METODOS ELECTROQUIMICOS

(1)

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ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE

FARMACIA Y BIOQUÍMICA

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PALOMINO

CÁTEDRA: QUIMICA ANALITICA INSTRUMENTAL

II

INTEGRANTES:

BRICEÑO MALLMA MARIELA

ORÉ MEZA EVELIN

RAMOS EVARISTO SANDRA

VILLAVERDE UNTIVEROS MERLY

.

MONOGRAFÍA

METODOS

ELECTROQUIMICOS

(2)

CARRERA: FARMACIA Y BIOQU!MICA

HUANCAYO " #$%&

DEDICATORIA

ADios

ADios por por saberme saberme guiar guiar co

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CARRERA: FARMACIA Y BIOQU!MICA

HUANCAYO " #$%&

DEDICATORIA

ADios

ADios por por saberme saberme guiar guiar co

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ed

educucararnonos. s. A A nunuesestrtros os papadrdres es popor r da

darnrnos os la la opoporortutuninidadad d de de esestutudidiar ar yy aappooyyaarrnnoos s mmoorraall,,eeccoonnóómmiicca a ee incondicionalmente.

incondicionalmente.

INTRODUION

Actualmente e!isten "reasde gran

Actualmente e!isten "reasde gran importancia como es importancia como es salud, medio ambientesalud, medio ambiente y

y la la alialimenmentactaciónión, , perpermitimitiendendo o el el biebienenestastar r de de la la nacnaciónión# # lamlamententablablemeementente gracias a la mano del $ombre y sus malas acciones estas %ienen siendo gracias a la mano del $ombre y sus malas acciones estas %ienen siendo destruidas, alteradas causando gran da&o en

destruidas, alteradas causando gran da&o en las futuras generaciones.las futuras generaciones.

'a presente monografía titulada (m)todos electro*uímicos+ nos da a conocer 'a presente monografía titulada (m)todos electro*uímicos+ nos da a conocer definiciones sobre los di%ersos m)todos *ue son de gran a

definiciones sobre los di%ersos m)todos *ue son de gran ayuda en la detecciónyuda en la detección de algunos agentes patógenos, partículas da&inas, así como la presencia de de algunos agentes patógenos, partículas da&inas, así como la presencia de iones contaminantes en aguas los cuales nos causan da&o e impiden meorar iones contaminantes en aguas los cuales nos causan da&o e impiden meorar la calidad de %ida.

la calidad de %ida.

-l desarrollo de D-T-TOR- electro*uímicos de bao costo, así como el -l desarrollo de D-T-TOR- electro*uímicos de bao costo, así como el des

desarroarrollo llo de de metmetodoodologlogías ías eleelectrctro o anaanalítlíticaicas s *u*ue e perpermitamitan n estestandandari/ari/ar ar m)todos electro analíticos para la cuantificación de sustancias de inter)s en m)todos electro analíticos para la cuantificación de sustancias de inter)s en an"lisis clínico, y en la

an"lisis clínico, y en la industria alimentaria abaratarían el costo de lindustria alimentaria abaratarían el costo de los mismos,os mismos, lo cual permitiría en su aplicación en gran escala a nuestra población y lle%ar lo cual permitiría en su aplicación en gran escala a nuestra población y lle%ar

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en tiempo real un control de calidad de una %ariedad de alimentos y la en tiempo real un control de calidad de una %ariedad de alimentos y la detección oportuna por eemplo de patógenos *ue atentan contra la salud de la detección oportuna por eemplo de patógenos *ue atentan contra la salud de la nación. nación.

A0ITU'O I

1-N-RA'IDAD-

ELECTROQUIMICA ELECTROQUIMICA

-s la parte de la *uímica *ue se encarga del estudio de las reacciones -s la parte de la *uímica *ue se encarga del estudio de las reacciones cualitati%as y cuantitati%as e!istentes entre la energía el)ctrica y las reacciones cualitati%as y cuantitati%as e!istentes entre la energía el)ctrica y las reacciones *uímicas ya *ue esta reacción implica *ue en las reacciones debe $aber una *uímicas ya *ue esta reacción implica *ue en las reacciones debe $aber una trasferencia de electrones necesaria mente

trasferencia de electrones necesaria mente $ablamos de reacciones tipo redo!.$ablamos de reacciones tipo redo!. la

la eleelectrctro*uo*uímiímica ca tietiene ne cocomo mo obobetieti%o %o desdesde de el el pupunto nto de de %is%ista ta teóteóricrico o loslos ca

cambmbioios s *u*uímímicicos os *u*ue e prprododucuce e la la cocorrirrienente te elel)c)ctritrica ca o o la la gegeneneraracición ón dede ele

electrctriciicidad dad medmedianiante te las las reareaccccioniones es *u*uímiímicas cas de de di%di%ersersas as sussustantanciacias s a a sisi mi

mismsmo o lologrgra a tatambmbi)i)n n esestatablblececer er t)t)cncnicicas as de de ininststrurumementntos os *u*ue e reresusultltenen es

esenencicialales es a a ototraras s raramamas s de de la la *u*uímiímica ca enentrtre e elellalas s la la *u*uímímicica a ananalalítíticica,a, electro*uímica y electro analítica.

electro*uímica y electro analítica.

