miniatura|Determinació de la composició d'una mostra per ressonància magnètica nuclear La química analítica és la branca de la química que consisteix en l'anàlisi de mostres de substàncies diverses per determinar-ne la seva composició química; així com l'estudi de les tècniques per fer anàlisi i estudiar les dades (quimiometria). Hi ha dos tipus principals d'anàlisi química: Anàlisi qualitativa, que pretén establir la presència o absència d'un determinat element o compost químic en la mostra per sobre d'un determinat nivell. Anàlisi quantitativa, que pretén mesurar la quantitat o proporció exacta d'un determinat element o compost químic en la mostra. Aquest és el tipus d'anàlisi més freqüent en la química analítica moderna.
D'una forma més planera, es pot dir que la Química Analítica és l'art i la ciència de determinar què és la matèria i quanta n'hi ha. En química analítica cal posar una cura especial en la recollida i tractament de les mostres, i utilitzar les eines estadístiques adequades per tal de poder obtenir la màxima precisió i exactitud de les mesures.
Les tècniques físico-químiques utilitzades són molt variades. Les més habituals avui en dia es basen en l'espectroscòpia. També existeixen tècniques clàssiques com la gravimetria i la volumetria, tècniques basades en mesures elèctriques ja sigui de potencial (potenciometria), el corrent (amperometria) o la relació entre ambdues (voltamperometria).
Conceptes usats en química analítica Anàlit: l'anàlit és la substància (element o compost químic) de la qual s'està determinant la presència o concentració. Matriu: la matriu és el conjunt de components que formen la nostra mostra a més d'aquell o aquells que estem determinant. Alíquota: una alíquota és una petita fracció de la mostra que s'agafa en tal de realitzar una anàlisi.
Anàlisi química L'anàlisi química és el conjunt de tècniques de treball emprades per a separar i identificar els anàlits presents en una mostra i per a determinar-ne la seva quantitat relativa, és a dir, són diferents tècniques que permeten determinar la composició i l'estructura de la matèria.
Una anàlisi efectiva d'una mostra sol basar-se en una reacció química d'un component específic, que produeix una qualitat fàcilment identificable, com ara un canvi de color, la producció de calor o la precipitació d'un compost insoluble. Les anàlisis gravimètrques basades en el mesurament de la massa de precipitats del component, i les anàlisis volumètriques, que depenen del mesurament de volums de dissolucions que reaccionen amb el component, es coneixen com a 'mètodes per via humida', i resulten més laboriosos i menys versàtils que els mètodes més moderns. Els mètodes instrumentals d'anàlisi basats en instruments electrònics van cobrar gran importància en la dècada de 1950, i actualment la majoria de les tècniques analítiques es basen en la utilització d'aquests equips.
La determinació de la composició química d'una substància és fonamental en el comerç, en les legislacions i en molts camps de la ciència. Per això, l'anàlisi química es diversifica en nombroses formes especialitzades. Té àmplies aplicacions en els camps de la medicina forense, la medicina, la ciència i l'enginyeria.
Anàlisi química qualitativa
miniatura|Determinació de l'existència de Brom i Iode, a partir del color resultant després d'afegir hexà Les substàncies inorgàniques són unes 30.000 i estan compostes per la quasi totalitat dels elements químics.
