Análisis gravimétrico: concepto, material y operaciones. Manejo y calibración de balanzas analíticas. Clases de determinaciones gravimétricas

El análisis gravimétrico es, junto con el volumétrico, uno de los métodos clásicos de análisis. Se basa en medidas de masa, por lo que su instrumento central es la balanza analítica, cuyo correcto uso y calibración condicionan la calidad del resultado.

1. Concepto de análisis gravimétrico

El análisis gravimétrico se basa en las medidas de masa y requiere fundamentalmente dos medidas experimentales:

• el peso o volumen de la muestra a analizar;

• el peso de un sólido seco, que es el propio analito o una sustancia de composición química conocida que contiene el analito.

1.1. Conceptos de la gravimetría por precipitación

• Solubilidad (S): máxima cantidad de soluto disuelto permitida por litro de disolución. Todas las sustancias son, en mayor o menor grado, solubles en agua.

• Producto de solubilidad (Kps): constante del equilibrio de solubilidad; para un compuesto AB, Kps = [A][B] = S².

Propiedades ideales del precipitado y del reactivo precipitante:

1. Reacción específica (o selectiva en condiciones adecuadas) entre agente precipitante y analito, con Kps baja.

2. Precipitado fácilmente filtrable (tamaño de partícula adecuado) y lavable.

3. Solubilidad baja, para que las pérdidas de analito en filtración y lavado sean despreciables.

4. Estable frente a los agentes atmosféricos (humedad, O₂, CO₂).

5. Composición estequiométrica perfectamente conocida tras secar o calcinar.

1.2. Tamaño de partícula y sobresaturación relativa

El tamaño de partícula depende de la sobresaturación relativa: SR = (Q − S)/S, donde Q es la concentración de soluto en un instante dado y S su solubilidad en el equilibrio. Una SR grande produce precipitados coloidales; una SR pequeña, cristalinos. Para aumentar el tamaño de partícula hay que minimizar SR: aumentar S (precipitar en caliente, controlar el pH) y disminuir Q (reactivos diluidos, agitación y adición lenta del precipitante).

Los precipitados se forman por nucleación (agrupación de una cantidad mínima de iones, átomos o moléculas que forma un núcleo sólido estable) y crecimiento cristalino (crecimiento tridimensional del núcleo). Si predomina la nucleación se obtienen muchas partículas pequeñas; si predomina el crecimiento, menos partículas y de mayor tamaño. Valores pequeños de SR favorecen el crecimiento (cristales) y valores elevados, la nucleación (coloides).

1.3. Contaminación del precipitado

• Coprecipitación: sustancias normalmente solubles son «arrastradas» por el precipitado. Tipos: adsorción superficial y formación de cristales mixtos (procesos de equilibrio); oclusión (ion extraño atrapado dentro de un cristal en crecimiento) y atrapamiento mecánico (atrapado entre dos cristales), que no son procesos de equilibrio.

• Reprecipitación (doble precipitación): el sólido filtrado se redisuelve y se vuelve a precipitar, reduciendo las impurezas adsorbidas.

• Precipitación homogénea: el agente precipitante se genera lentamente en el seno de la disolución mediante una reacción química, lo que da precipitados de buen tamaño de partícula y poco contaminados.

1.4. Cálculos y características analíticas

El peso del precipitado es Pg = peso del crisol lleno − peso del crisol vacío. El factor gravimétrico es Fg = peso fórmula del analito / peso molecular de la forma de pesada; los gramos de analito son Pg × Fg y el % de analito = (g de analito / g de muestra) × 100.

2. Material

• Balanza analítica y material volumétrico.

• Crisoles: de placa filtrante (solo secado) o convencionales de porcelana o metálicos (si hay que calcinar).

• Medios de filtrado: papel gravimétrico o sin cenizas y crisoles de vidrio o porcelana filtrante. La filtración puede ser por gravedad (embudo cónico con papel sin cenizas, empleada cuando hay que calcinar el sólido) o por succión a vacío (crisol de filtración Gooch o embudo de placa filtrante, con kitasato y trampa).

• Estufa, mechero de buen tiro y horno de mufla.

• Estufa de desecación (con rango hasta 250 °C o 300 °C, sujeta a revisión periódica y calibración con termómetro patrón) y recipiente desecador anejo para dejar enfriar y conservar muestras y compuestos.

