- En primer lugar, aprenderemos qué son las soluciones químicas.
- Después, nos sumergiremos en la definición de la química analítica y en técnicas como las pruebas de conducción, la valoración, la cromatografía, las pruebas ácido-base y la precipitación.
Soluciones químicas
Antes de aprender a identificar las sustancias químicas en una solución, veamos la definición de solución.
Se denomina solución a unamezcla homogénea compuesta por un disolvente más uno o más solutos.
- Una mezcla homogénea es una mezcla que tiene una composición uniforme.
- Un disolvente es una sustancia que está presente en una solución en la mayor cantidad, y se utiliza para disolver el soluto.
- Un soluto es una sustancia que se disuelve en un disolvente.
La ecuación química general entre un disolvente y un soluto para formar una solución es la siguiente
$$ \text{Soluto + Disolvente }\longrightarrow \text{Solución} $$
Los sol utos pueden ser Electrolitos o no electrolitos. Los electrolitos fuertes son solutos que se disocian al 100% en un disolvente determinado, mientras que los electrolitos débiles son aquellos que sólo se disocian ligeramente. Los no electrolitos no se disocian en absoluto. Los solutos y los disolventes pueden ser sólidos, líquidos o gases.
La cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad determinada de disolvente se denomina Solubilidad. Cuando se trata de sólidos, el aumento de la temperatura aumenta la Solubilidad de la mayoría de los sólidos, mientras que con los gases ocurre lo contrario.
La Solubilidad se define como la cantidad máxima de un soluto que es capaz de disolverse en 100 gramos de agua (H2O).
Es importante señalar que, aunque generalmente nos referimos a la solubilidad como "en agua", ¡también puede referirse a otros disolventes como el etanol y el hexano!
El siguiente gráfico muestra la solubilidad de algunas sales en 100 gramos de H2O. El cloruro sódico (NaCl), por ejemplo, tiene una solubilidad de unos 37 gramos por 100 gramos de H2Oa 50 °C.
Concentración
Cuando tenemos una solución, utilizamos las unidades de Concentración para especificar la cantidad de soluto disuelto en un disolvente para obtener 1 dm3 (o 1 L) de solución. Normalmente, cuanto mayor sea la masa o cantidad de soluto disuelto en un volumen determinado, mayor será la Concentración.
La concentración suele medirse en términos de Molaridad, pero hay muchas otras formas de expresar la concentración, como molalidad, fracción molar y porcentaje de masa.
Se denomina molaridad(M ) a los moles de soluto por litro de disolución.
Para conocer las distintas formas de calcular la concentración, consulta"Molaridad y molalidad".
¿Qué es la química analítica?
Empezaremos con una definición de química analítica.
Definición de química analítica
Ahora que sabemos qué son las soluciones químicas, veamos la definición de química analítica.
Laquímica analítica es una rama de la química que se ocupa de determinar la composición química de una muestra de material.
La química analítica comprende dos tipos de análisis:el análisis cualitativo y el cuantitativo .
El análisiscualitativo se realiza para determinar lo que se encuentra en una muestra.
El análisiscuantitativo se ocupa de la cantidad, concentración o composición de una sustancia presente.
Técnicas de Química Analítica
Para identificar sustancias químicas en disolución, los químicos pueden utilizar distintas técnicas de química analítica, como la cromatografía, la valoración, la precipitación, lapruebaácido-base yla prueba de conducción . Así que, ¡vamos a hablar de ellas!
Pruebas de conducción
La primera prueba que exploraremos se llama prueba de conducción (oconductividad eléctrica ). Los químicos utilizan esta prueba para clasificar las sustancias como electrolitos fuertes, electrolitos débiles o no electrolitos, basándose en su capacidad para conducir la electricidad.
Los elect rolitos son sustancias que conducen la electricidad cuando se disuelven en agua.
Este aparato consiste en una bombilla conectada en serie con dos electrodos abiertos, que se colocan dentro de un recipiente que contiene una muestra de la solución que se está probando. Siempre que hay un electrolito presente, la bombilla se enciende.
La figura 1 muestra un ejemplo de prueba de conducción realizada con un electrolito fuerte, un electrolito débil y un no electrolito.
Valoración
A continuación, tenemos la técnica de química analítica de la valoración.
La valoración es una técnica utilizada para hallar la concentración de una solución desconocida, haciéndola reaccionar con una solución de concentración conocida.
Durante la valoración, el valorante (solución de concentración conocida) se añade gota a gota a la solución de concentración desconocida (el analito) hasta que la reacción alcanza su punto final. Para poder indicar si una reacción ácido-base ha alcanzado su punto final, se añade un indicador a la solución.
- El punto final es el punto en el que la solución cambia de color, indicando que la valoración debe detenerse.
Los indicadores son sustancias que experimentan cambios de color en condiciones ácidas o básicas.
La imagen siguiente muestra un ejemplo de montaje de laboratorio utilizado para las valoraciones.
Para saber más sobre esto, ¡consulta"Valoración ácida y básica"!
Cromatografía
Hablemos ahora de la cromatografía.
Lacromatografía es una técnica analítica que se utiliza para separar una mezcla en sus componentes.
En el proceso de cromatografía intervienen dos fases. La fase estacionaria representa un sólido, líquido o gel estático, mientras que la fase móvil representa el disolvente (gas o líquido) utilizado para transportar la mezcla a través de la fase estacionaria.
La cromatografía separa los componentes de una mezcla utilizando las afinidades relativas de los componentes.
