martes, 18 de octubre de 2011

APLICACIONES DE LOS ELECTRODOS


OBJETIVOS:

·         Diseñar un blog y plantear una exposición una exposición power point, sobre un tema de química analítica.

·         Conocer la importancia de las tecnologías de la información  y comunicación, como un elemento didáctico, para el aprendizaje de las diferentes areas del conocimiento



MAPA CONCEPTUAL



                                          APLICACIONES DE LOS ELECTRODOS




MARCO TEÓRICO


Métodos Potenciométricos

Se puede describir la potenciómetros simplemente como la medición de un potencial en una celda electroquímica. Es el único método electroquímico en el que se mide directamente un potencial de equilibrio termodinámico y en el cual esencialmente no fluye corriente neta. El instrumental necesario para las medidas potenciométricas comprende un electrodo de referencia, un electrodo indicador y un dispositivo de medida de potencial.

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Electrodos de referencia

En muchas aplicaciones es deseable que el potencial de media celda de uno de los electrodos sea conocido, constante y completamente insensible a la composición de la solución en estudio. Un electrodo con estas características, se denomina electrodo de referencia. Un electrodo de referencia debe ser fácil de montar, proporcionar potenciales reproducibles y tener un potencial sin cambios con el paso de pequeñas corrientes. Dos electrodos comúnmente utilizados que satisfacen estos requisitos son el Electrodo de Calomel y el Electrodo de Plata-Cloruro de Plata

Electrodos Indicadores

Junto con el electrodo de referencia se utiliza un electrodo indicador cuya respuesta depende de la concentración del analito. Los electrodos indicadores para las medidas potenciométricas son de dos tipos fundamentales, denominados metálicos y de membrana. Estos últimos se denominan también electrodos específicos o selectivos para iones.


Electrodo de segunda especie para aniones

Un electrodo metálico responde también en forma indirecta a los aniones que forman precipitados escasamente solubles o complejos con su catión. En el primer caso, basta sólo con saturar la solución en estudio con la sal muy poco soluble. Por ejemplo, el potencial de un electrodo de plata reflejará exactamente la concentración de ion yoduro en una solución que está saturada con yoduro de plata

Electrodos Indicadores de Membrana

Desde hace muchos años, el método más adecuado para la medida del pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de ion hidrógeno. Además, actualmente se han desarrollado electrodos de membrana selectivos de iones (ISE) que permiten la cuantificación potenciométrica directa de varios iones, como por ejemplo, K+, Na+, Li+, F-, y Ca2+.

Es conveniente clasificar los electrodos de membrana en base a la composición de dicha membrana.

A. Electrodos de membrana cristalina

1. Cristal simple (Ejemplo: LaF3 para determinar de F-)
2. Cristal policristalino o mezcla (Ejemplo: Ag2S para determinar S2- o Ag+)


B. Electrodos de membrana no cristalina

1. Vidrio (Ejemplo: vidrios al silicato para determinar H+ y cationes monovalentes con Na+)
2. Líquida (Ejemplo: intercambiadores de iones líquidos para determinar Ca2+ y transportadores neutros para K+)
3. Líquido inmovilizado en polímero rígido (Ejemplo: matriz de PVC para determinar Ca2+, NO3

Estos electrodos difieren en la composición física o química de la membrana. El mecanismo general por el cual se desarrolla un potencial selectivo al ion en estos elementos es independiente de la naturaleza de la membrana y es enteramente diferente de la fuente de potencial en electrodos de indicadores metálicos. Hemos visto que el potencial de un electrodo metálico surge de la tendencia de una reacción química de oxidación/reducción a ocurrir en la superficie de un electrodo. En electrodos de membrana, en cambio, el potencial observado es una clase de potencial de unión que se desarrolla a través de la membrana que separa a la solución del analito de una solución de referencia.


