potenciometría y conductimetría

Roberto Cervantes López 100615Principles Of Lust.mp3

Roberto Cervantes López 100615

1.1. POTENCIOMETRÍAPOTENCIOMETRÍA

La potenciometría es una técnica electroanalítica con la La potenciometría es una técnica electroanalítica con la que se puede determinar la concentración de una que se puede determinar la concentración de una especie electroactiva en una disolución empleando un especie electroactiva en una disolución empleando un electrodo de referencia (un electrodo con un potencial electrodo de referencia (un electrodo con un potencial conocido y constante con el tiempo) y un electrodo de conocido y constante con el tiempo) y un electrodo de trabajo (un electrodo sensible a la especie trabajo (un electrodo sensible a la especie electroactiva) y un potenciómetro o dispositivo para la electroactiva) y un potenciómetro o dispositivo para la medición del potencial.medición del potencial.


2. TIPOS DE ELECTRODOS2. TIPOS DE ELECTRODOS

2.1 ELECTRODOS DE REFERENCIA2.1 ELECTRODOS DE REFERENCIA

Los electrodos de referencia tienen potencial de semi celda conocida, Los electrodos de referencia tienen potencial de semi celda conocida, constante y completamente insensible a la composición de la disolución constante y completamente insensible a la composición de la disolución en estudio.en estudio.

Los electrodos de referencia ideales tienen las siguientes características:Los electrodos de referencia ideales tienen las siguientes características:

Son reversibles y obedece a la ecuación de Nernst.Son reversibles y obedece a la ecuación de Nernst.

Presentan un potencial que es cosntante con el tiempo.Presentan un potencial que es cosntante con el tiempo.

Retorna su potencial original después de haber estado sometidos a Retorna su potencial original después de haber estado sometidos a corrientes pequeñas.corrientes pequeñas.

Presentan poca histéresis con ciclos de temperatura.Presentan poca histéresis con ciclos de temperatura.


a)a) Electrodo normal de HidrógenoElectrodo normal de HidrógenoUn electrodo normal de hidrógeno, también llamado electrodo estándar de Un electrodo normal de hidrógeno, también llamado electrodo estándar de

hidrógeno, es un electrodo redox que forma la base de la tabla estándar de hidrógeno, es un electrodo redox que forma la base de la tabla estándar de potenciales de electrodos. Su potencial absoluto se considera en 4.4potenciales de electrodos. Su potencial absoluto se considera en 4.4++

--0.02 V a 0.02 V a

25°C, pero para realizar una base de comparación con cualquier otra reacción 25°C, pero para realizar una base de comparación con cualquier otra reacción electrolítica, el potencial electrolítico del hidrógeno (E°) se fija como 0 en todas electrolítica, el potencial electrolítico del hidrógeno (E°) se fija como 0 en todas las temperaturas.las temperaturas.


b) Electrodo de plata/Cloruro de plata.b) Electrodo de plata/Cloruro de plata.

Está formado por un hilo de Ag sobre el cual se deposita AgCl, Está formado por un hilo de Ag sobre el cual se deposita AgCl, generalmente por vía electroquímica, en una solución de NaCl o KCl, generalmente por vía electroquímica, en una solución de NaCl o KCl, en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo, como se muestra en la en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo, como se muestra en la siguiente figura:siguiente figura:


c) Electrodo de Calomelanosc) Electrodo de CalomelanosEl electrodo de calomelanos o electrodo El electrodo de calomelanos o electrodo saturado de colomelanos (SCE por sus saturado de colomelanos (SCE por sus siglas en Inglés) es un electrodo de siglas en Inglés) es un electrodo de referencia basado en la reacción entre referencia basado en la reacción entre mercurio cloruro de mercurio. La fase mercurio cloruro de mercurio. La fase acuosa en contacto con el mercurio y el acuosa en contacto con el mercurio y el cloruro de mercurio, Hg2Cl2, cloruro de mercurio, Hg2Cl2, “Calomelano”, es una disolución saturada “Calomelano”, es una disolución saturada de cloruro de potasio en agua. El electrodo de cloruro de potasio en agua. El electrodo está normalmente conectado por medio está normalmente conectado por medio de una porcelana porosa a la disolución en de una porcelana porosa a la disolución en la que está inmerso el otro electrodo. Este la que está inmerso el otro electrodo. Este material poroso actúa como un puente material poroso actúa como un puente salino.salino.