Se denominaafinidad al grado en que los componentes de una muestra se sienten atraídos, debido a sus fuerzas intermoleculares, por la fase móvil o estacionaria.
- Una fuerza intermolecular es una fuerza de atracción entre moléculas.
Si un componente posee una mayor afinidad (mayor atracción) por la fase móvil, ascenderá más rápidamente por la placa, en comparación con los componentes que tienen una mayor afinidad por la fase estacionaria.
- Tener una afinidad elevada significa que el componente interactúa fuertemente con la fase móvil o estacionaria.
Por regla general, los átomos, moléculas e iones se sienten más atraídos por la fase móvil o estacionaria que tiene propiedades iguales o similares.
El tipo más sencillo de cromatografía es la Cromatografía en Papel. Veamos cómo funciona para comprender mejor la afinidad.
Para repasar los distintos tipos de Fuerzas Intermoleculares, ¡consulta"Fuerzas Intermoleculares"!
Supongamos que queremos separar colorantes de una mezcla (tinta). En este caso, la fase estacionaria será el papel de cromatografía, y la fase móvil será el agua.
Primero se utiliza un bolígrafo para hacer puntos de tinta en la fase estacionaria. A continuación, la fase móvil atraviesa la fase estacionaria y solubiliza los componentes. A continuación, la fase móvil transporta el componente individual una determinada distancia (Rf) a través de la fase estacionaria, en función de su atracción por ambas fases.
El papel de cromatografía (fase estacionaria) se obtiene de la celulosa, que contiene muchos grupos -OH polares. El agua (fase móvil) también es una molécula polar, pero más polar que el papel de cromatografía. Por tanto, cualquier componente de la muestra que tenga cargas totales o parciales (por ejemplo, sustancias iónicas o polares) tendrá una mayor afinidad (o atracción) por el agua (fase móvil).
Por otro lado, cualquier componente de la muestra que experimente fuerzas de dispersión tendrá una mayor afinidad por la fase estacionaria y no se alejará mucho del origen (la línea que marca el punto donde se colocó la muestra (puntos de tinta)).
¿Necesitas una explicación más detallada? ¡Consulta"Cromatografía"!
Pruebas de ácidos y bases
Para saber si una solución es un ácido o una base, podemos utilizar técnicas analíticas de prueba de ácidos y bases.
Los ácidos son soluciones que aumentan la concentración de iones de hidrógeno (H+) en la solución.
Las bases son soluciones que aumentan la concentración de iones hidróxido (OH-) en la solución.
La primera técnica consiste en utilizar papel tornasol. Cuando se coloca un papel de tornasol azul en una solución ácida, se volverá rojo, mientras que un papel de tornasol rojo se volverá azul en condiciones básicas. En soluciones neutras, ¡el papel tornasol se volverá morado!
Otra técnica consiste en utilizar un papel universal de pH. Este papel cambia de color según el pH de la solución.
Ahora, si buscas algo más moderno, ¡puedes utilizar un pH-metro digital! Un pH-metro digital mide electrónicamente el pH de una sustancia. Funciona detectando la cantidad de iones de hidrógeno en la solución.
- Cuantos más iones de hidrógeno haya en una solución, más ácida será.
Precipitación
Por último, tenemos la precipitación. La prueba del precipitado la utilizan los químicos cuando sospechan que una solución tiene un determinado ion presente.
Por ejemplo, imagina que tienes una solución que crees que contiene hierro (Fe2+) y estroncio (Sr2+). Puedes realizar reacciones de precipitación para confirmar la presencia de estos iones. Si se forma un determinado precipitado, ¡entonces tenías razón!
Las reacciones deprecipitación son reacciones químicas en las que se forma un producto insoluble (llamado precipitado).
Según las reglas de solubilidad de los compuestos iónicos, podríamos añadir un compuesto que contenga iones hidróxido (OH-) a una muestra de la solución y ver si se forma el precipitado hidróxido de hierro (II), Fe(OH)2. Del mismo modo, podríamos añadir una solución que contenga sulfato (SO42-) para precipitar el estroncio en forma de sulfato de estroncio sólido (SrSO4).
$$ \text{Fe}^{2+}(aq)} + \text{OH}^{-}(aq)} \longrightarrow \text{Fe(OH)}_{2} (s) $$
$$ \text{Sr}^{2+}(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4}(aq)} \longrightarrow \text{SrSO}_{4}(s) (s) $$
¿Buscas reglas de solubilidad? ¡Lee nuestra explicación sobre"Solubilidad"!
¡Espero que te sientas seguro de tu comprensión de los fundamentos de la química analítica y de la identificación de sustancias químicas en disolución!
Química analítica - Puntos clave
- Una solución es unamezcla homogénea compuesta por un disolvente y uno o varios solutos.
- Para identificar sustancias químicas en disolución, la química puede utilizar distintas técnicas de química analítica, como cromatografía, valoración, precipitación, pruebaácido-base y prueba deconducción .
- La cromatografía es una técnica analítica que se utiliza para separar una mezcla en sus componentes.
- Lasreacciones de precipitación son Reacciones químicas en las que se forma un producto insoluble (llamado precipitado).
Referencias
- Jespersen, N. D., & Kerrigan, P. (2021). AP química premium 2022-2023. Kaplan, Inc., D/B/A Barron's Educational Series.
- N Saunders, Kat Day, Iain Brand, Claybourne, A., Scott, G., & Smithsonian Books (Editorial. (2020). Química supersimple: la guía de estudio definitiva. Dk Publishing.
- Swanson, J. (2021). Todo lo que necesitas para dominar la química en un cuaderno enorme. Workman.
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