O2IDO 3 R-DUION4 e considera como reacciones de transferencia de O2IDO 3 R-DUION4 e considera como reacciones de transferencia de electrones. 'as reacciones o!ido 3 reducción forman una parte importante del electrones. 'as reacciones o!ido 3 reducción forman una parte importante del

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mundo *ue nos rodea. Abarcan desde la combustión de combustibles fósiles $asta la acción de los blan*ueadores dom)sticos, asimismo, la mayoría de los elementos met"licos y no met"licos se obtienen a partir de sus minerales por proceso de o!idación y reducción.

OXIDACIÓN.- E' () *+,-(', ( () -/0) /0 ('*(-1( 2/341-0 *1(+5( ()(-6+,(' 7 '/ 84(+, 5( ,9150-1 0/4(60.

REDUCCIÓN.- E' () *+,-(', ( () -/0) /0 ('*(-1( 2/341-0 ;00 ()(-6+,(' 7 '/ 84(+, 5( ,9150-1 51'41/7(.

AGENTE OXIDANTE.5acepta electrones y $ace *ue se o!ide

AGENTE REDUCTOR.5es a*uel *ue dona electrones y $ace *ue se redu/ca

E<(4*),: E) 0)/411, +(0--1,0 -, () ,93;(, *0+0 =,+40+ 915, 5( 0)/411,>

4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

En el transcurso de esta reacción, cada átomo de aluminio pierde tres electrones para formar un ión Al3+

Al → Al3+_{+ 3 e}

-Y cada molécula de O2 gana cuatro electrones para formar dos iones O

2-O2 + 4 e- → 2 O

2-omo los electrones ni se crean ni se destru!en en las reacciones "u#micas, la o$idación ! la reducción son insepara%les&

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-l aluminio cede electrones y el o!ígeno los gana. -l aluminio act6a como agente reductor, se o!ida 7su n6mero de o!idación pasa de 8 a 9:; cediendo tres electrones, mientras *ue el o!ígeno act6a como agente o!idante, se reduce 7su n6mero de o!idación pasa de 8 a 5<; ganando dos electrones.

TI0O D- R-AION- R-DO24

=.5 R-AION- D- O>?INAION.5 -s una reacción en la *ue dos o mas sustancias se combinan para formar un solo producto.

-emplo4

a.5 a/ufre *uem"ndose en aire para formar dió!ido de a/ufre. 7s; 9 O7g;555555O<7g;

b.5 aluminio en reacción con el bromo para formar bromuro de aluminio. <Al7s; 9 :?r7l;55555<A'?r:7s;

<.5 R-AION- D- D-O>0OIION.5 on lo opuesto de las reacciones de combinación. concretamente es la ruptura de un compuesto en dos o mas componentes.

-emplo4

<@gO7s; 555<@g7l; 9 O<7g;

:.5 R-AION- D- O>?UTION.5 -s una reacción en la cual lasustancia reacciona con el o!ígeno, por lo general con la liberación de calor y lu/ para producir una flama.

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'a combustión del propano.

:@7g; 9 B O<7g; 555:O<7g; 9 C@<O7l;

C.5 R-AION- D- D-0'AA>I-NTO.5-n esta reacción un ion de un compuesto se reempla/a por un ion de otro elemento4 la mayoría de las reacciones de despla/amiento pueden ser4 despla/amiento de $idrogeno.

-emplo4

Todos los metales alcalinos y algunos metales alcalinos5terreos7a, r, ?a;, despla/ara al $idrogeno del agua fría.

<Na7s; 9 <@<O7l; 55<NaO@7ac; 9 @<7g;

>uc$os metales, *ue no reaccionan con el agua, son capaces de despla/ar al $idrogeno de los acidos.

-emplo4 el /inc y el acido clor$ídrico n7s; 9 <@l7ac; 55nl<7ac; 9 @<7g;

I.-CELDAS ELECTROQUIMICAS

-s un dispositi%o e!perimental para generar electricidad mediante una reacción redo! espontanea. -stas celdas electro*uímicas nos sir%en para medir el incremento de intercambio de electrones entre especies *uímicas .si *uisi)ramos medir o utili/ar esos electrones *ue se intercambian o monitorear como cambia la concentración de especies reaccionantes. 0ara este propósito esta reacción se lle%a a cabo en una celda electro*uímica .las cuales pueden distinguirse en dos tipos.

