Química Analítica, 6ta Edicion PDF

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www.FreeLibros.me www.FreeLibros.me 00Christian(i-xxiv)prelim.indd i 9/12/08 13:49:09 Pesos atómicos internacionales, basados en 12 C ⴝ 12 Número Peso Número Peso Elemento Símbolo atómico atómicoa Elemento Símbolo atómico atómicoa Actinio Ac 89 (227) Lutecio Lu 71 174.967 Aluminio Al 13 26.9815 Magn...

Description

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Pesos atómicos internacionales, basados en

C ⴝ 12

12

Elemento

Símbolo

Número atómico

Peso atómicoa

Actinio Aluminio Americio Antimonio Argón Arsénico Ástato Azufre Bario Berilio Berkelio Bismuto Bohrio Boro Bromo Cadmio Calcio Californio Carbono Cerio Cesio Cloro Cobalto Cobre Cromo Curio Disprosio Dubnio Einstenio Erbio Escandio Estaño Estroncio Europio Fermio Flúor Fósforo Francio Gadolinio Galio Germanio Hafnio Hassio Helio Hidrógeno Hierro Holmio Iridio Iridium Iterbio Itrio Kriptón Lantano Laurencio Litio

Ac Al Am Sb Ar As At S Ba Be Bk Bi Bh B Br Cd Ca Cf C Ce Cs Cl Co Cu Cr Cm Dy Db Es Er Sc Sn Sr Eu Fm F P Fr Gd Ga Ge Hf Hs He H Fe Ho I Ir Yb Y Kr La Lw Li

89 13 95 51 18 33 85 16 56 4 97 83 107 5 35 48 20 98 6 58 55 17 27 29 24 96 66 105 99 68 21 50 38 63 100 9 15 87 64 31 32 72 108 2 1 26 67 53 77 70 39 36 57 103 3

(227) 26.9815 (243) 121.76 39.948 74.9216 (210) 32.066 137.33 9.0122 (247) 208.980 (264) 10.811 79.904 112.41 40.08 (251) 12.011 140.12 132.905 35.453 58.9332 63.546 51.996 (247) 162.50 (262) (252) 167.26 44.956 118.71 87.62 151.96 (257) 18.9984 30.9738 (223) 157.25 69.72 72.61 178.49 (265) 4.0026 1.00794 55.845 164.930 126.9045 192.2 173.04 88.905 83.80 138.91 (262) 6.9417

a

Elemento Lutecio Magnesio Manganeso Meitnerio Mendelevio Mercurio Molibdeno Neodimio Neon Neptunium Niobio Níquel Nitrógeno Nobelio Oro Osmio Oxígeno Paladio Plata Platino Plomo Plutonio Polonio Potasio Praseodimio Prometio Protactinio Radio Radón Renio Rodio Rubidio Rutenio Rutherfordio Samario Seaborgio Selenio Silicio Sodio Talio Tantalio Tecnecio Telurio Terbio Titanio Torio Tulio Tungsteno Uranio Vanadio Xenón Yodo Zinc Zirconio

Símbolo

Número atómico

Peso atómicoa

Lu Mg Mn Mt Md Hg Mo Nd Ne Np Nb Ni N No Au Os O Pd Ag Pt Pb Pu Po K Pr Pm Pa Ra Rn Re Rh Rb Ru Rf Sm Sg Se Si Na Tl Ta Tc Te Tb Ti Th Tm W U V Xe In Zn Zr

71 12 25 109 101 80 42 60 10 93 41 28 7 102 79 76 8 46 47 78 82 94 84 19 59 61 91 88 86 75 45 37 44 104 62 106 34 14 11 81 73 43 52 65 22 90 69 74 92 23 54 49 30 40

174.967 24.312 54.9380 (268) (258) 200.59 95.94 144.24 20.180 (237) 92.906 58.69 14.0067 (259) 196.967 190.2 15.9994 106.4 107.870 195.08 207.2 (244) (209) 39.098 140.907 (145) (231) (266) (222) 186.2 102.905 85.47 101.07 (261) 150.35 (266) 78.96 28.086 22.9898 204.38 180.948 (98) 127.60 158.925 47.87 232.038 163.934 183.85 238.03 50.9415 131.30 114.82 65.37 91.22

Los números entre paréntesis indican la masa del isótopo más estable. Para los elementos 110, 111, 112, 114, 116 y 118, vea las tablas periódicas que aparecen en el apéndice E.

