PROGRAMA TEÓRICO. Departamento de Hidrogeología y Química Analítica

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1 Curso: 2005/06 Centro: FAC. CC. EXPERIMENTALES Estudios: Ingeniero Químico Asignatura: QUÍMICA ANALÍTICA Código: Ciclo: 1º Curso: 2º Cuatrimestre: 2º Carácter: Troncal Créditos teóri.: 6,0 Créditos práct.: 1,5 Área: QUIMICA ANALITICA Departamento: HIDROGEOLOGIA Y QUIMICA ANALITICA Descriptores: Equilibrio Químico. Metodología del análisis. Técnicas instrumentales de análisis PROGRAMA TEÓRICO BLOQUE I. METODOLOGÍA ANALÍTICA LECCIÓN 1. CONCEPTO E IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA ANALÍTICA. METODOLOGÍA ANALÍTICA Definición de Química Analítica. Análisis cualitativo y cuantitativo. Papel de la Química Analítica en la industria, en la investigación, desarrollo e innovación. El problema analítico y su papel como conexión entre el problema económico-social y el proceso analítico. Resolución del problema analítico: definición de proceso analítico. Etapas del proceso analítico. Resultados y toma de decisiones. LECCIÓN 2. TOMA DE MUESTRA Consideraciones generales. Problemática y requisitos básicos del muestreo. Programación de la toma de muestras: planes de muestreo. Tipos de muestras y métodos de muestreo. Consideraciones estadísticas. Manejo y almacenamiento de las muestras. Fuentes de error. Manual de muestreo. LECCIÓN 3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Operaciones generales. Disolución y descomposición de muestras sólidas: reactivos acuosos, sólidos fundentes. Descomposición de muestras orgánicas: mineralización húmeda y seca. Tratamientos previos al proceso de medida: separación, preconcentración y eliminación de interferencias. Principales métodos de separación: destilación, precipitación, etc. Extracción líquido-líquido, lixiviación, extracción en fase sólida. Técnicas de derivación. LECCIÓN 4. TRATAMIENTO Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS ANALÍTICOS Conceptos generales sobre la medida. Concepto de error, detección de errores. Parámetros representativos de medidas replicadas. Precisión y exactitud: tipos de errores. Errores aleatorios y distribución normal. Límites de confianza. Errores sistemáticos y su detección. Propagación de errores. Presentación de resultados. Rechazo de resultados. 1

2 II. EQUILIBRIOS EN DISOLUCIÓN. APLICACIONES AL ANÁLISIS QUÍMICO LECCIÓN 5. DISOLUCIONES IÓNICAS. EL EQUILIBRIO QUÍMICO Disolventes y disoluciones. Tipos y propiedades generales. Concepto de electrolito y no electrolito. Teoría de la ionización de Arrhenius. Actividad y coeficientes de actividad. Fuerza iónica de una disolución. Teoría de interacción iónica de Debye-Hückel. Concepto de equilibrio químico. Expresión del equilibrio químico. Tendencia a la reacción: aspectos termodinámicos y cinéticos. Alteraciones en la posición del equilibrio. Tipos de equilibrios en disolución. LECCIÓN 6. FUNDAMENTOS DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE (I) Concepto de ácido y base. Clasificación de los disolventes según su carácter ácido-base. Reacciones autoprotolíticas. Constante de autoprotólisis del agua. Concepto y escala de ph. Fuerza de ácidos y bases, escalas de acidez. Efectos nivelador y diferenciador del disolvente. LECCIÓN 7. CÁLCULOS EN LOS EQUILIBRIOS ÁCIDO-BASE Balances de masa y carga en el cálculo de concentraciones en el equilibrio. Cálculos de ph en sistemas ácido-base sencillos. Mézclas de ácidos y bases. Cálculos de ph de disoluciones de sales. Cálculo del ph y de las concentraciones de las especies en el equilibrio en sistemas polipróticos. Disoluciones reguladoras y cálculo de ph. Capacidad reguladora. Empleo de diagramas de distribución. LECCIÓN 8. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS VOLUMÉTRICO. VOLUMETRÍAS ACIDO BASE. Generalidades. Clasificación de los métodos volumétricos. Requisitos de las reacciones volumétricas. Curvas de valoración. Detección del punto final: indicadores. Disoluciones valoradas y patrones primarios. Material volumétrico y su calibración. Limitaciones y error de valoración. Curvas de valoración. Cálculos en análisis volumétrico. Volumetrías ácido base: características y aplicaciones. Ejemplos de curvas de valoración. TEMA 9. EQUILIBRIOS DE PRECIPITACIÓN Introducción. Solubilidad y producto de solubilidad. Factores que afectan a la solubilidad. Influencia del medio iónico en la solubilidad: efecto del ión común y efecto salino. Equilibrios simultáneos: solubilidad y ph. Cálculo de concentraciones en el equilibrio. Precipitación fraccionada. Representaciones gráficas. Volumetrías de precipitación: características y ejemplos de aplicación. TEMA 10. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO Introducción. Clasificación de los métodos gravimétricos. Características de las reacciones usadas en gravimetrías de precipitación. Operaciones generales: precipitación, filtración, lavado y tratamiento térmico de los precipitados. Precipitación homogénea. Cálculos en análisis gravimétrico. Fuentes de error y aplicaciones. 2