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• CELDAS GALVANICAS.5 -s una celda electro*uímica *ue obtiene la

energíael)ctrica a partir de reacciones redo!espont"neos *ue tiene tienen lugar dentro de la misma por lo general consta de dos metales diferentes conectados por un puente salino o semicelda indi%iduales separados por una membrana

0or*ue a partir de una reacción *uímica espontanea de o!idación 3 reducción se produce una corriente el)ctrica

'a pila gal%"nica, consta de una l"mina de /inc met"lico, n 7electrodo anódico;, sumergida en una disolución de sulfato de /inc, nOC, = > 7solución

anódica; y una l"mina de cobre met"lico, u 7electrodo catódico;, sumergido en una disolución de sulfato de cobre, uOC, = > 7solución catódica;.

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-l funcionamiento de la celda se basa en el principio de *ue la o!idación de n a n<9_{y la reducción de u}<9_{a u se pueden lle%ar a cabo simult"neamente,}

pero en recipientes separados por un puente salino, con la transferencia de electrones, e5_{, a tra%)s de un alambre conductor met"lico e!terno.}

'as l"minas de /inc y cobre son electrodos.

'os electrodos son la superficie de contacto entre el conductor met"lico y la solución de semicelda 7anódica o catódica;. i el electrodo no participan de la reacción redo! 7ni se o!ida ni se reduce;, se le llama electrodo inerte o pasi%o.uando participa de la reacción redo!, como es este caso, se denomina electrodo acti%o.

• CELDAS ELECTROLITICAS.5 se denomina celda electrolítica al

dispositi%o utili/ado para la descomposición mediante corriente el)ctrica de sustancias ioni/adas denominadas electrolitos

-n este caso por acción de una corriente el)ctrica e!terna 7es decir aplicando energía; se produce una reacción *ue de otra manera no produciría una reacción espontanea

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-n todas ellas es posible encontrar una celda electro*uímica con un numero %ariable de electrodos 7igual omayor *ue dos;, donde se reali/a la determinación.-n la cual se reconoce tambi)n los siguientes componentes

CATODO.- se denomina al electrón donde sucede la reacción de reducción ANODO.5se denomina el electrodo donde ocurre la reacción de o!idación

PUENTE SALINO.-generalmente construido en un soporte típico de gel 7agar; contiene una solución de electrolito fuerte 7nitrato o cloruro de potasio; y se incorpora a la celda para asegurar el e*uilibrio iónico en el sistema

SOLUCION ELECTROLITO.-para garanti/ar la conducción iónica en el sistema es necesario el empleo de solución *ue contengan iones disueltos lo *ue e*ui%ale a contar con cargas negati%as y positi%as en la solución .para este propósito se emplean electrolitos fuertes es decir *ue se disocien completamente en solución ,*ue interfiera en las reaccione *ue se desean estudiar .el electrolito puede contener normalmente en muy baa concentración ,el anualito *ue podr" ser o!idado o reducido en el sistema .en otros casos el analitopodr"

-star directamente sobre uno de los electrodos .aun en estos caso es necesaria la presencia de los electrolitos para *ue la conducción de la solución sea adecuada

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0or otra parte, las reacciones electro *uímicas se producen siempre asociadas con el fenómeno de la electrolisis 0ara lle%ar a cabo una electrolisis es necesario lo siguiente4

• )lula electrolítica4 o recipiente en el *ue se reali/a el proceso, • Euente de corriente contin6a

• Diferentes aparatos de medida 7mili5%oltímetros, micro5amperímetros,

etc.;

• -lectrodos4 -l electrodo en el *ue se lle%an a cabo o!idaciones recibe el

nombre de "nodo, y en el *ue se efect6an reducciones se denomina c"todo. -stas definiciones de c"todo y "nodo son aplicables, tanto a c)lulas electrolíticas, como a pilas gal%"nicas.

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II .- REACCIONES ELECTROQUIMICAS

-n los m)todos electro*uímicos inter%ienen reacciones electro*uímicas es decir reacciones en las cuales $ay un intercambio de electrones entre el conductor iónico 7solución; y un conductor el)ctrico 7electrodo; este intercambio tiene lugar a ni%el de la interface electrodo solución

Una reacción *uímica de o!idación4

Reducción es la *ue se produce con intercambio de electrones entre o!idantes y reductores4 O!= 9 b Red< F a Red= 9 b O!<-n una reacción redo! siempre est"n implicados, al menos, dos sistemas redo!, y la constante de e*uilibrio est" relacionada con los potenciales normales de los sistema implicados, a tra%)s de la e!presión4 donde -= y -< son los potenciales normales, y n el

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n6mero de moles de electrones intercambiados. uando se conoce el %alor de la constante de e*uilibrio, puede deducir se

-l sentido de la reacción. -sta se produce por simple me/cla de los reacti%os y generalmente en un tiempo muy corto 7muc$as %eces, instant"neamente;.Una reacción electro *uímica es una reacción redo! en la *ue el intercambio de electrones tiene lugar en un electrodo. -llo $ace *ue, por ser un proceso $eterog)neo *ue se lle%a acabo en la interface electrodo.

