Las bases de la potenciometría

El pH es una medición de acidez de una solución y se define convencionalmente como el logaritmo negativo de la actividad del ión Hidrógeno: pH = -Log10 aH+, donde aH+ es la concentración del ión hidrógeno.

Fundamento de la potenciometría

Esta prueba se basa en la determinación de la actividad de iones hidrógeno, empleando un instrumento potenciométrico, con sensibilidad para reproducir pH de 0.05 o 0.005 unidades usando un electrodo indicador al ión hidrógeno como un electrodo de vidrio y un electrodo de referencia apropiado, detectando el aparato el potencial en milivolts (mV) y en unidades de pH

Para las pruebas de pH se utiliza ampliamente el electrodo de vidrio porque da una respuesta inmediata a los cambios de rápidos de la actividad  del ión hidrógeno aun en soluciones poco reguladas, mediante el desarrollo de un potencial eléctrico en la interface vidrio/ liquido. A temperatura constante, este  potencial varía linealmente con el pH de la solución que está siendo medida, además de que este electrodo no lo perturban los agentes de oxidación o de reducción.

El cambio de potencial por unidad de pH es conocida como la pendiente del electrodo (la pendiente de un electrodo al 100 % de eficiencia varia en el orden de 59.16 mV por unidad de pH a una temperatura de 25 ºC. De acuerdo con la respuesta Nernst teórica). Este valor se incrementa con la temperatura. Una pendiente teórica se conoce como la pendiente de Nernst, y es idéntica a la desarrollada por el electrodo de Hidrógeno. Los valores de la pendiente de los electrodos de pH se aproximan muy cercanamente a los valores teóricos.

El potenciómetro es un medidor de milivolts D.C. con una impedancia alta para medir el potencial eléctrico de los electrodos en una solución. Mediante un sistema electrónico de balanceo en cero, el incremento es capaz de expresar el potencial medido directamente en milivoltios o, por conversión, en unidades de pH, la red de circuitos del instrumento consiste primordialmente de un paso de entrada dual–FET electrométrica, un amplificador operacional con realimentación, vías de conversión milivoltios a pH, un indicador de lectura digital o analógica, y una fuente de abastecimiento de corriente regulada.

Los elementos fundamentales del circuito de un potenciómetro sencillo se presenta en la figura siguiente, se conecta una célula de trabajo (Et) (que puede ser una pila seca o de batería de potencial mayor que el que se desea medir), a una celda que se desea medir (Ex), se conecta la misma resistencia con una polaridad en oposición a la Et, mediante un contacto fijo(A) y un contacto corredizo (C). El Galvanómetro (G) en serie nos mide el paso de corriente y el voltímetro (V), en paralelo a la célula problema, de las lecturas aproximadas del voltaje. Para calibrar el instrumento se conecta el conmutador a la celda patrón (Ep) cuyo potencial se conoce con exactitud y se mueve el contacto (C) hasta coincidir con (B). Se cierra ahora el circuito en (K) y se observa una desviación en el galvanómetro. Se ajusta a continuación la resistencia (R) hasta que no se aprecie paso de corriente en el galvanómetro (punto cero). En estas condiciones la caída de potencial entre (A) y (B) es la misma que el voltaje de la celda patrón. Se retira  luego (ES) y se conecta la celda que se desea medir (problema), (Ex), moviéndose a continuación el contacto (C) hasta que el galvanómetro no registre paso de corriente. En este momento la caída de potencial entre (A) y (C) es igual al potencial de la celda problema y representa la fracción AC/AB conocida del voltaje de la celda patrón (Ep) utilizada para la calibración. Generalmente la resistencia (AB) esta enrollada en forma circular, y tiene acoplada una escala en voltios y milivoltios, de tal forma que cualquier porción de contacto (C) puede leerse directamente en la celda. Se calibra el instrumento colocando la celda de tal forma que indique  el voltaje exacto de la celda patrón (Ep) y ajustado (R) hasta corriente cero.  Cualquier voltaje desconocido (Ex), puede leerse  en la escala de voltios o milivoltios.

