Identificación y Caracterización de Sustancias en Química por Cesur

Resumen Introductorio

Con el estudio de esta unidad sabremos qué tipo de análisis físicos y químicos se han de realizar a las sustancias para su identificación, así como los materiales que usaremos para ello.

Dentro de los análisis físicos nos centraremos en la medición de constantes relacionadas con la temperatura, las escalas usadas habitualmente y los puntos de fusión y ebullición. También estudiaremos la densidad de sólidos, líquidos y gases.

En los análisis químicos veremos lo relacionado con la volumetría y los procesos de neutralización, reacciones ácido-base, reacciones de neutralización, valores de oxidación y reducción y mediciones de PH.

Estudiaremos las operaciones de preparación de las muestras para la identificación de sustancias como son la disminución del tamaño de partícula y la clarificación.

Aprenderemos a preparar disoluciones y a conocer los reactivos.

También profundizaremos en el conocimiento sobre los materiales que emplearemos para estas operaciones como los densímetros, las buretas, capilares, termómetros, morteros y filtros.

Finalmente veremos las aplicaciones de los resultados.

Introducción a los Análisis Físicos y Químicos

Las sustancias que se utilizan para preparar productos farmacéuticos se deben someter a análisis tanto físicos como químicos que permitan su identificación y garanticen su pureza. Algunas de las técnicas que se emplean para ello son la medición del punto de fusión y ebullición, la densidad, y la medida del pH.

Para facilitar los análisis físicos y químicos, estas sustancias deben someterse, previamente, a procedimientos de reducción del tamaño de partícula.

Muchos de estos productos son disoluciones, es decir mezclas homogéneas de dos o más sustancias. Para conocer la concentración de soluto en las disoluciones que se preparan en el laboratorio se emplean técnicas volumétricas.

Caso Introductorio de Laboratorio

Estás trabajando en un laboratorio realizando distintas prácticas, y al abrir uno de los cajones de tu puesto de trabajo encuentras una botella de un reactivo cuya etiqueta está medio cortada. En ella sólo se puede leer el nombre del compuesto, pero no hay forma de saber nada más.

Al terminar esta unidad podrás determinar el grado de pureza, la densidad de la sustancia y terminar de rellenar la etiqueta rota.

Análisis Físicos

En el laboratorio estás realizando una práctica que consiste en colocar un volumen de agua en un tubo de ensayo al que le añades, con ayuda de una pipeta, otro volumen distinto de aceite de almendras dulces. Cierras el tubo y lo agitas. Lo colocas en la gradilla y esperas unos minutos. Pasado este tiempo, y en función de los datos que observes, podrás decir cuál de los dos líquidos es más denso y por qué.

La Temperatura y su Medida

Las sensaciones que todos conocemos como calor y frío, las solemos expresar con adjetivos como fresco, cálido, tibio, caliente ... Cuando tocamos un objeto, utilizados nuestros termorreceptores corporales para atribuirle una propiedad denominada temperatura, que determina si se percibe caliente o frío al tacto. Sin embargo, esa misma temperatura también se puede definir de una forma cuantitativa empleando diferentes métodos para poder medirla.

Imaginemos un gas encerrado dentro de un recipiente a un volumen constante y en el que podremos medir la variación de la presión a través de un manómetro. Esta presión, aumentará o disminuirá a medida que el gas se vaya calentando o enfriando.

Las moléculas del interior de los cuerpos se encuentran en constante movimiento (agitación térmica) pero su tamaño es tan ínfimo que no podemos percibirlo a simple vista. Dichas moléculas pueden presentar 3 tipos de movimientos:

• Traslación: se mueven de un punto a otro.
• Rotación: giran en torno a un punto o eje de giro.
• Vibración: oscilan entre dos puntos ubicados a una misma distancia de centro.

Estos tres tipos de movimientos combinados son los que poseen energía cinética.

TRASLACION ROTACION VIBRACION

Podemos decir que la temperatura es un variable de estado de la materia que se relaciona con la velocidad promedio del movimiento molecular de la materia, es decir, con la energía cinética promedio de sus partículas. Cuanto mayor es este movimiento, mayor es la energía cinética, por lo que, estas partículas se trasladan, rotan o vibran con mayor rapidez, desembocando en un aumento de la temperatura.

Escalas Termométricas

Denominamos sensación térmica a la temperatura detectada por la piel frente a las condiciones climáticas y que no solo depende de la temperatura del aire, sino también de la velocidad del viento, humedad del aire o altitud. Aunque es una medida subjetiva, es posible medirla teniendo en cuenta una serie de parámetros.

En nuestro día a día, nos resulta muy útil conocer la temperatura en distintas situaciones como la temperatura del aire, que nos da información sobre el estado del tiempo y las condiciones climáticas o como poder controlar la temperatura a un enfermo o la temperatura de la conservación de los medicamentos.