Ejemplo:

'a importancia de una reacción redo!, en el conte!to presente, est" en el $ec$o de *ue se puede$acer *ue la transferencia de electrones del reductor al

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o!idante, tenga lugar en un par de electrodosconectados mediante un conunto e!terno de circuitos. -n uno de los electrodos 7"nodo; la especie R-Dtransfiere uno o m"s de sus electrones al electrodo met"lico 7o!idación; mientras *ue, para mantener une*uilibrio el)ctrico total, un n6mero igual de electrones deber" abandonar dic$o electrodo y pasar a tra%)sdel alambrado e!terno. imult"neamente, el otro electrodo 7c"todo; cede un n6mero igual de electrones aotra especie O2 7reducción;. -sto constituye un circuito el)ctrico completo, y el alcance del proceso redo!puede ser comprobado o controlado por medio de operaciones electrónicas reali/adas sobre la partee!terna del circuito. -sta capacidad de controlar el alcance y la dirección de una reacción por mediosel)ctricos, constituye la importante característica *ue $ace 6nica la electro*uímica.

on el fin de lograr el control de la reacción es necesario impedir *ue el o!idante y el reductor sepongan en contacto directo mutuo. 0ara este fin se re*uiere generalmente una separación física entreambos electrodos 7una membrana o una barrera porosa;. Así el circuito el)ctrico se completa entoncesmediante los iones *ue se mue%en a tra%)s de la solución y la barrera e!istente entre los dos electrodos.

'a electro*uímica analítica se ocupa de las pe*ue&as corrientes a baos %oltaes 7de algunosmiliamperes y *ui/" $asta < %oltios;. -sta es precisamente la magnitud *ue se puede controlar f"cilmentecon la moderna electrónica de circuitos integrados, permitiendo utili/ar directamente el %asto conunto det)cnicas electrónicas de medición y control. Así se e!plica la facilidad con *ue la *uímica electroanalítica$a e%olucionado para llegar a constituir un grupo altamente sofisticado de t)cnicas instrumentales.

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-l "nodo es el electrodo donde ocurre la o!idación y el electrodo donde ocurre la reducción es elc"todo. -s con%eniente $ablar de medias reacciones anódicas y catódicas, mientras *ue en t)rminos deltransporte de carga definimos las correspondientes corrientes anódicas y catódicas. -n la pr"ctica, ladirección de la reacción y, por tanto, los electrodos *ue act6an como "nodo y los *ue act6an comoc"todos, dependen de la naturale/a del instrumento e!terno. i el instrumento es pasi%o, cuando sólopermite o impide el fluo de los electrones, la celda presentar" un "nodo y un c"todo espont"neos 7celdagal%"nica;, como ya se describió. 0or el contrario, en muc$os e!perimentos electroanalíticos, se utili/a unainstrumentación acti%a con el fin de controlar el fluo de los electrones, en este caso, los electrones sepueden for/ar a *ue se mue%an ya sea en la dirección espont"nea o en la opuesta 7celda electrolítica o%oltaica;, e incluso es posible $acer *ue se mue%an r"pida en direcciones alternas, de manera *ue el

"nodo y el c"todo se intercambien periódicamente. III.- CONDUCCIÓN EN UNA CELDA

'a carga es transportada por : mecanismos4

'os electrones lle%an la carga entre los electrodos así como el conductor e!terno.'os aniones y cationes son los portadores de la carga.

'a conducción iónica de la solución %a de forma paralela con la conducción electrónica en los electrodos mediante la reacción de reducción en el c"todo y la reacción de o!idación en el "nodo

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-l an"lisis de trasporte de una partícula en solución *ue se somete a la electrolisis indica *ue e!isten tres posibilidades de transporte de partículas en solución y por tanto de corriente

LACONVECCION

Eenómeno mec"nico *ue se relaciona con la agitación de la solución .la solución es $omog)nea e!cepto en las cercanías del electrodo donde pueden distinguirse dos capas la primera est" formada por la acumulación de cargas opuestas a la carga del electrodo la segunda capa de difusión resulta de la disminución de la especie alrededor del electrodo por transformación electro*uímica el conunto de estas dos capas se conoce como la capa de @-'>@ON'T

ELECTROMIGRACION

Eenómeno *ue se reali/a con laelectro atracción de los iones de cargas opuestas a la carga del electrodo seg6n la ley de O'U>? los cationes se dirigen a los c"todos los aniones $acia los "nodos

LADIUSION

Eenómeno ligado a la trasformación de la especie electro acti%aal ni%el del electrodo .$ay disminución de la especie en la pro!imidad del electrodo y para fa%orecer la $omogeneidad de la solución, afluencia de otros iones

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CAP!TULO II

METODOS ELECTROQUIMICOS

on un conunto de t)cnicas, m)todos o procesos *ue parten del fundamento electro*uímico, y se dise&an bao el enfo*ue analítico para conocer las concentraciones de sustancias de inter)s 7analito; en una determinada muestra.