Para medir el pH puede graduarse directamente la escala, teniendo en cuenta que un cambio de la unidad de pH corresponde a un cambio de 0.059 V (a 25 ºC) en la F.E.M. de la celda. El instrumento se calibra utilizando una solución reguladora de pH conocido en la celda (Ex) y ajustando la resistencia (R) hasta corriente cero. La solución a medir se coloca en la celda, moviendo luego el contacto  (C) hasta que no pase corriente por el galvanómetro, el pH se lee directamente en la escala graduada. Cuando se utiliza un electrodo de vidrio para medir el pH se sustituye el galvanómetro por un amplificador de vacío.

Para su funcionamiento óptimo, el instrumento debe mantenerse continuamente con corriente y en método de reserva cuando no se utilice, siguiendo este procedimiento no abra que esperar  a que el instrumento caliente cada vez que se use. Por añadidura se evitan en el instrumento las fluctuaciones grandes de señal y, al mismo tiempo, se reserva la vida de la presentación analógica o digital.

Para asegurar el funcionamiento adecuado tanto del electrodo como de las partes eléctricas del potenciómetro es necesario realizar calibraciones.

Proveedores de servicios de calibración de equipos de potenciometría

A continuación le presentamos a Instrumentos Científicos y de Laboratorio (ICLAB), proveedor de servicios de calibración de equipos:

Instrumentos Científicos y de Laboratorio S. A. de C. V., (ICLAB), es una empresa con la misión de proporcionar servicios de calibración y calificación de la más alta calidad a equipos e instrumentos, cumpliendo con los requerimientos de normas y recomendaciones nacionales e internacionales.

El personal de ICLAB está ampliamente capacitado para dar un servicio y asesoría a la mayoría de los instrumentos existentes en el mercado.

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APLICACIONES DEL ÁCIDO FOSFÓRICO

El ácido fosfórico, H3PO4, es un ácido que constituye la fuente de compuestos de gran importancia industrial llamados fosfatos.

A temperatura ambiente, el ácido fosfórico es una sustancia cristalina con una densidad relativa de 1.83. Tiene un punto de fusión de 42.35 °C. Normalmente, el ácido fosfórico se almacena y distribuye en disolución. Se obtiene mediante el tratamiento de rocas de fosfato de calcio con ácido sulfúrico, filtrando posteriormente el líquido resultante para extraer el sulfato de calcio. Otro modo de obtención consiste en quemar vapores de fósforo y tratar el óxido resultante con vapor de agua. El ácido es muy útil en el laboratorio debido a su resistencia a la oxidación, a la reducción y a la evaporación. Entre otras aplicaciones, el ácido fosfórico se emplea como ingrediente de bebidas no alcohólicas, como pegamento de prótesis dentales, como catalizador, en metales inoxidables y para fosfatos que se utilizan, como ablandadores de agua, fertilizantes y detergentes.

¿Qué son los Fosfatos?

Los fosfatos son productos formados por la sustitución de parte o todo el hidrógeno del ácido fosfórico por metales. Según el número de átomos de hidrógeno sustituidos, el compuesto obtenido se define como fosfato primario, secundario o terciario. Así, NaH2PO4, con un átomo de hidrógeno sustituido, se denomina fosfato primario de sodio (también dihidrogenofosfato de sodio), y Na3PO4, con tres átomos de hidrógeno sustituidos, fosfato terciario de sodio. También conocido como fosfato de sodio, el fosfato terciario de sodio se usa como detergente y ablandador del agua. Los fosfatos primarios y secundarios contienen hidrógeno y son sales ácidas. Los fosfatos secundarios y terciarios son insolubles en agua, a excepción de los de sodio, potasio y amonio; los primarios son más solubles.

Los fosfatos son importantes para el metabolismo de animales y plantas. Los huesos contienen fosfato de calcio, Ca3(PO4)2, y el primer paso en la oxidación de la glucosa en el cuerpo es la formación de un éster de fosfato. Para aportar fosfatos al ganado, se usa el hidrogenofosfato de calcio hidratado, CaHPO4 · 2H2O, como suplemento alimenticio. El fosfato primario de calcio, Ca(H2PO4)2, se emplea como ingrediente en fertilizantes para plantas.

En tiempos recientes se ha incrementado la preocupación por los efectos medioambientales perjudiciales de los fosfatos contenidos en los detergentes domésticos. Los detergentes que contienen fosfatos contribuyen a la contaminación del agua, ya que son un medio nutriente para las algas. Si crecieran en exceso, dificultarían la vida acuática de lagos y ríos por la falta del oxígeno.

