Técnicas a utilizar

1.- ¿En qué consiste el análisis químico [AQ]?

• Análisis elemental [AE]:

El análisis elemental es una técnica que proporciona el contenido total de carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre presente en un amplio abanico de muestras de naturaleza orgánica e inorgánica, tanto sólidas como líquidas.

El análisis elemental se basa en la combustión en ambiente de oxígeno puro de la muestra a analizar, a una temperatura aproximada de 1000ºC. Con esta combustión se consigue convertir las moléculas orgánicas de la muestra en gases simples (CO₂, H₂O, N₂, etc).

Una vez producidos, los gases se presurizan y se separan mediante una columna cromatográfica. Finalmente, se mide la cantidad de cada uno de ellos gracias a sus diferentes conductividades térmicas.

• Espectroscopia óptica atómica [EOA]:

La espectroscopia óptica atómica sirve para identificar los elementos presentes en la materia y determinar sus concentraciones. Para ello dichos elementos se convierten en átomos o iones en estado gaseoso por medio de un proceso denominado atomización.

La atomización de la muestra suele hacerse, principalmente, con una llama o electrotérmicamente. En función de cómo midamos la cantidad de cada elemento en dicha atomización, existen diferentes métodos de espectroscopia óptica atómica, entre los que podríamos citar:

• Espectroscopia de absorción atómica (EAA, AAS en inglés)
• Espectroscopia de emisión atómica (EEA, EAS en inglés)
• Espectroscopia de fluorescencia atómica (EFA)

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2.- ¿Qué información nos da el AQ?

• Análisis elemental [AE]

Los campos de aplicación del AE son diversos. Van desde el análisis de combustibles fósiles (carbón, coque, gasolina, aceite minerales, gasoil, etc.) hasta la industria farmacéutica y la química fina, pasando por el análisis de suelos, industria alimenticia, cerámicas, etc.

Es común utilizar el AE en campos tales como el control de calidad, la determinación del contenido en carbono, nitrógeno, hidrógeno y azufre, la medida del poder calorífico en sólidos y líquidos, la determinación de contenidos en azufre en estudios de polución, etc.

Esta técnica se suele utilizar para la caracterización de compuestos orgánicos y organometálicos, drogas, cosméticos, productos de síntesis orgánica e inorgánica, productos farmacéuticos, etc.

• Espectroscopia óptica atómica [EOA]:

La versatilidad de la EOA permite su utilización en una amplia variedad de aplicaciones. Dicha versatilidad radica no sólo en el gran número de elementos que pueden ser determinados de forma rápida a niveles traza (partes por millón, ppm, o partes por billón, ppb), sino también en el amplio abanico de tipos de muestra que pueden ser analizados utilizando esta técnica. Veamos algunos ejemplos:

• Agricultura y alimentos: suelos, fertilizantes, materias vegetales, alimentos... El análisis de estos materiales por EOA, requiere una rigurosa preparación de la muestra antes de proceder al análisis (digestiones ácidas, micro-ondas, etc).
• Biología y medicina: El mayor problema de los ensayos en este campo, está en la contaminación de las muestras antes del análisis. Esto se debe a que la recolección y preparación de las muestras es compleja e interviene un equipo quirúrgico (agujas, bisturí...) que puede contaminar las muestras con cantidades trazas de diversos elementos.
• Geología: Las aplicaciones en este campo van desde la determinación cuantitativa de elementos mayoritarios, hasta los minoritarios y traza (ppm y ppb).
• Medio ambiente y aguas: En esta área se utilizan la técnica de EOA para el análisis de suelos, sedimentos, tejidos animales y vegetales o aguas.

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3.- Cálculo de la fórmula de un compuesto a partir de los datos de AQ

Como hemos mencionado anteriormente, tanto el análisis elemental como la EOA proporcionan información sobre cuales son los elementos químicos constituyentes de un compuesto y en qué cantidad se encuentran. Esta información permite determinar la fórmula atómica de un compuesto.

Vamos a deducir la posible fórmula de un compuesto a partir de los siguientes datos obtenidos del AQ:
 

Mediante las técnicas utilizadas, AE y EOA, hemos obtenido datos de todos los elementos presentes en el compuesto, excepto del oxígeno. El cálculo del porcentaje de oxígeno presente en la muestra analizada lo realizaremos por diferencia al 100% de la suma de los porcentajes obtenidos para todos los demás elementos (ver columna 2 de la tabla representada a continuación).
 

Los valores de la columna 2 representan los porcentajes en peso de los distintos elementos. Como éstos poseen diferentes pesos atómicos (columna 3), para obtener las proporciones atómicas relativas de cada elemento (columna 4) se divide su porcentaje en peso entre su peso atómico. A partir de estas proporciones atómicas relativas pueden deducirse las relaciones atómicas (columna 5) dividiendo cada uno de los valores entre el menor (en este caso 0.1805, correspondiente al hierro).

Con este sencillo procedimiento podemos deducir las relaciones entre los diferentes átomos presentes en nuestro compuesto:

C : H : N : As : Fe : O     Þ     2 : 16 : 2 : 3 : 1 : 13

Por lo tanto, la fórmula elemental más probable de nuestro compuesto problema es:

C₂ H₁₆ N₂ As₃ Fe₁ O₁₃

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4.- Para saber más ...

• Harris, Daniel C. "Análisis químico cuantitativo", Ed. Reverté, Barcelona, 2001.
• Olsen, Eugene D., "Métodos ópticos de análisis", Ed. Reverté, Barcelona, 1990.
• Rubinson, Kenneth A., "Análisis instrumental", Prentice Hall D.L., Madrid, 2000.
• Skoog, Douglas A., "Principios de análisis instrumental", McGraw-Hill/Interamericana de España D.L., Madrid, 2000.
• Rubinson, Judith F., "Química analítica contemporánea", Pearson Educación : Prentice Hall Hispanoamericana, Mexico, 2000.
• Burriel Martí, Fernando; Arribas Jimeno, Siro; Lucena Conde, Felipe; Hernández Méndez, Jesús. "Química analítica cualitativa", Madrid Thomson Ed. Paraninfo, Madrid, 1995.

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