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2.1. CLASIICACIÓN DE LOS M"TODOS ELECTRO ANAL#TICOS

eg6n las propiedades electro *uímicas medidas se distinguen4 2.1.1. M"TODOS POTENCIOM"TRICOS

'a potenciometría es una de las tantas t)cnicas abarcadas por la electroanalítica. 'os m)todos de rasgos electroanalíticos son procesos instrumentales empleados para distintos an"lisis. -mplean todas las propiedades electro*uímicas con las *ue cuenta una determinada solución para precisar debidamente la concentración *ue )sta posee de un analito.

'a potenciometría no es m"s *ue la medición de la diferencia de potencial de una celda electro*uímica.

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-l potenciómetro se conforma por un electrodo de referencia, un electrodo indicador y un dispositi%o para medir esa diferencia de potencial.

omo lo *ue se mide es una diferencia de potencial entre dos electrodos es deseable *ue el potencial de uno de los electrodos sea conocido, constante en el tiempo e independiente de la composición de la solución *ue se estudia.

A este tipo de electrodos se les conoce como electrodos de referencia y el electrodo de referencia debe retornar a su potencial original despu)s de $aber estado sometido a corrientes pe*ue&as, y *ue sus propiedades %aríen poco con la temperatura.

-l electrodo de referencia est"ndar es el de $idrógeno,los electrodos de referencia m"s com6nmente utili/ados en la pr"ctica son el electrodo de calomel y el de plataGcloruro de plata.

2.1.1.1. TITULACIÓN POTENCIOM"TRICA

'a titulación potenciom)trica se reali/a cuando no es posible la detección del punto final de una %aloración empleando un indicador %isual. e considera uno de los m)todos m"s e!actos, por*ue el potencial sigue el cambio real de la acti%idad y, el punto final coincide directamente con el punto de e*ui%alencia.

'as principales %entaas del m)todo potenciom)trico son su aplicabilidad a soluciones turbias, florecentes, opacas, coloreadas, cuando sean inaplicables o no se puedan obtener indicadores %isuales adecuados.

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-l m)todo de titulación potenciom)trica "cido 3 base se fundamenta en *ue los iones $idrógenos presentes en una muestra como resultado de la disociación o $idrólisis de solutos, son neutrali/ados mediante titulación con un "lcali est"ndar.

. Reacciones "cido5base

Una reacción "cido5base es una reacción de doble despla/amiento *ue se produce entre un "cido y una base. -n ellas se transfieren protones, es decir, iones @9.

Un "cido y una base pueden definirse, seg6n Arr$enius 7premio Nobel de Huímica, =8:;4

Jcido es toda sustancia *ue en disolución acuosa se disocia dando iones @9.

@l 7a*; K l5 7a*; 9 @9 7a*;

?ase es toda sustancia *ue en disolución acuosa se disocia dando iones O@5. NaO@ 7a*; K Na9 7a*; 9 O@5 7a*;

-sta definición fue generali/ada por ?rLnsted y 'oMry en =<:, siendo un "cido toda especie *uímica *ue tiene tendencia a donar iones @9 y una base la *ue tiene tendencia a aceptar iones @9. -s decir, los "cidos ceden protones y las bases los aceptan.

uando un "cido y una base reaccionan en disolución acuosa en las proporciones este*uiom)tricas, pierden sus propiedades. A esta reacción se le denomina reacción de neutrali/ación.

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onsidera el "cido clor$ídrico, @l, y el $idró!ido de sodio, NaO@, en disolución acuosa. -st"n disociados y en la disolución e!isten sus iones, l5, @9, Na9 y O@5. 'os iones @9 y O@5 forman agua y, por tanto, la ecuación *uímica *ue representa el proceso es4

@l 7a*; 9 NaO@ 7a*; K Nal 7a*; 9 @<O

-n general, en las reacciones de neutrali/ación, se obtiene una sal y agua4 Jcido 9 @idró!ido K al 9 Agua

0ara medir la acide/ de una disolución acuosa se utili/a una escala logarítmica llamada escala de p@. i la disolución tiene un p@ inferior a  es "cida y si es superior a  es b"sica. -l  corresponde al p@ neutro, *ue es el *ue tiene el agua pura.

-l proceso consiste en la medición y registro del potencial de la celda 7en mili%oltios o p@; despu)s de la adición del reacti%o 7"lcali est"ndar; utili/ando un potenciómetro o medidor de p@. 0ara $allar la concentración del analito se construye una cur%a de titulación graficando los %alores de p@ obser%ados contra el %olumen acumulati%o 7ml; de la solución titulante empleada. 'a cur%a obtenida debe mostrar uno o m"s puntos de infle!ión 7punto de infle!ión es a*uel en el cual la pendiente de la cur%a cambia de signo;.

'a titulación de un "cido fuerte con una base fuerte se caracteri/a por tres etapas importantes4

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 'os iones $idronios est"n en mayor cantidad *ue los iones $idró!idos antes del punto de e*ui%alencia.

 'os iones $idronios e $idró!idos est"n presentes en concentraciones iguales, en el punto de e*ui%alencia.

 'os iones $idró!idos est"n en e!ceso, despu)s del punto de e*ui%alencia.