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Pesos fórmula AgBr AgCl Ag2CrO4 Agl AgNO3 AgSCN Ag2SO4 Al(C9H6ON)3(AlOx3) Al2O3 Al2(SO4)3 As2O3 BaCO3 BaCl2 BaCl2 ⭈ 2H2O BaCrO4 BaO BaSO4 Bi2O3 C6H12O6 (glucosa) CO2 CaCl2 CaCO3 CaC2O4 CaF2 CaO CaSO4 CeO2 Ce(SO4)2 (NH4)2Ce(NO3)6 (NH4)4Ce(SO4)4 ⭈ 2H2O Cr2O3 CuO Cu2O CuSO4 Fe(NH4)2(SO4)2 ⭈ 6H2O FeO Fe2O3 Fe3O4 HBr HC2H3O2 (ácido acético) HCl HClO4 H2C2O4 H2C2O4 ⭈ 2H2O H5IO6 HNO3 H2O H2O2 H3PO4 H2S H2SO3 H2SO4 HSO3NH2 (ácido sulfámico) HgO Hg2Cl2 HgCl2 Hg(NO3)2 KBr KBrO3 K(C6H5)4B KCl KClO3 KCN K2CrO4

187.78 143.32 331.73 243.77 169.87 165.95 311.80 459.46 101.96 342.14 197.85 197.35 208.25 244.27 253.33 153.34 233.40 466.0 180.16 44.01 110.99 100.09 128.10 78.08 56.08 136.14 172.12 332.25 548.23 632.6 151.99 79.54 143.08 159.60 392.14 71.85 159.69 231.54 80.92 60.05 36.46 100.46 90.04 126.07 227.94 63.01 18.015 34.01 98.00 34.08 82.08 98.08 97.09 216.59 472.09 271.50 324.61 119.01 167.01 358.31 74.56 122.55 65.12 194.20

K2CrO7 KHC2O4 KHC2O4 ⭈ H2C2O4 KHC8H2O4(KHP) KH(IO3)2 K2HPO4 KH2PO4 KHSO4 Kl KlO3 KlO4 KMnO4 KNO3 KOH KSCN K2SO4 MgCl2 Mg(C9H6ON)2(MgOx2) MgNH4PO4 MgO Mg2P2O7 MgSO4 MnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnSO4 Na2B4O7 ⭈ 10H2O NaBr Na(C6H5)4B NaC2H3O2 Na2C2O4 NaCl NaClO NaCN Na2CO3 NaHCO3 Na2H2EDTA ⭈ 2H2O NaOH NaSCN Na2SO4 Na2S2O3 ⭈ 5H2O Ni(C4H7O2N2)2(Ni-DMG2) NH3 NH4Cl (HOCH2)3CNH2(THAM; Tris) NH2CONH2 (Urea) (NH4)2C2O4 ⭈ H2O NH4NO3 (NH4)2SO4 (NH4)2S2O8 NH2SO3H PbCrO4 PbSO4 P2O5 Sb2O3 SiO2 SnCl2 SnO2 SrSO4 SO2 SO3 TiO2 V2O5 Zn2P2O7

294.19 128.13 218.16 204.23 389.92 174.18 136.09 136.17 166.01 214.00 230.00 158.04 101.11 56.11 97.18 174.27 95.22 312.60 137.35 40.31 222.57 120.37 86.94 157.88 228.81 151.00 381.37 102.90 342.20 82.03 134.00 58.44 74.44 49.01 105.99 84.01 372.23 40.00 81.07 142.04 248.18 288.94 17.03 53.49 121.14 60.06 142.11 80.04 132.14 228.18 97.09 323.18 303.25 141.94 291.50 60.08 189.60 150.69 183.68 64.06 80.06 79.90 181.88 304.68

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QUÍMICA ANALÍTICA Sexta edición Gary D.Christian University of Washington

Revisión técnica

Rodolfo Álvarez Universidad Nacional Autónoma de México Universidad Iberoamericana

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MADRID NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN MONTREAL • NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO

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Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo A. del Bosque Alayón Coordinadora editorial: Marcela I. Rocha Martínez Editor sponsor: Pablo E. Roig Vázquez Editora de desarrollo: Ana L. Delgado Rodríguez Supervisor de producción: Zeferino García García Traducción: Sergio Sarmiento Ortega y Virgilio González y Pozo

QUÍMICA ANALÍTICA Sexta edición Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.