El reconeixement d'una substància es basa en algunes de les seues propietats químiques, consistents en la formació d'altres noves substàncies fàcilment recognoscibles que, en general, són de naturalesa insoluble o gasosa i posseeixen un color i una olor característica. Tanmateix, no és possible pensar que cada substància, de les desenes de mils existents, puga reconèixer-se mitjançant una reacció diferencial característica d'ella, i encara que els compostos minerals es troben o passen en dissolució en forma iònica i el nombre d'espècies iòniques és enormement més xicotet, ni tan sols per a aquests, ni tampoc per als ions més corrents que normalment pot estar presents en una dissolució, es tenen assajos específics de reconeixement, sense que interferisca la possible presència dels altres. Així, per exemple, si existira un únic clorur insoluble blanc o un únic cromat insoluble groc, es comprendria que en agregar a la dissolució objecte de l'assaig, un clorur o un cromat soluble, la formació d'un precipitat blanc en el primer cas i groc en el segon seria prova concloent de l'existència en la dissolució investigada del catió en qüestió; però en ser diversos els clorurs insolubles blancs i diversos els cromats insolubles grocs, la formació o no d'un precipitat serà tan sols la prova que en la dissolució objecte de l'anàlisi existeixen o no hi ha els ions metàl·lics corresponents al grup d'aquests compostos insolubles. Si un només assaig no pot resoldre respecte a la possible presència d'un ió determinat, ens permet en canvi decidir sobre l'existència en la dissolució investigada d'un grup particular d'ions i quasi sempre en un nombre molt reduït. Per aquest motiu, és necessari establir un mètode sistemàtic de reconeixement dels ions que poden existir en dissolució, després d'haver portat el producte que es desitja analitzar a l'estat de dissolució.
Tots els mètodes de l'anàlisi qualitativa es basen en la formació de compostos insolubles mitjançant diversos reactius, agregats successivament a la dissolució, després de separar per filtració el precipitat format en cada cas. Cada precipitat, que conté un grup reduït d'ions, es dissol després, totalment o parcialment en els reactius apropiats; s'agreguen nous reactius per a formar precipitats amb un nombre cada vegada menor d'ions fins a arribar a un únic compost insoluble que caracteritza un particular ió. La formació de compostos insolubles i la redissolució de precipitats (per formació d'un compost molecular o iònic, poc ionitzat) constitueixen els processos químics analítics. L'aplicació sistemàtica del principi del producte de solubilitat constitueix la base teòrica de tota química analítica qualitativa.
Com els mètodes de reconeixement sistemàtic de cations són relativament més senzills que els d'anions, s'assaja primer la presència de cations i després la d'anions. Tanmateix, la possible presència o absència de molts anions pot ja decidir-se de la de cations existents en la dissolució. Així, per exemple, si en la dissolució hi ha l'ió bari o l'ió plom, no hi ha dubte que no pot estar present l'ió sulfat, l'ió carbonat, ni tots els altres anions que formen sals bàriques o sals de plom insolubles.
Reconeixement de cations Hi ha diversos mètodes de reconeixement de cations, que es diferencien en algun dels reactius agregats a la dissolució per a la precipitació successiva dels grups de compostos insolubles corresponents. La majoria d'ells utilitzen el gas sulfhídric per a la precipitació d'un cert nombre de cations com a sulfurs insolubles. L'assaig sistemàtic de cations es coneix correntment com a marxa analítica de cations. La més senzilla i utilitzada ve esquematitzada a continuació, indicant-se en ella tan sols els metalls més corrents. Comprèn tradicionalment 5 grups, si bé el tercer està dividit en dos subgrups:
Grup 1: Reactiu HCl. Precipiten els clorurs de: Ag+, Pb2+ i Hg₂2+. Grup 2: Reactiu SH₂. Precipiten els sulfurs de: As3+, As5+, Sb5+, Sb3+, Sn2+, Sn4+, Hg2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+ i Bi3+. Grup 3: Subgrup a: Reactiu NH₃ + NH₄Cl. Precipiten els hidròxids de Fe3+, Al3+ i Cr3+. Subgrup b: Reactiu (NH₄)₂S + NH₄Cl. Precipiten els sulfurs de Mn2+, Zn2+, Co2+ i Ni2+. Grup 4: Reactiu (NH₄)₂CO₃ + NH₃ + NH₄Cl. Precipiten els carbonats de: Ca2+, Sr2+ i Ba2+. Grup 5: Reactius distints per al: Mg2+, K+, Na+ i Li+.