'a titulación de un "cido d)bil con una base fuerte se caracteri/a por %arias etapas importantes4

 Al principio, la solución sólo contiene iones $idronios y e!iste relación entre su concentración y su constante de disociación.

 Despu)s de agregar %arias cantidades de base, se producen una serie de amortiguadores, donde e!iste relación entre la concentración de la base conugada y la concentración del "cido d)bil.

 -n el punto de e*ui%alencia la solución sólo contiene la forma conugada del "cido, es decir, una sal.

 Despu)s del punto de e*ui%alencia, e!iste base en e!ceso.

-l p@ es un t)rmino uni%ersal *ue e!presa la intensidad de las condiciones "cidas o alcalinas de una solución. Tiene muc$a importancia por*ue influye en la mayoría de los procesos industriales y ambientales. 'os procesos de tratamiento en los *ue el p@ debe ser considerado, son los procesos de coagulación *uímica, desinfección, ablandamiento de agua y control de la

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corrosión, secado de lodos, la o!idación de ciertas sustancias como cianuros.

'a escala de p@ se representa de 8 a =C en la *ue p@ F  representa la neutralidad absoluta.

P5555555555555555555P555555555555555555P 8  =C Acido Neutro Alcalino

'as condiciones "cidas se incrementan conforme los %alores de p@ decrecen, y las condiciones alcalinas se incrementan conforme el p@ se incrementa.

0@ F 5log @9

-l potenciómetro o medidor de p@ es un e*uipo electrónico *ue contiene un electrodo de %idrio y lecturas de 8,= unidades de p@. 0ara calibrar el e*uipo se reali/a con soluciones amortiguadoras 7bufer; y siguiendo las instrucciones del fabricante. -l electrodo de %idrio est" sueto a menos interferencia y es usado en combinación con un electrodo de referencia o comparación 7electrodo de alomel;.

(26)

MECANISMO DEL M"TODO:

 Determinar la concentración de soluciones acuosas.  Reportar los cambios significati%os de potenciales.  Utili/a un electrodo indicador y uno de referencia.

 0ermite reali/ar c"lculos mediante los resultados arroados por el p@5

metro# instrumento utili/ado para $acer este tipo de an"lisis.

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-s una tecnicaelectroanalitica basada en la diferencia de potenciales .e determina la acti%idad del ion en estudio en un determinado momento.Utili/ado para $allar la concentración de mol)culas libres en una determinada solución# *ue no indica la totalidad de iones presentes en la solución.

 determinar el p$ de las soluciones acuosas.

 actualmente se emplea para determinar la presencia de los iones *ue

(28)

 las mediciones potencio m)tricas directas son muy 6tiles para

determinar la acti%idad de una especie en una me/cla *ue est" en e*uilibrio.

2.1.1.3. ELECTROGRAVIMETR#A

-ste es un m)todo de an"lisis cuantitati%o, se basa en elfenómeno de la electrolisis y consiste en electroli/ar unasolución de la muestra *ue se %a a anali/ar, la cual sedeposita cuantitati%amente en los electrodos de la celdaelectrolítica. -sta electrolisis se reali/a usando electrodosde gran superficie en soluciones bien agitadas $asta unaposición completa. -n la pr"ctica, el electrodo sobre el*ue se deposita la especie electro acti%a, se pesa antes ydespu)s de la electrolisis, la diferencia de masaproducida por el material depositado conduce al resultadofinal.

uando pasa corriente en una celda electro*uímica, elpotencial de la celda ya no es simplemente la diferenciaentre los potenciales de los electrodos4 el c"todo y el"nodo 7o potencial termodin"mico;.

'a t)cnica funciona muy bien cuando se %a a determinar un metal bastante noble como la plata o el cobre, en muestras *ue tengan otros componentes *ue presenten dificultad para reducirse.

Q'a instrumentación para aplicar dic$o m)todo es considerada barata. Q'a sensibilidad del m)todo se encuentra a la $ora de efectuar la pesada final.

(29)

Qonsiste en determinar la masa inicial de un c"todo 7om6nmente de platino;. QAl conectarse al circuito el)ctrico es re%estido por una capa del metal en estudio.

Qe efect6a una segunda pesada del electrodo, y se conoce la masa del analito por el diferencial de masa del electrodo.

Q?"sicamente se trata de una electrólisis potencio m)trica.

2.1.1.$. VOLTAMPEROMETR#A

-ste m)todo se basa en la medida de la corriente en función del potencial aplicado a un electrodo pe*ue&o sumergido en una disolución *ue contiene

(30)

una especie electro acti%a en condiciones de polari/ación. -l consumo de analítico es mínimo, mientras *ue en otros m)todos casi todo el analítico se con%ierte en producto

'a %oltamperometría de redisolución catódica es un m)todo de an"lisis cuantitati%o específico para el an"lisis de tra/as de aniones.