Aplicaciones del Acido Fosfórico grado técnico

Este ácido fosfórico tiene un aspecto líquido transparente y se provee comercialmente en concentraciones del 75%, 80% y 85%

Sus principales aplicaciones son:

Tratamiento de metales: Fosfatado de metales y abrillantado de aluminio.

Detergencia: Limpiadores de tipo ácido.

Tratamiento de aguas: Aporte de fósforo en aguas residuales industriales (plantas biológicas).

Química: Obtención de fosfatos metálicos.

Aplicaciones de Acido fosfórico purificado

El ácido fosfórico purificado tiene un aspecto Líquido transparente, ligeramente amarillento y se maneja comúnmente en concentraciones de 54% P2O5 (75% H3PO4)

Sus principales aplicaciones son:

Abonos: Complejos líquidos y en suspensión. Fertirrigación y abonos foliares.

Química: Regulador del pH. Fabricación de fosfatos.

Otras aplicaciones del ácido fosfórico

El ácido fosfórico se utiliza en la preparación de abonos y en el riego por goteo. Es además el punto de partida para la obtención de fosfato monoamónico, usado en fertirrigación y en abonos foliares.

El fosfato bi-cálcico y el monocálcico son productos empleado principalmente en la preparación de piensos compuestos por su alto contenido en fósforo digestible y calcio.

El ácido fosfórico es usado como regulador de pH en diferentes industrias, como levaduras, cervezas, aceites y bebidas refrescantes.

El ácido fosfórico técnico interviene en los tratamientos de fosfatado de metales, siendo la industria automovilística su primer consumidor, y asimismo se emplea en los baños para el abrillantado del aluminio.

El ácido fosfórico se utiliza para el blanqueo del caolín, mediante la reducción y posterior eliminación de los iones férricos presentes en el mineral.

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Usos y aplicaciones del silicato de sodio líquido y sólido

Los silicatos de sodio tienen muchas propiedades útiles que no comparten otras sales alcalinas. Esto, junto con el hecho de que tienen bajo costo, da como resultado un amplio campo de uso en diferentes industrias.

Son utilizados en la industria como adhesivos, detergentes, ingredientes en compuestos de limpieza, cementos, ligantes (binders), capas protectoras y peculiares, ayuda coagulante, anticorrosivos, bases de catalizadores, defloculadores, insumos químicos, zeolitas, etc. Las diferentes propiedades y características funcionales de los silicatos solubles pueden ser utilizadas para resolver eficiente y económicamente muchos problemas que surgen en procesos industriales y químicos.

Las investigaciones de PQ Corporation, base tecnológica de SIDESA han ampliado el conocimiento de las propiedades del producto y su utilización hasta incluir un amplio rango de aplicaciones.

Silicatos y Derivados S. A. de C. V. (SIDESA), es especialista en la elaboración de silicatos de sodio y de potasio, metasilicatos de sodio, productos de lavandería y algunos otros derivados del desarrollo de la química de los silicatos que poseen una amplia gama de aplicaciones, entre las que destacan:

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en detergentes

Las soluciones de silicato de sodio de SIDESA han sido utilizadas como un ingrediente en la fabricación de detergentes en polvo vía torre de secado, por muchos años. Las soluciones de silicato son fácilmente agregadas a la pasta detergente y ayudan a controlar la viscosidad para la producción de un polvo detergente de la densidad deseada. El silicato de sodio actúa también como ligante para dar el grado adecuado de “dureza” a la partícula esférica del detergente, sin perjudicar la solubilidad del polvo en agua.

En las formulaciones de detergente el silicato de sodio tiene un número de propiedades vigorizantes que intensifican la actuación del sistema detergente. Estas propiedades son:

En la formulación de detergente de silicatos tienen la habilidad de ayudar en los efectos sobre la superficie de las telas humectándolas en conjunto con los elementos orgánicos, ayudando a mantener las pequeñas suciedades o partículas grasosas en suspensión en el líquido de lavado, o ayudando a remover las manchas de las superficies. La alcalinidad de los silicatos de sodio los capacita para neutralizar las manchas ácidas y promover la emulsificación de grasas y aceites mientras dispersa o solubiliza proteínas. Los silicatos tienen una alta capacidad de amortiguamiento en relación a otras sales alcalinas que estabiliza el pH al nivel deseado en presencia de compuestos ácidos o en dilución.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en adhesivos