3. Operaciones de una gravimetría por precipitación

1. Pesar o medir exactamente la muestra.

2. Tratar la muestra (disolver, transformar…).

3. Formar el precipitado («forma de precipitación»): disoluciones diluidas, formación lenta con agitación, calentamiento, evitando la coprecipitación.

4. Digestión y envejecimiento: calentar la disolución largo tiempo tras la precipitación (elimina agua enlazada) y mantener el precipitado en sus aguas madres (aumenta el tamaño de partícula).

5. Filtración: separar el precipitado de sus aguas madres.

6. Lavado: el líquido de lavado no debe reaccionar con el precipitado, debe poder eliminarse por tratamiento térmico, debe contener un electrolito inerte y no debe contener ningún ion común con el precipitado (no se suele recomendar agua).

7. Tratamiento térmico hasta masa constante:

• Secado a 80-120 °C en estufa, cuando la forma de precipitación es estable y de composición definida (forma de precipitación = forma de pesada).

• Calcinación a temperaturas mayores en horno de mufla, cuando así se obtiene un compuesto estable y de composición definida (forma de precipitación ≠ forma de pesada).

8. Pesada en balanza de precisión una vez enfriado el precipitado.

9. Cálculos gravimétricos.

Como ejemplo de criterio de peso constante, el procedimiento del Consejo de Seguridad Nuclear para el residuo seco de aguas lo da por alcanzado cuando la diferencia entre las masas de dos ciclos de pesada sucesivos es igual o inferior a 0,5 mg.

4. Manejo de la balanza analítica

La balanza analítica es el instrumento gravimétrico fundamental del laboratorio químico: se utiliza para pesar la muestra y los reactivos con que se preparan las disoluciones patrón. Como orientación para un laboratorio de control, debe tener una capacidad de 150 o 200 g y una exactitud mínima de ± 0,001 g, siendo lo ideal ± 0,0001 g; se complementa con un granatario (en torno a 1000 g y ± 0,1 g). El laboratorio debe disponer de un plan de verificación y calibración de las balanzas, un juego de pesas de referencia, una mesa antivibratoria y, aconsejablemente, acondicionamiento climático de temperatura y humedad.

Buenas prácticas de uso, según las condiciones que la guía de calibración EURAMET cg-18 (publicada por el CEM) exige para que una pesada sea representativa:

• Emplazamiento adecuado: sin corrientes de aire ni vibraciones y estable. El traslado de la balanza puede alterar su comportamiento (diferencias de aceleración local de la gravedad, condiciones ambientales, efectos del transporte).

• Calentamiento previo: la balanza debe estar alimentada el tiempo de calentamiento establecido.

• Nivelación del instrumento, si aplica.

• Puesta a cero antes de pesar y comprobación de que la indicación vuelve a cero al retirar la carga. La tara permite descontar el recipiente.

• Carga centrada en el plato, para evitar el error de excentricidad.

• Temperatura del objeto: si un objeto o pesa no está a la temperatura del instrumento y del aire, la diferencia genera corrientes de convección que producen un cambio aparente de su masa; por eso se aclimata (y los precipitados se pesan fríos, tras el desecador).

• Empuje del aire: la indicación es proporcional a la fuerza que ejerce el objeto, I = ks · m · g · (1 − ρa/ρ), donde ρa es la densidad del aire y ρ la del objeto. Las pesas patrón se calibran en masa convencional: la masa de una pesa de densidad de referencia 8000 kg/m³ que la equilibra a 20 °C en aire de densidad 1,2 kg/m³.

• En balanzas de alta resolución (resolución relativa mejor que 1 × 10⁻⁵ de la escala completa) lo más adecuado es realizar el ajuste inmediatamente antes de usarla; el ajuste puede hacerse con pesas externas o integradas.

• Al pesar se recomienda usar guantes, para evitar variaciones debidas a la grasa de las manos, colocar el recipiente en el centro del plato y elegir una balanza de capacidad adecuada a la masa que se va a pesar. La masa del contenido se obtiene leyendo tras la tara o por diferencia entre la pesada final y la inicial.

Ajuste y calibración no son lo mismo: el ajuste es la operación que hace que el instrumento dé indicaciones prescritas (a menudo llamado incorrectamente «autocalibración»); la calibración establece la relación entre los valores de los patrones y las indicaciones, con sus incertidumbres. Después de un ajuste el sistema debe calibrarse de nuevo.