'as primeras t)cnicas de %oltamperometría tu%ieron muc$os problemas, *ue limitaban su %iabilidad para el uso diario en la *uímica analítica.

 e busca controlar el potencial en %oltios de un electrodo en contacto

con el analito, mientras *ue se mide la corriente resultante en amperios.

 0ara lle%ar a cabo este m)todo se re*uieren al menos dos electrodos. -l

electrodo de trabao, *ue $ace contacto con el analito, y un segundo electrodo con potencial conocido act6a como la otra semicelda.

(31)

2.1.1.%. POLAROGRA#A

'a 0olarografía es una t)cnica de an"lisis electro*uímico *ue permite estudiar fenómenos físico5*uímicos. 0uede anali/ar tra/as de elementos met"licos en el orden de = a 8.= ppm.

'os m)todos polarogr"ficos modificados brindan mayor sensibilidad, con gran e!actitud en mediciones de discriminación de elementos *uímicos, como en especificación de concentración. -s una t)cnica *ue en complemento con otras t)cnicas de an"lisis es una $erramienta %aliosa. e emplea en problemas Eísico5Huímicos, como electrólisis, an"lisis *uímico elemental, potenciales de ioni/ación, cin)tica de reacciones electródicas, c"lculo del coeficiente de transferencia electródica, re%ersibilidad e irre%ersibilidad de procesos, cin)tica de las reacciones *uímicas, reconocimiento decomponentes *uímicos de sustancias acuosas, naturale/a de iones compleos, fenómenos de adsorción en el electrodo, entre otros. -sta t)cnica de an"lisis, se $a dise&ado y construido como $erramienta did"ctica y de in%estigación en temas específicos de la Eísico5Huímica y la instrumentación analítica en la 'icenciatura en Eísica de la Uni%ersidad Distrital

'a polarografía es un caso especial de %oltametría en el *ue el microelectrodo es el electrodo de gota de mercurio.

(32)

 -s una forma de electrólisis en la *ue el electrodo de trabao es un micro

electro especial 7un electrodo de mercurio -1>;.

 -l m)todo consiste en registrar una cur%a de corriente5%oltae. 7Un

%oltamograma;.

 -n la pr"ctica se estudian m"s las reducciones *ue las o!idaciones, de

esta manera el -1> es normalmente un c"todo.

2.1.2 M"TODOSCONDUCTOM"TRICOS

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'a medición directa de la conducti%idad es potencialmente un procedimiento muy sensible para la medición de concentraciones iónicas, pero debe ser utili/ada con cautela, pues cual*uier especie con carga el)ctrica presente en una solución contribuir" para la conductancia total.

S -s un m)todo analítico basado en la conducción el)ctrica de los iones en solución, *ue se utili/a para medir la molaridad de una disolución, determinada por su carga iónica, o salina, de gran mo%ilidad entre dos puntos de diferente potencial.

S 'as medidas conductim)tricas tambi)n pueden ser utili/adas para determinar el punto final de muc$as titulaciones, pero el uso est" limitado a sistemas relati%amente simples, en los cuales no e!iste cantidad e!cesi%a de reacti%os presentes.

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(35)

CAPITULO III

VENTA&AS DE LOS M"TODOS ELECTROQU#MICOS ' CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA ELECTROQU#MICA

-NTAA4

-mpleo de e*uipos simples y poco costosos 7el precio de la electricidad aumenta menos r"pidamente *ue el de las drogas *uímicas;. 'os m)todos electro*uímicos son r"pidos, de f"cil control autom"tico y resultan en buenos rendimientos.

implicidad de trabao4 no se forman sub5productos *ue luego deban ser eliminados al aislar y purificar la droga deseada, e%it"ndose operaciones de e!tracción lo *ue disminuye el costo de fabricación.

>ayor eficiencia *ue con reacti%os *uímicos o!idantes o reductores con%encionales

'os m)todos electro*uímicos son particularmente V%erdesV 7el reacti%os esGson elGlos electrónGes y el electrón es un reacti%o no contaminante;

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I>0ORTANIA 'A -'-TROHUX>IA -N -' A>0O I-NIA D-'A A'UD, INDUTRIA A'I>-NTIIA Y >-DIO

A>?I-NT-'a -lectro*uímica como ciencia *ue se encarga de estudiar la transformación de la energía el)ctrica en energía *uímica y %ice%ersa, est" siendo ampliamente utili/ada en la actualidad debido al desarrollo tecnológico *ue %i%imos. 'os a%ances en electrónica y nanotecnología $an permitido la aparición de una instrumentación cada %e/ m"s sofisticada, potenciando e!traordinariamente la in%estigación electro*uímica e!perimental.

-n la actualidad se re*uiere cada %e/ m"s de t)cnicas analíticas y dispositi%os *ue permitan la detección de diferentes sustancias *ue afectan la salud de las personas y la calidad de los alimentos y aguas *ue consume la población $umana.