Educación DERECHOS RESERVADOS © 2009 respecto a la primera edición en español por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C. V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Edificio Punta Santa Fe Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C. P. 01376, México, D. F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736

ISBN: 978-970-10-7234-9 Traducido de la sexta edición de: Analytical Chemistry. Copyright © MMIV John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. ISBN: 0-471-21472-8 1234567890

08765432109

Impreso en México

Printed in Mexico

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A Sue —por décadas de gozo y por ser una abuela tan increíble para Tanya y Taffy— por la luminosidad que da a nuestras vidas.

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Acerca del autor G

ary Christian creció en Oregón y durante toda su vida se ha interesado en la enseñanza, inspirado por Harald Platou, un excelente maestro de ciencia en la preparatoria, en una escuela rural. Recibió su grado de licenciatura (B.S.) en la Universidad de Oregón y su doctorado (Ph.D) en la Universidad de Maryland, donde adquirió de su mentor, Bill Purdy, una apreciación de lo emocionante de la investigación. Comenzó su carrera como químico analítico de investigación en el Instituto de Investigación de la Armada Walter Reed donde desarrolló su interés por la química clínica y la bioanalítica. Ingresó a la Universidad de Kentucky en 1967 y en 1972 se cambió a la Universidad de Washington. Fue decano divisional de ciencias en el periodo 1993-2001. Gary escribió la primera edición de este libro en 1971. Es autor de más de 300 publicaciones y ha escrito otros cinco libros, incluyendo Instrumental Analysis. Sus intereses de investigación incluyen la química electroanalítica, la espectroscopía atómica, el análisis de proceso y el análisis de inyección de flujo. Recibió el Premio de Excelencia en Enseñanza de la American Chemical Society (ACS), División de Química Analítica, y el Premio ACS Fisher en Química Analítica, un reconocimiento máximo por contribuciones en química analítica. Fue Académico Fullbright y recibió la Medalla de Oro Talanta, la Medalla de Honor de la Universidad Libre de Bruselas, la Medalla Conmemorativa de la Universidad Charles, y el Certificado Honorario de Investigación de la Universidad de Gante. Es coeditor en jefe de Talanta, una revista internacional de química analítica, y forma parte de los consejos editoriales de otras numerosas revistas. Fue presidente de la División de Química Analítica de la ACS. Gary presidió la preparación del Examen de Química Analítica de la ACS, y fue preparador de la prueba de química para el Examen de Registro de Graduados (GRE, por sus siglas en inglés). Fue miembro del equipo que preparó el examen para la Olimpiada Internacional de Química cuando tuvo lugar en Estados Unidos. Es miembro de la American Chemical Society, la Society for Applied Spectroscopy (Sociedad de Espectroscopía Aplicada), la Spectroscopy Society of Canada (Sociedad de Espectroscopía de Canadá) y la Society for Electroanalytical Chemistry (Sociedad de Química Electroanalítica). Gary vive en Medina, Washington, con su esposa Sue, desde hace 41 años, y sus nietas, Tanya y Taffy.

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Prefacio “Los maestros abren la puerta, pero tú decides si entras” —Anónimo