3 TEMA 11. EQUILIBRIOS DE FORMACIÓN DE COMPLEJOS Generalidades. Equilibrios de formación y disociación de complejos. Cálculo de las concentraciones de las diferentes especies en disolución. Fracciones molares. Reacciones de desplazamiento. Diagramas de distribución. Reacciones parásitas. Equilibrios competitivos. Influencia del ph. Solubilidad y complejos. Solubilidad, complejos y ph. Volumetrias de formación de complejos: características y ejemplos de aplicación. TEMA 12. EQUILIBRIOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN Conceptos básicos. Potencial de un sistema. Ecuación de Nerst: aplicaciones analíticas a distintos tipos de sistemas. Constante de equilibrio y potencial de equilibrio. Previsión de reacciones redox. Cálculo de concentraciones y potenciales de equilibrio. Polioxidantes. Anfolitos. Dismutación. Factores que afectan al potencial redox de un sistema. Potencial formal o aparente. Equilibrios competitivos. Influencia del ph, de los equilibrios de complejación y de los equilibrios de precipitación sobre los equilibrios redox. Dismutación y estabilización de grados de oxidación, factores que afectan. Volumetrías de oxidacióreducción: características y principales aplicaciones. III. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS INSTRUMENTAL TEMA 13. INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS INSTRUMENTAL. Introducción general. Fundamento de las técnicas instrumentales. Propiedades físicas de interés analítico. Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis. Instrumentos analíticos: componentes básicos. Parámetros característicos y selección de un método analítico. TEMA 14. LA SEÑAL ANALÍTICA. CALIBRACIÓN DE MÉTODOS Y EQUIPOS. Concepto de señal analítica. Relación entre señal y ruido. Fuentes de ruido. Aumento de la relación señal/ruido. Calibración de métodos instrumentales. Patrones analíticos. Métodos de calibración. Importancia de los blancos. Calibración de equipos. Otras operaciones de control de la instrumentación: mantenimiento y verificación. Calibrado de algunos instrumentos habituales en el laboratorio. TEMA 15. INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS DE ANÁLISIS. Introducción. La radiación electromagnética y su interacción con la materia. Clasificación de las técnicas ópticas de análisis. Tipos de espectros y mecanismos de interacción. Regiones espectrales y técnicas. Componentes básicos de los instrumentos espectroscópicos. TEMA 16. ESPECTROSCOPÍA MOLECULAR. Espectroscopía de absorción molecular UV-Vis. Teoría de la absorción molecular. Leyes cuantitativas de la absorción. Ley de Beer y sus limitaciones. Especies absorbentes en disolución. Grupos cromóforos y auxocromos. Instrumentación y aplicaciones. Espectroscopía de luminiscencia molecular: fluorimetría y fosforimetría. 3

