/QuimicaAnaliticaI/volu.htm (3) http://apuntescientificos.org/electroquim-uvm.html (4) http://www.slideshare.net/CvH94/titulacin-potenciomtrica-de-un-cido-dbil-con-una-base-fuerte# (5) http://sensorpotenciometrico.blogspot.mx/ Skoog-West-Nieman. (1992). Principios de Análisis Instrumental (Quinta edición): Mc Graw Hill Skoog-WestHoller-Crouch. (2000). Fundamentos de Química Analítica (Octava edición): Thomson Abulkibash, A. M., Al-Absi, M., & Amro, A. a. N. (2012). Microtitrimetry by controlled current potentiometric titration. Journal of Analytical Chemistry, 68(1), 57-60. doi: 10.1134/s1061934813010024 Barbieri Gonzaga, F., & Pereira Sobral, S. (2012). A new method for determining the acid number of biodiesel based on coulometric titration. [Research Support, Non-U.S. Gov't]. Talanta, 97, 199-203. doi: 10.1016/j.talanta.2012.04.017 Guth, U., Gerlach, F., Decker, M., Oelßner, W., & Vonau, W. (2008). Solid-state reference electrodes for potentiometric sensors. Journal of Solid State Electrochemistry, 13(1), 27-39. doi: 10.1007/s10008-008-0574-7 Inclan, M., Albelda, M. T., Carbonell, E., Blasco, S., Bauza, A., Frontera, A., & Garcia-Espana, E. (2014). Molecular recognition of nucleotides in water by scorpiand-type receptors based on nucleobase discrimination. Chemistry, 20(13), 3730-3741. doi: 10.1002/chem.201303861 Kumar, P., Kim, D.-M., Hyun, M. H., Won, M.-S., & Shim, Y.-B. (2013). An All Solid State Potentiometric Sensor for Monohydrogen Phosphate Ions. Electroanalysis, 25(8), 1864-1870. doi: 10.1002/elan.201300142 Upadhyay, A., Singh, A. K., Rao Bandi, K., & Jain, A. K. (2013). Selective Determination of Zn2+Ion in Various Environmental, Biological and Medicinal Plant Samples Using a Novel Coated Graphite Electrode. Electroanalysis, 25(11), 2453-2462. doi: 10.1002/elan.20130022