Los silicatos más siliceos (relación 2.8 - 3.2) son muy útiles como adhesivos o ligantes, debido a un contenido más alto de sílice polimérica. Estos materiales pegan por la remoción de pequeñas cantidades de agua, los cuales los convierten de un líquido a un sólido. Las ventajas de los adhesivos de silicato de sodio incluyen un buen extendimiento y contacto, un buen pegado, un índice de ajuste controlable en rangos amplios y la formación de una capa rígida, fuerte, permanente de un sellado que es resistente a jalones, bichos (plagas), calor y moderadamente resistente al agua. Los silicatos para adhesivos son generalmente embarcados y listos para su uso, pero para aplicaciones especiales pueden ser modificados por ciertos aditivos tales como arcilla, caseína y otros materiales inorgánicos. Se utilizan para papel, madera, metal, hojas metálicas y otros materiales, excepto plásticos.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en cementos/ligantes

Cuando los silicatos son combinados con ingredientes de cemento, reaccionan químicamente para formar masas con fuertes propiedades ligantes. Una gran variedad de cementos se hacen con silicatos, tanto en polvo como en solución. Los silicatos son ingredientes importantes en las especialidades refractarias autofraguantes  y morteros químicamente resistentes. Las ventajas de los silicatos solubles como ligantes son:

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en películas y recubrimientos

Las películas secas de silicatos no se afectan por aceites, sebo y grasas minerales, o de otras clases. Cuando se aplican en producto de papel o madera son resistentes al fuego y plagas y a prueba de grasas. Se puede incrementar la resistencia al agua agregando óxidos de metal pesado, agentes insolubles de carbonato, polímeros inorgánicos o selladores minerales como la mica. Los silicatos forman capas protectoras en los metales para controlar la corrosión en las líneas de agua.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en el tratamiento de agua

Cuando se utilizan los silicatos con alumbre, sales férricas u otros coagulantes en el tratamiento de agua cruda se incrementa la velocidad de formación de floculo, su tamaño, densidad y resistencia. El añadir silicato de sodio, puede ser un método sencillo y económico de controlar el hierro y/o manganeso excesivo, contenido en muchos sistemas de abastecimiento de agua. Muchos abastecimientos de agua natural, con presencia de hierro y/o manganeso, que fallan cediendo a los procedimientos regulares para removerlos, pueden desarrollar el silicato durante este tratamiento.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en la fundición

El silicato de sodio es un ligante bien conocido para arenas de vaciado. Es compatible con el almidón y la dextrina utilizados en la preparación de materiales de fundición. Los silicatos SIDESA reemplazan exitosamente los aceites vegetales y resinas más costosos utilizados para formar ciertos tipos de moldes. Los compuestos de moldes. Los compuestos de moldes basados en silicatos dan una capa dura a temperaturas moderadas, porosidad apropiada para la liberación de gases calientes y buena colapsibilidad. Para métodos de producción rápida, la aplicación de silicatos de sodio en combinación con reacciones ácidas de gas se emplean en el proceso común de bióxido de carbono (CO2). También se pueden lograr moldes de fundición de autoendurecimiento con un ligante hecho de la mezcla de cemento portland o ésteres orgánicos con silicato de sodio.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en beneficio mineral

Los silicatos solubles son utilizados en numerosos procesos para la concentración de minerales. El uso principal del silicato de sodio en la flotación mineral, es como depresor y dispersor de minerales silíceos que no se desean. En general sólo se necesitan pequeñas cantidades de silicato, similares a las concentraciones utilizadas en las operaciones de limpieza. Algunas veces la habilidad del silicato, para reaccionar o precipitar iones de metal pesado para formar una capa de iones de sodio en una superficie particular, es importante para preparar esa superficie o bien para una separación selectiva. El silicato de sodio también ayuda a prevenir la corrosión, reduciendo así el desgaste en los equipos de molienda.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en textiles

Los silicatos de sodio tienen muchas aplicaciones en los talleres textiles. En las operaciones de blanqueado, la característica estabilizadora de silicato reduce el índice de descomposición del agente blanqueador. Este control previene el daño que ocurría en la fibra si se permite un cambio  de pH. Los silicatos de sodio son aplicados en los pretratamientos de tela e hilo para remover cera, grasa y motas de algodón. La elección apropiada de la relación de silicato y sólidos produce una mejor limpieza y evita que se redeposite la suciedad.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en la aglomeración

