Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Colometría


La culometría es un método electroanalítico utilizado en química analítica para determinar la cantidad de una sustancia transformada durante una reacción electroquímica. Nombrada en honor a Charles-Augustin de Coulomb, esta técnica se basa en la medición cuantitativa de carga eléctrica. La culometría es conocida por su precisión y exactitud, y encuentra aplicaciones en varios campos como el análisis químico, la ciencia de materiales y la industria farmacéutica. Hay dos tipos principales de culometría: potenciostático y galvanostático. Esta lección explorará los principios, metodología, aplicaciones y limitaciones de la culometría en detalle.

Fundamentos de la colometría

El principio básico de la culometría gira en torno a las leyes de Faraday de la electrólisis. Según la primera ley de Faraday, la cantidad de cambio químico producido por una corriente eléctrica es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrolito.

Matemáticamente, esto puede expresarse como:

m = (Q * M) / (n * F)

Donde:

  • m es la masa de la sustancia transformada.
  • Q es la carga eléctrica total que pasa por el sistema.
  • M es la masa molar de la sustancia.
  • n es el número de electrones involucrados en la reacción.
  • F es la constante de Faraday (aproximadamente 96485 C/mol).

La segunda ley de Faraday establece que cuando cantidades iguales de carga eléctrica pasan por diferentes soluciones, las cantidades de sustancias transformadas serán proporcionales a sus pesos químicos equivalentes.

Representación visual

Electrolito Ánodo Cátodo

El diagrama anterior muestra una celda electroquímica básica utilizada en culometría. Una carga eléctrica que pasa a través de una solución electrolítica provoca una reacción química en los electrodos, permitiendo una medición precisa de la cantidad de una sustancia.

Tipos de colometría

Colometría potenciostática

La culometría potenciostática se lleva a cabo manteniendo un potencial de electrodo constante con un potenciostato. Este potencial controla la reacción electroquímica, permitiendo que la sustancia de interés se convierta por completo. La carga total que pasa por el sistema se monitoriza para determinar la cantidad de reactivo. Este método es ampliamente conocido por su alta precisión y es particularmente útil para reacciones irreversibles.

Un ejemplo de culometría potenciostática es el análisis cuantitativo de iones metálicos en solución usando un conjunto de tres electrodos. El electrodo de trabajo se mantiene a un potencial donde solo se reduce el ion metálico de interés, mientras que un electrodo auxiliar y uno de referencia ayudan a mantener el potencial deseado.

Colometría galvanostática

En la culometría galvanostática, una corriente constante se pasa a través de la celda y se mide el tiempo total tomado para completar la reacción. Este método es menos dependiente de la estabilidad del potencial del electrodo y permite un equipo más simple. Es ventajoso para reacciones que pueden involucrar especies intermedias o soluciones con resistencia variable.

Por ejemplo, para rastrear la conversión completa del agente oxidante es necesario mantener una corriente constante, anotar el tiempo transcurrido y luego convertirlo en carga para determinar la concentración del agente oxidante.

Aplicaciones de la colometría

La gama de aplicaciones de la culometría es amplia debido a su precisión cuantitativa y fiabilidad.

Aplicaciones industriales

En las industrias, la colometría se utiliza a menudo para el control de calidad de productos. Puede usarse para determinar las concentraciones de ingredientes activos en productos farmacéuticos. Aquí, la colometría es preferible porque permite la detección precisa y exacta de pequeñas cantidades.

Monitoreo ambiental

El monitoreo de la contaminación ambiental también puede beneficiarse de los métodos culométricos. Por ejemplo, las concentraciones de contaminantes como metales pesados en el agua pueden determinarse eficazmente mediante culometría, permitiendo una intervención oportuna y la mitigación de la contaminación.

Investigación y desarrollo

En entornos de investigación, la culometría ayuda en el estudio de cinéticas de reacción y mecanismos. Los investigadores utilizan métodos culométricos para analizar vías de reacción y estudiar los procesos dinámicos de reacciones electroquímicas.

Beneficios de la colometría

La culometría ofrece varias ventajas, incluyendo alta precisión, exactitud y la capacidad de analizar pequeñas cantidades. Su dependencia de las leyes de Faraday significa que los resultados están directamente relacionados con constantes fundamentales, reduciendo el riesgo de errores sistemáticos. Además, la culometría no requiere una curva de calibración porque mide la carga directamente.

Limitaciones de la colometría

La culometría tiene algunas limitaciones, incluyendo la necesidad de conversión completa en análisis cuantitativo. Si ocurren reacciones secundarias, pueden afectar la precisión de la medida. El mantenimiento de los electrodos también es importante, ya que la suciedad o degradación puede provocar errores. Además, el equipo puede ser costoso, y la técnica puede requerir tiempos de ejecución prolongados dependiendo de las reacciones que se analicen.

Problema de ejemplo

Supón que quieres determinar la concentración de iones de hierro(III) en una solución. Se establece una titulación culométrica potenciostática, y el potencial se controla de tal manera que solo se reducen los iones de hierro(III). La reacción es la siguiente:

Fe^{3+} + e^{-} → Fe^{2+}

Si se pasa una corriente de 500 mA durante 200 s para reducir completamente los iones de hierro(III), calcula la concentración de iones de hierro(III) en la solución.

Solución:

Primero, calcula la carga total Q que ha pasado:

Q = I * t = 0.5 A * 200 s = 100 C

Usando la ecuación m = (Q * M) / (n * F) :

n = 1 (ya que solo se involucra un electrón en la reducción)

Sea M = masa molar del hierro = 55.85 g/mol :

m = (100 C * 55.85 g/mol) / (1 * 96485 C/mol) = 0.058 g

Convierte la masa en moles para encontrar la concentración en un volumen específico de la solución.

Este resumen generalizado y simplificado proporciona una comprensión inicial de la culometría y sus aplicaciones en la química analítica. Con la consideración cuidadosa de sus principios y limitaciones, la culometría sigue siendo una herramienta poderosa para el análisis químico cuantitativo.


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