Para medir estas temperaturas, es necesario disponer de instrumentos que nos permitan asignar un número a cada uno de los estados térmicos. Estos instrumentos son los termómetros.

Un termómetro se pone en contacto con el cuerpo que se quiere medir y se espera hasta que ambos alcancen la misma temperatura, por lo que decimos que se ha alcanzado un equilibrio térmico. La variación de la temperatura de un termómetro provoca la variación de alguna de sus propiedades físicas las cuales a través de unas escalas graduadas nos van a indicar la temperatura del cuerpo.

Para graduar un termómetro, se necesitan dos puntos fijos entre los cuales definir la unidad de temperatura. Comúnmente se utilizan el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua (que veremos más adelante).

Para graduarlo, se coloca el bulbo dentro de una mezcla de hielo y agua y se marca la altura donde llega el mercurio. Después se coloca en el vapor que se desprende del agua hirviendo y se señala de nuevo el nivel. Estas dos marcas determinan los puntos fijos de las escalas que se van a usar después.

En la actualidad, se utilizan 3 escalas de temperatura para realizar la medida de la temperatura:

1. Escala centígrada o Celsius.
2. Escala absoluta o Kelvin.
3. Escala de Fahrenheit.

Fahrenheit Celsius Kelvin -212 . 100 -373 90 90 - 80 80 70 -70 60 60 180 50 50 40 40 30 -30 20 - 20 · 10 10 - 32 0 273 -- 460 -273 -0 Escalas de temperatura. Fuente: https://julifer1701.wordpress.com/segundo-corte/tipos-y-usos-de-termometros/

Vamos a ver cada una de ellas y explicar cuándo se pueden utilizar.

Escala Centígrada o Celsius

En 1743, Anders Celsius le asignó, en condiciones normales de presión, al punto de fusión del hielo una temperatura de 0 ℃ y al punto de ebullición del agua el de 100 ℃.

Esta escala es muy utilizada en la vida cotidiana para la expresión de la temperatura. Es la que utilizamos normalmente cuando medimos la temperatura del aire, la temperatura de las neveras, hornos o en la medida de temperatura corporal. También se emplea en trabajos científicos y tecnológicos, aunque en muchos casos resulta obligado el uso de la escala de Kelvin.

Su unidad es el grado centígrado, representado como "℃" que es una unidad termométrica cuyo 0 se encuentra 0,01 grados por debajo del punto triple del agua y su intensidad calórica equivale a la del Kelvin.

Escala Kelvin

Fue nombrada así en honor al físico William Thomson, que más tarde sería Lord Kelvin, quién sobre la base de la escala Celsius, estableció el punto cero en el cero absoluto (-273,15 ℃) que es el límite de temperatura posible que corresponde al menor estado térmico que puede alcanzar la materia.

Las unidades de la escala Kelvin, se dimensionan igual que en la escala Celsius. Así una variación de 5 grados en una escala también será una variación de 5 grados en la otra. Entonces, sobre la base de la escala Celsius se le asigna 273,15 K a la temperatura de fusión del hielo, es decir 0 ℃, y 373,15 K para la temperatura de ebullición del agua, es decir 100 °℃.

La unidad es el grado Kelvin representado como "K" que corresponde a una fracción de 17273,15 partes de la temperatura del punto triple del agua.

Esta escala es la más utilizada por la comunidad científica para desarrollos teóricos y es la que se toma como unidad de referencia en el Sistema Internacional de Unidades.

Escala Fahrenheit

En 1724, Gabriel Fahrenheit estableció una escala de temperatura después de una serie de experimentos en los que fijó el punto inferior de esta escala en la temperatura de fusión de una solución de Cloruro de Amonio en agua, a la que le asignó el valor 0ºF. El punto superior lo fijó en la temperatura de ebullición del agua que le asignó el valor de 212 ºF. Un termómetro así graduado, indica que la temperatura de fusión del hielo es de 32 ºF.

La unidad de esta escala es el grado Fahrenheit representado como ""F".

Es la más utilizada en países de habla inglesa como Gran Bretaña y Estados Unidos para uso no científico como medición climática, gastronomía y en algunas industrias como la del petróleo.

Observando detenidamente las 3 escalas vistas, vemos que entre la temperatura de fusión del hielo y la de ebullición del agua, existe un intervalo de 100 grados en las escalas de Celsius y Kelvin (por ello se dicen que son escalas centígradas) y un intervalo de 180 grados en la escala de Fahrenheit. La relación de estos números es de 5/9, lo cual nos hace ver que un aumento de temperatura de 5 °℃ o 5 K equivalen a una elevación de 9 ºF