2.2 ELECTRODOS INDICADORES2.2 ELECTRODOS INDICADORES

a.a. Electrodos metálicos de 1°, 2° y 3er Electrodos metálicos de 1°, 2° y 3er orden.orden.

Los electrodos metálicos son alambres o placas Los electrodos metálicos son alambres o placas de un metal específico;de un metal específico;

o De primer orden para cationes Ag, Cu, Hg, De primer orden para cationes Ag, Cu, Hg, Pb, Cd, que sirven para cuantificar los Pb, Cd, que sirven para cuantificar los cationes del metal del que está constituido el cationes del metal del que está constituido el electrodo.electrodo.

o De segundo orden para aniones Ag y Hg que De segundo orden para aniones Ag y Hg que responden de forma indirecta a los aniones responden de forma indirecta a los aniones que forman precipitados poco solubles o que forman precipitados poco solubles o complejos con su catión.complejos con su catión.

o De tercer orden, para reacciones redox, Au y De tercer orden, para reacciones redox, Au y Pt que son inertes y potenciales solo Pt que son inertes y potenciales solo desarrollado por el sistema redox.desarrollado por el sistema redox.


b. Electrodos de Membranab. Electrodos de Membrana

Consiste en medir el potencial Consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de que se desarrolla a través de una delgada membrana de una delgada membrana de vidrio que separa dos vidrio que separa dos soluciones con diferente soluciones con diferente concentración de protones; a concentración de protones; a este se le considera, desde este se le considera, desde hace muchos años, el método hace muchos años, el método más preciso para la medición más preciso para la medición del pH.del pH.


c. Electrodo de vidrio.

Un electrodo de vidrio es un tipo de electrodo selectivo de iones formado por una membrana de vidrio dopado que es selectiva a un ion específico.

d. Electrodo de estado sólido o precipitado.

Tienen una membrana formada por un cristal inorgánico de una sal de muy baja solubilidad, uno de los más típicos es el fluoruro constituido por una sal de fluoruro de lantano, estos electrodos son fabricados para iones como el Cl-, Br, I-, SnC, Cn y S2


e. Electrodos de membrana líquida.e. Electrodos de membrana líquida.

Este tipo de electrodos tienen una membrana porosa hidrofóbica, que Este tipo de electrodos tienen una membrana porosa hidrofóbica, que es atravesada por el analito. En el interior hay un electrodo de es atravesada por el analito. En el interior hay un electrodo de Ag/AgCl, cuyo potencial varía en función de la concentración del Ag/AgCl, cuyo potencial varía en función de la concentración del analito que entra, permiten la determinación de Caanalito que entra, permiten la determinación de Ca++++, Mg, Mg++++, K, K++, NO, NO33

--, y , y

hay un tipo especial de estos electrodos que permite el paso de gases hay un tipo especial de estos electrodos que permite el paso de gases por la membrana porosa con lo que se puede medir la presión parcial por la membrana porosa con lo que se puede medir la presión parcial como Ocomo O22, NH, NH33, CO, CO22..

f. Electrodos sensores de gases.f. Electrodos sensores de gases.

Los electrodos sensores de gases utilizan una membrana permeable al Los electrodos sensores de gases utilizan una membrana permeable al gas. Cuentan con una capa amortiguadora delgada que atrapa el gas. Cuentan con una capa amortiguadora delgada que atrapa el analito en forma de gas y lo convierte en alguna otra especie iónica analito en forma de gas y lo convierte en alguna otra especie iónica que pueda ser medida con un potenciómetro.que pueda ser medida con un potenciómetro.