4 TEMA 17. ESPECTROSCOPÍA ATÓMICA. Introducción. Clasificación de las técnicas. Espectros ópticos atómicos. Perfil de las líneas atómicas y causas de ensanchamiento. Atomización con llama. Características e instrumentación básica. Interferencias. Metodología analítica y principales aplicaciones. Atomización electrotérmica. Particularidades de la técnica y comparación con la técnica de llama. Espectroscopía de emisión. Fundamento. Instrumentación básica. Interferencias. Metodología analítica y aplicaciones. TEMA 18. INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Clasificación de las técnicas de separación. Métodos cromatográficos. Cromatogramas y parámetros característicos. Eficacia y ensanchamiento de banda. Teoría clásica: plato teórico. Teoría cinética: ecuación de van Deemter. Separación de mezclas: selectividad y resolución. Procedimientos para mejorar la resolución. Aplicaciones al análisis cualitativo y cuantitativo. Métodos de cuantificación. Principales métodos cromatográficos. TEMA 19. CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA RESOLUCIÓN Fundamentos. Fase estacionaria y fase móvil. Selección del modo de separación. Instrumentación: sistemas de bombeo, controladores de gradiente y de flujo, sistemas de inyección, tipos de columnas, sistemas de detección. Tipos de cromatografía líquida Cromatografía de adsorción. Cromatografía de reparto. Cromatografía de exclusión molecular. Selección de métodos. Aplicaciones. TEMA 20. CROMATOGRAFÍA DE GASES. Fundamentos y características generales. Instrumentación: gas portador, sistemas de introducción de la muestra y técnicas de inyección, tipos de columnas y fases estacionarias, control de temperatura, detectores. Optimización de parámetros cromatográficos. Aplicaciones cualitativas: criterios de identificación. Aplicaciones cuantitativas. Derivación en GC. Acoplamiento con métodos espectroscópicos (GC-MS, GC-AED, GC-FTIR). TEMA 21. INTRODUCCIÓN A LAS TÉCNICAS ELECTROANALÍTICAS Introducción. Reacción electroquímica y celda electroquímica. Tipos de procesos electródicos. Aspectos termodinámicos implicados. Transporte de materia al electrodo: migración, convección y difusión. Reacciones electroquímicas controladas por difusión: hipótesis de Nernst y leyes de Fick. Velocidad de reacción electródica y factores que la afectan. Curvas intensidad-potencial. Clasificación de las técnicas electroanalíticas y aplicaciones. Electrodos de referencia. Electrodos indicadores: metálicos, de membrana y selectivos a moléculas. Instrumentos para la medida del potencial. Potenciometría directa. Calibrado del electrodo. Valoraciones potenciométricas 4

5 BIBLIOGRAFÍA Aguilar Sanjuán, M., Introducción a los Equilibrios Iónicos, 2ª ed. Editorial Reverté, Barcelona, Skoog, D.A., West, D.M., Holler, F.J., Fundamentos de Química Analítica, 4ª ed., Tomo I. Editorial Reverté, Barcelona, Harris, D.C., Análisis Químico Cuantitativo. Grupo Editorial Iberoamérica, México, Bermejo, F., Bermejo, M.P., Bermejo, A., Química Analítica General, Cuantitativa e Instrumental (vol 1). Editorial Paraninfo, 7ª ed., Madrid, Burriel, F., Lucena, F., Arribas S. y Hernández J., Química Analítica Cualitativa, 13ª ed. Paraninfo, Madrid, Laitinen, H.A. y Harris, W.E., Análisis Químico. Reverté, Barcelona, Pino, F. y Valcárcel, M., Equilibrios iónicos en disolución. Análisis volumétrico. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Sevilla, Urmo, S.A., 2ª edición, Bilbao, (Edición agotada. Disponible sólo en el Departamento). Sánchez Batanero, P., Sanz Medel, A.; Química Analítica Básica. Introducción a los Métodos de Separación. Servicio de Publicaciones Universidad de Valladolid, Valladolid, Skoog, D.A., Holler, F.J., Nieman, T.A.; Principios de Análisis Instrumental, 5ª ed. McGraw Hill, Madrid, Rubinson, K.A., Rubinson, J.F.; Análisis Instrumental. Pearson Educación, S.A., Madrid, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Superación de un examen teórico-práctico. 5