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a química analítica se ocupa de la caracterización química de la materia, tanto cualitativa como cuantitativamente. Es importante para casi todos los aspectos de nuestras vidas porque los productos químicos forman parte de todo lo que usamos. El fallecido Charles N. Reilly decía que “la química analítica es lo que hacen los químicos analíticos”. Usted va a aprender en este texto qué es lo que hacen. Este texto está diseñado para estudiantes de licenciatura en química y disciplinas relacionadas con la química. Trata de los principios y técnicas del análisis cuantitativo; es decir, de cómo determinar qué cantidad de una sustancia específica contiene una muestra. El lector aprenderá cómo diseñar un método analítico con base en la información que se necesita, cómo obtener una muestra de laboratorio que sea representativa del total, cómo prepararla para el análisis, qué herramientas de medición están disponibles y la importancia estadística del análisis. Los capítulos 24-26 ilustran aplicaciones de las técnicas que se han aprendido en los campos de la química clínica, genómica y proteómica, y en el muestreo y análisis ambientales. Pueden tomarse ejemplos del uso de la química analítica de áreas como las ciencias biológicas, la química clínica, la contaminación de aire, agua y los análisis industriales. La importancia de la química analítica se percibe cuando por un análisis incorrecto de sangre se puede poner en peligro la vida de un paciente, o cuando un error en el análisis de control de calidad puede dar por resultado graves pérdidas financieras para un industrial. Para asegurar la eficiencia máxima en la producción química, se realizan análisis automatizados en línea de los procesos químicos. Esto ahorra millones de dólares a la industria química.

¿QUIÉN DEBE USAR ESTE TEXTO? El texto está escrito para un curso de análisis cuantitativo para el nivel de licenciatura. Necesariamente contiene más material que el que normalmente se puede cubrir en un curso de un semestre o un trimestre, de modo que el instructor puede seleccionar los temas que se consideren más importantes. Algunas de las secciones restantes pueden servir como material complementario. Dependiendo de cómo esté diseñada una secuencia de análisis cuantitativo y de análisis instrumental, podría servir para ambos cursos. En cualquier caso, el autor espera que el lector se tome el tiempo para leer algunas secciones que le parezcan interesantes, aunque no se cubran formalmente. Sin duda, pueden servir como referencia en el futuro.

¿QUÉ QUEDÓ IGUAL? Esta sexta edición de Química analítica ha sido extensamente revisada y actualizada. Cada capítulo tiene un párrafo introductorio de resumen, que enumera los temas que se van a

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PREFACIO

cubrir, dando al lector una visión general de cada tema. Se usan negritas para los términos clave, y las ecuaciones importantes se encuadran para ayudar en el repaso. Se usan abundantes notas marginales para destacar más los conceptos importantes y ayudar en el repaso. Se hace hincapié en el análisis dimensional en todo el libro, para dar al lector una mejor percepción para el planteamiento correcto de los problemas. En todo el texto se usan unidades o símbolos SI (por ejemplo L, mL, mol y s). Se introducen los conceptos de normalidad y equivalentes, pero permanece el énfasis en la molaridad y los moles. La presentación de normalidad se hace de manera que permite ignorarla si el instructor decide no revisarla. Los Problemas y las Referencias se agrupan por tema para facilitar su asignación. Las referencias se han actualizado ampliamente, y se han agregado numerosos problemas nuevos. Hay 673 preguntas y problemas para que el estudiante practique al responderlos. Se introdujeron varios temas nuevos, tales como: ● ● ● ● ●

● ● ● ● ●

Estadística de pequeños grupos de datos Estadística de muestreo Procedimiento sistemático para cálculos de equilibrio (balance de masa y cargas) Equilibrios heterogéneos Diagramas logarítmicos para describir especies de equilibrios múltiples (ahora se introduce la preparación de éstos usando hojas de trabajo). Espectrómetros de matriz de diodos Espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier Espectroscopía de IR cercano Sensores de fibra óptica Cromatografía de gases: Espectrometría de masas

Asimismo: ●

Se introdujeron hojas de trabajo Excel, que se usan en todo el texto para realizar cálculos, análisis estadísticos y gráficas.

Muchas curvas de titulación se derivan usando hojas de trabajo, así como los cálculos de valores ␣ y las gráficas de curvas ␣-pH y de diagramas logarítmicos de concentración. Las presentaciones en hojas de trabajo se dan de manera que el usuario perciba con facilidad su configuración. Para realizar los cálculos mediante las hojas de trabajo se introducen las fórmulas en celdas específicas; por ejemplo, la celda B11 puede contener una fórmula para calcular la relación de los números introducidos en las celdas A2 y A3, y la fórmula es (⫽A2/A3). La respuesta aparece en la celda B11, donde se introdujo la fórmula. Las celdas que contienen fórmulas están resaltadas en negritas. Por lo general, el usuario tiene que hacer ingeniería en reversa con los datos introducidos en las celdas para determinar las ecuaciones a partir de las cuales se derivaron; por ejemplo, la ecuación que divide un número entre otro para obtener la fracción. Esto es muy engorroso para ecuaciones complicadas. Para evitar esto, las ecuaciones reales que se usaron para derivar las fórmulas de celda se dan en la sección de documentación bajo las configuraciones de las hojas de trabajo; la fórmula que se debe introducir en la celda con número identificado se da exactamente debajo de la ecuación. El lector entenderá y apreciará mejor esto cuando comience a estudiar el uso de las hojas de trabajo. ●

Incluye un capítulo sobre buenas prácticas de laboratorio: “Certeza de calidad de las mediciones analíticas”.