g) Electrodos enzimáticos y biomembranasg) Electrodos enzimáticos y biomembranas

Los electrodos enzimáticos, tienen un mecanismo de “reacción Los electrodos enzimáticos, tienen un mecanismo de “reacción doble”, una enzima que reacciona con una sustancia específica y el doble”, una enzima que reacciona con una sustancia específica y el producto de esta reacción es detectada por un cierto electrodo producto de esta reacción es detectada por un cierto electrodo selectivo de iones, tales como electrodos de pH selectivos. Todas selectivo de iones, tales como electrodos de pH selectivos. Todas estas reacciones se producen en el interior de una membrana estas reacciones se producen en el interior de una membrana especial que cubre al verdadero electrodo selectivo de iones, que es especial que cubre al verdadero electrodo selectivo de iones, que es la razón por la que a los electrodos enzimáticos a veces se les la razón por la que a los electrodos enzimáticos a veces se les considera como selectivos de iones.considera como selectivos de iones.


Los electrodos de biomembrana, o de membrana catalítica, Los electrodos de biomembrana, o de membrana catalítica, están formados por un electrodo selectivo de iones (ESI), o están formados por un electrodo selectivo de iones (ESI), o un electrodo sensible a los gases en contacto con una capa un electrodo sensible a los gases en contacto con una capa fina de un material biocatalítico. El biocatalizador convierte fina de un material biocatalítico. El biocatalizador convierte el sustrato (analito) en un compuesto que puede ser el sustrato (analito) en un compuesto que puede ser detectado por el electrodo. Los electrodos de este tipo se detectado por el electrodo. Los electrodos de este tipo se conocen como biosensores.conocen como biosensores.


3. ECUACIÓN DE NERNST3. ECUACIÓN DE NERNST

La ecuación de Nernst se usa para calcular el potencial de reducción La ecuación de Nernst se usa para calcular el potencial de reducción de un electrodo fuera de las condiciones estándar (concentración 1 de un electrodo fuera de las condiciones estándar (concentración 1 M, presión de 1 Atm., temperatura de 298 K ó 25° C). Tiene su M, presión de 1 Atm., temperatura de 298 K ó 25° C). Tiene su nombre en honor al científico alemán Walther Nernst, que fue quien nombre en honor al científico alemán Walther Nernst, que fue quien la formuló en 1889.la formuló en 1889.

Donde:Donde:

E = potencial corregido del electrodo.E = potencial corregido del electrodo.

EE00 = el potencial en condiciones estándar (los potenciales se encuentran = el potencial en condiciones estándar (los potenciales se encuentran tabulados tabulados para diferentes reacciones de reducción).para diferentes reacciones de reducción).

n = la cantidad de mol de electrones que participan en la reacción.


3.1 POTENCIAL DE ELECTRODOS Y DE CELDA3.1 POTENCIAL DE ELECTRODOS Y DE CELDA

Un electrodo de metal sumergido en un electrolito desarrolla una Un electrodo de metal sumergido en un electrolito desarrolla una interfaz cargada, la estructura interfacial de la carga separada es interfaz cargada, la estructura interfacial de la carga separada es conocida comúnmente como la capa doble eléctrica y se comporta conocida comúnmente como la capa doble eléctrica y se comporta como un capacitor cargado; a la diferencia de potencial que se como un capacitor cargado; a la diferencia de potencial que se desarrolla en la interfaz del electrodo-electrolito que se presenta en desarrolla en la interfaz del electrodo-electrolito que se presenta en estas condiciones se le llama potencial de electrodoestas condiciones se le llama potencial de electrodo


Esto corresponde al establecimiento de un equilibrio de la reacción de ionización Esto corresponde al establecimiento de un equilibrio de la reacción de ionización del metal y de la reacción de su recombinación con los electrones como se muestra del metal y de la reacción de su recombinación con los electrones como se muestra algebraicamente a continuación:algebraicamente a continuación:

Ya que una celda electroquímica tiene dos electrodos y cada uno de los electrodos Ya que una celda electroquímica tiene dos electrodos y cada uno de los electrodos tiene su propio potencial que se desarrolla en la interfase electrodo-electrolito tiene su propio potencial que se desarrolla en la interfase electrodo-electrolito entonces, este potencial es un potencial de electrodo simple o potencial de media entonces, este potencial es un potencial de electrodo simple o potencial de media celda y la suma algebraica de estos dos potenciales constituyen el potencial de la celda y la suma algebraica de estos dos potenciales constituyen el potencial de la celda que se puede concretar como:celda que se puede concretar como:

Donde Donde EE es el potencial de la celda y es el potencial de la celda y

EE11 y y EE22 son los potenciales de electrodo son los potenciales de electrodo

simplesimple


RELACIÓN ENTRE E° CÉLULA Y AGRELACIÓN ENTRE E° CÉLULA Y AG

Cuando los reactivos se encuentran en una relación reducción-oxidación en Cuando los reactivos se encuentran en una relación reducción-oxidación en donde:donde:

(Red)/(Ox) = 1, y su logaritmo es cero, entonces E es igual a la constante de la (Red)/(Ox) = 1, y su logaritmo es cero, entonces E es igual a la constante de la ecuación de Nernst; la constante, que se designa con el símbolo Eecuación de Nernst; la constante, que se designa con el símbolo E00, es el , es el potencial normal de la semicélula.potencial normal de la semicélula.La relación entre AGLa relación entre AG°° y el potencial normal de la célula E y el potencial normal de la célula E°° célula para una célula para una reacción redox se puede expresar en la siguiente ecuación:reacción redox se puede expresar en la siguiente ecuación:

AGAG°° = -nFE = -nFE°°célulacélulaSe puede considerar que AGSe puede considerar que AG°° es el máximo trabajo eléctrico con signo negativo es el máximo trabajo eléctrico con signo negativo que se puede generar como consecuencia de una reacción redox.que se puede generar como consecuencia de una reacción redox.

En esta ecuaciónEn esta ecuación

n = número de moles de en = número de moles de e-- transferidos en el proceso y transferidos en el proceso y

F = es el Faraday F = es el Faraday


La conductimetría La conductimetría es un método analítico que se es un método analítico que se basa en la medición de la conductancia.basa en la medición de la conductancia.

La conductancia eléctrica, G o L, La conductancia eléctrica, G o L, es la propiedad de transportar, es la propiedad de transportar, mover o desplazar uno más electrones en su cuerpo, es decir, la mover o desplazar uno más electrones en su cuerpo, es decir, la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.


La conductancia eléctrica, G, La conductancia eléctrica, G, es la propiedad de transportar, mover es la propiedad de transportar, mover o desplazar uno más electrones en su cuerpo, es decir, la o desplazar uno más electrones en su cuerpo, es decir, la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica, la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica, la que se puede plasmar matemáticamente de la siguiente manera:que se puede plasmar matemáticamente de la siguiente manera:

L = G = 1/R = I/VL = G = 1/R = I/V

Donde:Donde:

G ó L es la conductancia (del Inglés Gate).G ó L es la conductancia (del Inglés Gate).

R es la resistencia en ohmios,R es la resistencia en ohmios,

I es la corriente en amperios y I es la corriente en amperios y

V es el voltaje en voltios.V es el voltaje en voltios.


Las aplicaciones conductimétricas se utilizan principalmente para Las aplicaciones conductimétricas se utilizan principalmente para determinar:determinar:

a.a.La contaminación en ríos y corrientes.La contaminación en ríos y corrientes.

b.b.El contenido de sales en sistemas de calderas.El contenido de sales en sistemas de calderas.

c.c.La concentración de líquidos en el efluente de una columna de La concentración de líquidos en el efluente de una columna de cromatografía de líquidos analítica.cromatografía de líquidos analítica.

d.d.Las concentraciones de ácidos en soluciones que se emplean en Las concentraciones de ácidos en soluciones que se emplean en procesos industriales.procesos industriales.

e.e.La concentración de un fertilizante líquido conforme se aplica La concentración de un fertilizante líquido conforme se aplica dicho fertilizante.dicho fertilizante.

f.f.Los puntos finales de titulaciones en donde la concentración de Los puntos finales de titulaciones en donde la concentración de iones del analito o del titulante se modifica.iones del analito o del titulante se modifica.


BIBLIOGRAFÍA

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FINFIN

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