El desenvolupament de la marxa analítica és la següent:
Grup 1: la dissolució original, que pot contenir tots els cations, alguns d'ells possiblement en forma d'anió (CrO₄-, MnO₄-, etc.), es tracta en calent amb àcid clorhídric en excés, es deixa refredar i es filtra. El líquid filtrat (líquid I) passa a la investigació del grup 2. El precipitat blanc que ha pogut formar-se pot consistir dels clorurs d'argent, plom i mercurós, tots o algun d'ells. Una part es tracta amb aigua bullent i es filtra en calent. El clorur de plom, relativament soluble, es dissol i en el filtrat pot reconèixer-se aquest catió mitjançant un iodur o un cromat soluble, que formen iodur o cromat de plom, grocs, molt més insolubles. El residu insoluble en aigua calenta es tracta amb amoníac diluït; si s'ennegreix és que existia en ell clorur mercurós i es forma mercuri metàl·lic finament dividit. El líquid amoniacal, filtrat, podrà contenir l'argent en forma d'ió complex, [Ag(NH₃)]2+, si en acidificar novament amb àcid clorhídric es forma un precipitat blanc coagulós, és que existia efectivament ió argent.
Grup 2: es calfa el líquid I i es fa passar a través d'ell, durant uns minuts, un corrent de sulfur d'hidrogen. S'obté un precipitat, generalment negre, dels sulfurs d'arsènic, antimoni, estany, mercúric, plom (pel fet que el clorur de plom és relativament soluble), coure, cadmi i bismut. Aquests sulfurs, que precipiten en medi àcid, en el qual la concentració d'ions S2- procedents del sulfur d'hidrogen és enormement baixa, tenen un producte de solubilitat molt petit. El precipitat se separa per filtració i el filtrat (líquid 2) passa a la investigació del grup 3. El precipitat de sulfurs es tracta amb polisulfur amònic, (NH₄)₂Sn; els sulfurs d'arsènic, antimoni i estany, i en molt xicoteta extensió els de mercuri i coure, es dissolen per formar ions complexos i es filtren per a separar les tiosals solubles dels sulfurs que romanen insolubles (de mercuri, plom, coure, cadmi i bismut). La separació de cada un dels metalls en el líquid i en el filtrat, per a la seua particular identificació, escapa de l'abast d'aquesta obra.
Grup 3: el líquid 2 es bull per a eliminar el H₂S dissolt, s'afig un poc d'àcid nítric o de peròxid d'hidrogen per a oxidar el ferro que pot existir de l'estat ferrós al fèrric, s'agrega clorur amònic i s'afig en calent amoníac diluït; precipiten els hidròxids de ferro (fèrric), alumini i crom, que no són solubles en amoníac. La presència del clorur amònic fa tan xicoteta la concentració dels ions OH-, per efecte de l'ió comú, que els hidròxids dels altres metalls del grup, encara que relativament insolubles, no poden precipitar. El de ferro és terrós, el d'alumini blanc i el de crom verdós, per la qual cosa el color del precipitat pot servir d'orientació respecte als cations presents, i en separar-lo per filtració, pot investigar-se adequadament per al reconeixement de cada un dels ions metàl·lics que poden trobar-se en el mateix. El filtrat obtingut en separar el precipitat dels hidròxids, es bull i s'agrega sulfur amònic acabat d'obtenir. S'obté un precipitat dels sulfurs de manganès, zinc, cobalt i níquel, que se separa per filtració; el filtrat (líquid 3) passa a la investigació del grup 4. El precipitat, el color del qual permet orientar-se respecte als sulfurs presents (els de cobalt i níquel són negres; el de manganès, rosat; el de zinc, blanc), s'investiga adequadament per al reconeixement particular de cada un dels cations que poden existir. En tractar-lo amb àcid clorhídric diluït es dissolen els sulfurs de manganès i zinc i queden insolubles els de cobalt i níquel, que només es dissolen en àcid nítric concentrat o millor en aigua règia.