Las características adhesivas naturales del silicato, junto con su habilidad de proporcionar una fijación rápida y un fuerte secado, así como la de suministrar una capa resistente al agua a bajo costo, han resultado en su utilización en las aplicaciones de pelletizado, briqueteado y sintetizado de minerales. Sirve también como ayuda en el proceso de nodulación y estiramiento. Para la aglomeración de materiales que son extraídos, procesados o recuperados en formas muy pequeñas, elimina el polvo y mejora la transferencia de calor en las operaciones de secado, calcinación y fundición. La eliminación de estos polvos puede reducir o eliminar la contaminación de aire y agua, así como las capas o anillos internos en un horno de secado y mejora las características de almacenaje y transportación. El pelletizado es un proceso en el cual el material pequeño se forma en bolas húmedas. El silicato combinado con las partículas finas ayuda a la formación del pellet e incrementa la fuerza de los gránulos formados en las etapas de secado y cocción. En los procesos de estiramiento, compresión y aglomerado, el silicato actúa como lubricante y/o ligante, de manera que se mejoran las características de fluidez y propiedades físicas del producto.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio como diluyentes agregados

Cuando se utiliza en la pasta de los cementos la solución de silicato de sodio deflocula el mineral de arcilla y los componentes de cal de pasta. Esto se logra mediante la combinación de efectos, que incluyen: absorción de la superficie del agregado; donación de iones de sodio (Na+); y precipitación de iones de calcio (Ca++) en la pasta. El efecto real de este proceso de defloculación es una reducción de la cantidad de agua necesitada para mantener la pasta en un rango de viscosidad bombeable. Se prefiere el silicato de sodio como defloculador en la preparación de soluciones estables de arcilla fusible para el vaciado en los poros de los moldes de yeso. En la arcilla fusible, la cual es fácilmente bombeable, la sílice actúa como un estabilizador para cualquier álcali presente. Ya que se necesita menos agua, la arcilla fusible es más densa y por lo tanto la pieza resultante más fuerte. Se necesita menos tiempo de cocción en el molde y hay un menor encogimiento conforme se secan las piezas moldeadas. En el proceso de arcilla cruda, la acción depresora del silicato es utilizada para separar impurezas como cuarzo, feldespato, mica, óxido de hierro, etc.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en la inyección química

Para la inyección química o solidificación del subsuelo, puede ser utilizado el silicato de sodio en las siguientes situaciones: (1) donde las formaciones del subsuelo tienen fuerza insuficiente para soportar la carga requerida, tales como bajo las paredes o cimientos, (2) donde los poros del subsuelo, permeables al agua, permiten la inundación de minas, pozos y túneles (3) para prevenir la pérdida del agua en presas, (4) para sellar poros en los trabajos de concreto o ladrillo como se pueden encontrar en desagües o construcciones subterráneas. En el “Proceso de Joosten” se inyectan por separado silicato de sodio  y cloruro de calcio en el subsuelo. Se combinan para formar un gel insoluble que fragua y sella los poros y suelos con baja resistencia.

Usos y aplicaciones del silicato de sodio en el tratamiento del concreto

El silicato de sodio ofrece dos aplicaciones diferentes para aumentar la durabilidad del concreto. Se puede aplicar una solución de silicato de sodio como agente curante a la superficie de la capa fresca de concreto después de que el área ha sido cubierta y mantenida húmeda durante 24 horas. La aplicación de silicato cierra los poros de la superficie sellándolos mientras están húmedos. Para tratar el concreto, después de que está completamente seco o endurecido, se aplica el silicato hasta penetrar el concreto. La cal y otros ingredientes en el concreto fresco reaccionan  lentamente  con la solución penetrante de silicato, formando un gel insoluble en los poros del concreto. Se incrementa la resistencia al uso, agua, grasa o ácido.

Proveedores de silicato de sodio

Además de los silicatos de sodio líquidos, SIDESA tiene una amplia variedad de especialidades para satisfacer las necesidades de todos los usuarios que incluyen metasilicatos de sodio pentahidratado y anhidro, silicatos en polvo G y GD, hidro y cero geles, zeolitas, etc.

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