'a detección de estas sustancias *ue atentan contra la calidad de %ida del ser $umano es un problema analítico de la m"!ima importancia en la actualidad originado por un problema de salud p6blica. 'as t)cnicas electro*uímicas, sensibles y selecti%as podrían ser utili/adas para tal fin, y los e*uipos *ue se emplean para desarrollarlas son económicos si se les compara con los *ue se utili/an en otras t)cnicas analíticas.

0or eemplo, la detección de patógenos en la industria agroalimentaria y en el medioambiente a los baos ni%eles e!igidos y con tiempos de an"lisis mínimos con el fin de aplicar las medidas correctorasGsancionadoras pertinentes, re*uieren m)todos bio 5 analíticos a%an/ados basados en el reconocimiento molecular entre un receptor específico y el analito.

(37)

'os dispositi%os analíticos *ue se re*uieren deben ser capaces de detectar y en algunos casos de cuantificar patógenos a ni%eles tra/as presentes en fluidos biológicos, alimentos y muestras de inter)s ambiental, debido al efecto *ue los mismos pueden causar en el organismo y en nuestro medio ambiente.

-l siguiente cuadro nos muestra el uso desensores electro*uímicos para detectar contaminantes en el agua.

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Aluminotermia4 soldadura de raíles

uando se $ace reaccionar el aluminio con un ó!ido met"lico, se produce una reacción conocida como termita o aluminotermia. -l proceso fue descubierto por @ans 1oldscmidt a finales del siglo 2I2, y en la actualidad se utili/a en soldadura.

'a soldadura aluminot)rmica es un procedimiento utili/ado en carriles de %ías f)rreas y en otras estructuras.

onsiste en pro%ocar la reducción del ó!ido de $ierro 7III; por el aluminio, proceso fuertemente e!ot)rmico, para obtener $ierro y ó!ido de aluminio.

Ee<O: 9 < Al K Al<O: 9 < Ee

-n la reacción de la termita 7aluminotermia;, Ee<O: 9 < Al K Al<O: 9 < Ee, se cumple *ue4

-l aluminio se o!ida. -l $ierro se o!ida.

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-l n6mero de o!idación del aluminio aumenta. -l n6mero de o!idación del $ierro aumenta.

-l aluminio act6a como agente reductor, se o!ida, su n6mero de o!idación pasa de 8 a 9:, cede tres electrones.

-l $ierro, sin embargo, act6a como agente o!idante, se reduce, su n6mero de o!idación pasa de 9: a 8, gana tres electrones.

'a polarografía es un m)todo parad terminar sustancias *ue se encuentran en concentracionespor debao de =85:>. -s un m)todo *ue posee unas características propias y particulares *uela $ace muy 6til para este tipo de determinaciones en comparación a otras t)cnicasinstrumentales debido a su rapide/, sensibilidad y precisión, teniendo en cuenta *ue lapreparación de la muestra es la *ue da mayores problemas.

-sta t)cnica nos permite obteneruna e!actitud de Z B[ para concentraciones *ue a$í entre =85C> y =85B>. -sta t)cnica nosolo es aplicable a la industria metal6rgica, sino *ue tambi)n es una t)cnica *ue puede serutili/ada en *uímica nuclear 7determinando impure/as en reactores;, industria *uímica 7an"lisis de aguas;, medicina, farmacia, industrias agrícolas, etc.

>)todos potenciometricos4 Aplicación de la medida de p@.

Determinación de iones E,?r, N, ,u, a, no:,pb,/n# entre otros, en aguas. Ya *ue es un m)todo sencillo, de ele%ada sensibilidad y amplio inter%alo de concentraciones.

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ensores potencio m)tricos de gases.5 incorporan generalmente una disolución electrolítica separada de la fase gaseosa a estudiar mediante una membrana permeable gases, el gas se difunde a tra%)s de la membrana y reacciona con el electrolito interno del sensor dando lugar o consumiendo la especie detectable como por eemplo en los sensores de N@:, se usa un electrodo de p$ en N@C'.

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ON'UION-

=. 'a electro*uímica es la parte de la *uímica *ue se encarga del estudio de las reacciones cualitati%as y cuantitati%as e!istentes entre la energía el)ctrica y las reacciones *uímicas.

<. O2IDAIWN.5 -s el proceso en el cual una especie *uímica pierde electrones y su n6mero de o!idación aumenta.

:. R-DUIWN.5 -s el proceso en el cual una especie *uímica gana electrones y su n6mero de o!idación disminuye.

C. 'os m)todos electro*uímicos son un conunto de t)cnicas, m)todos o procesos *ue parten del fundamento electro*uímico, y se dise&an bao el enfo*ue analítico para conocer las concentraciones de sustancias de inter)s 7analito; en una determinada muestra.

B. 'a potenciometría es una de las tantas t)cnicas abarcadas por la electroanalítica. 'os m)todos de rasgos electroanalíticos son procesos instrumentales empleados para distintos an"lisis.

\. O'TA>0-RO>-TRXA -ste m)todo se basa en la medida de la corriente en función del potencial aplicado a un electrodo pe*ue&o sumergido en una disolución *ue contiene una especie electro acti%a en condiciones de polari/ación.