Obsérvese que la celda contiene dos electrodos de referencia, cada uno con un potencial constante e independiente del pH; uno de estos electrodos de referencia es el electrodo interno de plata/cloruro de plata, que es un componente del electrodo de vidrio pero que no es sensible al pH. En efecto, es la delgada membrana en el extremo del electrodo, la que responde a los cambios de pH.
El Electrodo de Vidrio Para la Medida del pH

La Figura 1 muestra una celda para la medida del pH. Consiste en un par de electrodos, uno de calomel y otro de vidrio sumergidos en la solución cuyo pH se desea medir. Se fabrica el electrodo de vidrio sellando un bulbo de vidrio delgado y sensible al pH, al extremo de un tubo de vidrio de paredes gruesas. Se llena el bulbo resultante con una solución de ácido clorhídrico (por lo general 0,1 M) saturada con cloruro de plata. Se sumerge un alambre de plata en la solución, que se conecta a través de un cable externo a una terminal de un dispositivo para la medida del potencial. Se conecta entonces el electrodo de calomel a la otra terminal.




TÉCNICAS POTENCIOMÉTRICAS


Usos Generales

• Determinación cuantitativa selectiva de muchos iones inorgánicos y orgánicos en solución
• Determinación de iones en un estado de oxidación específico dentro de una muestra
• Determinación de constantes de estabilidad de complejos
• Determinación de velocidades y mecanismos de reacción
• Determinación cuantitativa de gases ácidos y básicos
• Determinación cuantitativa de productos de reacción enzimáticos

Aplicaciones Comunes

• Análisis de iones de procesos industriales batch o continuos
• Determinación de monitoreo continuo de la calidad de aire y gases contaminantes
• Determinación de electrolitos en fluidos fisiológicos para análisis clínicos
• Desarrollo de biosensores basados en enzimas inmovilizadas y electrodos
• Determinación de iones constituyentes en muestras de agricultura, medio ambiente y farmacia
• Determinación de pH
• Determinación del punto final en titulaciones de ácidos, bases y redox

Muestras

Estado
Se pueden analizar fácilmente la mayoría de las muestras líquidas y gaseosas. Las muestras sólidas se pueden analizar si es posible prepararlas en forma de solución

Cantidad
Los límites de detección son de aproximadamente 10-5 a 10-6 M para electrodos convencionales. Para sensores de gas, los límites de detección varían entre 0,01 y 5 ppm.


Tiempo del Análisis

El tiempo requerido para el análisis varía según el electrodo usado, el analito determinado y la concentración del mismo. Un electrodo de respuesta rápida, tal como el electrodo de pH, se puede calibrar y usar para determinar el pH de una muestra en 1 minuto o menos. Para electrodos de ion selectivos convencionales, los tiempos típicos de análisis de muestras sin incluir el tiempo de calibración, varían de 5 a 60 segundos, mientras que los sensores de gas y enzimáticos requieren de 1 a 5 minutos o más para la determinación de una muestra simple.


Medidas Potenciométricas Directas

Se pueden utilizar las medidas potencio métricas directas para completar los análisis químicos de aquellas especies para las cuales existe un electrodo indicador. La técnica es simple, y requiere sólo la comparación del potencial producido por el electrodo indicador en una solución problema con el potencial que se obtiene cuando se sumerge el mismo electrodo en una solución patrón.


El potencial de un electrodo indicador adecuado puede utilizarse en forma muy conveniente para establecer el punto de equivalencia en una titulación, lo que se denomina una titulación potencio métrica y que aporta una información diferente a la de una medida potencio métrica directa. El punto final potencio métrico puede utilizarse en muchas circunstancias y proporciona datos intrínsecamente más precisos que los que se obtendrían con la misma técnica empleando indicadores. 

Propiedades de las Membranas de Ion Selectivo
Todos los electrodos de membrana selectivos de iones mencionados anteriormente comparten propiedades comunes, que incluyen:
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1. Solubilidad mínima. Una propiedad necesaria de un medio selectivo de iones es que su solubilidad en soluciones del analito (generalmente acuosa) se aproxime a cero. Por lo tanto, se construyen muchas membranas de moléculas largas o agregados moleculares tales como vidrios de sílice o resinas poliméricas. Se pueden convertir en membranas compuestos inorgánicos iónicos de baja solubilidad, tales como los haluros de plata.

2. Conductividad eléctrica. Una membrana debe exhibir alguna conductividad eléctrica aunque sea pequeña. Generalmente, esta conducción toma la forma de migración de iones de una sola carga dentro de la membrana.



1 comentario:

  1. Excelente publicación. Pero en lo personal deveria reducir la cantidad de texto.... de solo verlo me marie

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