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Este aspecto de la práctica de la química analítica se ha vuelto cada vez más importante, ya que los organismos oficiales, con la finalidad de establecer políticas o vigilar su cumplimiento, han implantado lineamientos más complejos y exigentes para asegurar que las mediciones analíticas sean precisas. Cualquier químico analítico que inicia, se dará cuenta de lo importante que es para un empleador que el aspirante conozca estos lineamientos. Este capítulo sirve como introducción y referencia a las prácticas actuales, e incluye: ● ● ● ●

●

Validación de métodos analíticos Aseguramiento de calidad Acreditación de laboratorios Registros electrónicos y firmas electrónicas

Capítulo sobre Genómica y Proteómica

La química analítica desempeñó un papel clave en la realización del histórico Proyecto del Genoma Humano. El lector debe saber qué es eso. Las tecnologías se han vuelto rutina para el secuenciamiento de DNA de organismos complejos, para la ciencia forense, etc. Ahora se avanza en el terreno del perfilamiento de proteínas (proteómica), un emprendimiento analítico aún más desafiante, y el libro da una introducción a esta nueva disciplina. Este capítulo trata de: ● ● ● ● ●

El Proyecto del Genoma Humano Cómo están secuenciados los genes La reacción de la cadena de polimerasa (PMR) Los chips de ADN PÁGINA 2-D y MALDI-TOF para perfilamiento de proteínas

Se incluyen a lo largo del texto los siguientes temas: ● ● ● ● ● ● ● ● ●

●

● ● ● ●

●

Calibración de equipo de vidrio Extracción y digestión acelerada y en microondas Electrodos ISFET de estado sólido Bases de datos espectrales, disponibles en Internet: comerciales y de libre acceso Extracción en fase sólida ampliada (SPE); microextracción en fase sólida (SPME) Nomenclatura de cromatografía: términos y símbolos recomendados por IUPAC Teoría de la eficiencia de la columna cromatográfica ampliada. Software de simulación de cromatografía, para desarrollo del método Columnas capilares para cromatografía de gases (CG): sección actualizada y ampliada. Análisis de CG de inyector de espacio de cabeza, desorción térmica y de purga y trampa Cromatografía de gases y líquidos rápida Cromatografía de líquidos de alta eficiencia-espectrometría de masas (HPLC-MS) Analizadores de masas para CG-MS Y CL-MS Fases estacionarias de HPLC actualizadas; columnas de conducto estrecho para alta sensibilidad Electroforesis capilar ampliada; electrocromatografía capilar

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EXPERIMENTOS Hay 40 experimentos que ilustran la mayor parte de las técnicas de medición que se presentan en el texto. Éstos se encuentran agrupados por temas. Cada uno contiene una descripción de los principios y las reacciones químicas pertinentes, de modo que el lector podrá adquirir una visión general de qué es lo que se analiza, y cómo. Se dan listas de las soluciones y reactivos que hay que preparar antes de cada experimento, de manera que se puedan realizar eficientemente; el instructor habrá preparado muchas de estas soluciones y muchos de estos reactivos. Los experimentos están diseñados, en la medida de lo posible, para evitar el uso de asbesto, cloroformo, tetracloruro de carbono y benceno, de conformidad con los requisitos de salud y seguridad. Todos los experimentos, especialmente los volumétricos, se han diseñado para reducir al mínimo el desperdicio de productos químicos, preparando los volúmenes mínimos de reactivos, como los reactivos de titulación, que se necesitan para llevar a cabo el experimento. Nuevos. Se incluye un nuevo experimento de titulación en microescala, suministrado por el profesor John Richardson de la Universidad Esta...