5. Calibración de balanzas analíticas

Según la guía EURAMET cg-18, la calibración consiste en aplicar cargas de ensayo en condiciones especificadas, determinar el error de la indicación y evaluar la incertidumbre de medida. Se realiza normalmente en el lugar de uso y, salvo otra petición, en todo el campo de pesaje (de cero al alcance máximo, Max). Se realizan tres ensayos:

Se recomiendan mediciones auxiliares: temperatura del aire, presión atmosférica o altitud (efecto del empuje del aire), aclimatación de las pesas (convección) y, en balanzas de alta resolución, comprobación de interacción magnética. Los resultados se recogen en un certificado de calibración con los errores y su incertidumbre.

6. Clases de determinaciones gravimétricas

• Ejemplos de volatilización: la humedad (directo: el agua se recoge sobre un desecante y se pesa su ganancia; indirecto: pérdida de peso, con posible error si se volatilizan otros componentes) y los carbonatos (el CO₂ liberado en medio ácido se pesa por el aumento de peso de un sólido absorbente, con un desecante previo que retiene el agua).

• Ejemplo de precipitación en aguas: calcio en aguas naturales. Se añade exceso de ácido oxálico a un volumen medido de muestra; en presencia de amoniaco precipita oxalato de calcio, que se calcina y se transforma en óxido de calcio (CaC₂O₄ → CaO + CO + CO₂), que se pesa.

• Reactivos precipitantes inorgánicos: poco selectivos; forman óxidos o sales poco solubles; obligan a diseñar esquemas de separación; los precipitados suelen necesitar calcinación.

• Reactivos precipitantes orgánicos: más selectivos; son agentes quelatantes que forman productos de coordinación sin carga poco solubles, que solo necesitan secarse. Ejemplos: dimetilglioxima (níquel) y 8-hidroxiquinoleína (magnesio).

• Aplicaciones: aniones (sulfato, fosfato, cloruro, silicatos), cationes (calcio, magnesio, hierro, aluminio, potasio), especies neutras (agua, SO₂, CO₂) y sustancias orgánicas; entre ellas, los sulfatos en aguas.

• En el análisis de aguas la gravimetría se aplica a la determinación de sólidos: los sólidos en suspensión se miden por el incremento de peso de un filtro secado (generalmente a 105 °C) y los sólidos disueltos o residuo seco, por el incremento de peso de una cápsula tarada tras evaporar una alícuota (por ejemplo, a 180 °C). El procedimiento del CSN para índices de actividad beta seca el residuo a 180 °C (± 2 °C) hasta peso constante, admitiendo variantes a 105 °C o calcinación a 450 °C.

Fuentes: Universidad de Murcia (OCW), Análisis Químico, temas 2 y 7, «Técnicas gravimétricas» (https://www.um.es/web/innovacion/plataformas/ocw/listado-de-cursos/analisis-quimico-2012-/material-de-clase); Universidad Politécnica de Madrid, J. V. Alonso Felipe, «Prácticas con técnicas instrumentales de análisis físico-químico en laboratorios industriales», 2021 (https://oa.upm.es/42341/); Centro Español de Metrología, Guía EURAMET cg-18 v4.0 para la calibración de instrumentos de pesaje de funcionamiento no automático (https://www.cem.es/sites/default/files/euramet_cg-18_calibracionipfna_0.pdf); CEM, Procedimiento QU-003 para la calibración de pHmetros, apartado de definiciones (https://www.cem.es/sites/default/files/qu-003_digital.pdf); Instituto de Salud Pública de Chile, Guía de directrices para el buen uso de material volumétrico, 2019 (https://www.ispch.cl/sites/default/files/documento/2019/12/GuiaVolumetrico-03122019A.pdf); Universidade da Coruña, SAI, Unidad de Análisis de Aguas (https://www.sai.udc.es/es/unidades/UAA); Consejo de Seguridad Nuclear, Procedimiento 1.5 de vigilancia radiológica ambiental (https://www.csn.es/documents/10182/27786/INT-04-07+Vigilancia+radiol%C3%B3gica+ambiental.+Procedimiento+1.5). Consultadas el 07/10/2026.