1.GENERALITATS.

1.1.CONCEPTE DE MATÈRIA I SUBSTÀNCIA.

De la matèria no podem donar un definició objectiva, podem definir-la com: “qualsevol cosa que nosaltres podem percebre de que hi és”. La matèria està agregada en forma d'àtoms, i aquests en forma de molècules, formant agregats físics o substàncies. Aquestes les podem trobar en tres estats:

*Cristal·lí: Tenen els seus àtoms, ions o molècules ordenats o amb disposició espacial segons una ret o malla cristal·lina.

Caract: Té forma pròpia. Si afegim una pressió és deformable, per tant, es comprensiva, però poc.

*Líquids: Tenen els seus àtoms, ions o molècules no organitzats i estan tocant-se els uns amb els altres.

Caract: No tenen forma pròpia, adopten la del seu contenidor. Són incomprensibles perquè no tenen espai entre els àtoms.

*Gasos: Tenen els àtoms, ions o molècules no ordenats espacialment., però estan separats un dels altres.

Caract: No tenen forma pròpia, ocupen la totalitat del recipient que els conté. Són molt compressives perquè poden disminuir l'espai que hi ha entre les molècules, fins a arribar a tenir-les totes juntes. Si això passa s'anomena liquació d'un gas.

*Plasma: Igual que els gasos però estan a Tª elevada.

Els àtoms, ions o molècules no estan ordenats espacialment, estan separats, y sempre a molt elevada Tª. El vapor, en c.n., és un líquid. no ´s un gas. Ho serà quan augmenti Tª.

1.2.DIFERÈNCIA ENTRE SUBSTÀNCIES PURES Y BARREGES.

1.2.1.SUBSTÀNCIA PURA:

És aquella que té una composició que és homogènia i uniforme.( Ex. ferro, sucre,...)Hi ha diversos paràmetres que la caracteritzen:

1.Densitat: És igual a la massa dividit pel volum. Per avariar la massa es pesa, i per avariar el volum es medeix. Si la peça fos irregular, pel mètode de diferència de volums donaria molt poc exacte, per tant , la solució seria fer una talla regular d'aquesta peça.

Per esbrinar la densitat d'un líquid es faria mitjançant un Picnòmetre. Aquest és un aparell que té un volum constant. Primer es pesa buit i després ple, la diferència de masses dividida pel volum constant serà la densitat.

La densitat dels gasos es busca per l'equació dels gasos: P.V=n.R.T.

2.Punt de fusió: Hi ha diferents instruments per calcular el punt de fusió.

El Thiele és el que nosaltres utilitzarem.

Procediment: ficarem dins del thiele un termòmetre que tindrà lligat un capil·lar, aquest contindrà la substància de la que volem saber el punt de fusió. Al col·locar la flama es provocarà un moviment. Quan es comenci a fusionar, mirarem el termòmetre, i així tindrem el punt de fusió.

3.Punts de reblandiment: S'utilitza el mateix sistema, però el capil·lar que introduïm junt amb el termòmetre el deixem obert. Quan s'arriba al punt de reblandiment és quan la pasta o cera comença a pujar pel capil·lar, a causa de la baixada de la densitat (al augmentar la Tª).

4.Punt d'ebullició: El podem determinar pel mateix procediment però amb el tub tancat, introduïm una petita xeringa i introduïm un líquid (No dóna bons resultats ).

Un altre procediment és la Destilació del líquid. Muntem un destil·lador, anem destil·lant i quan la Tª del termòmetre indiqui (es troba localitzat específicament).

5.Resonància magnètica nuclear (RMN): Coneixement de la estructura.

6.Càlcul del pes molecular: Es pot determinar per espectrometria de masses si es un compost orgànic o de baix punt de fusió i ebullició (Tª ebullició 250º). Si no és així, per determinació de la composició química, i sabent la fórmula podem deduir el pes molecular.

7.Coneixement dels grups funcionals (Àcids orgànics): Ho farem mitjançant l'espectre d'infrarojos (IR).

8.Coneixement d'insaturacions i coloració: Mitjançant l'espectre ultra-violeta-visible.

9.Estructurs cristal·lina: Per esbrinar-la ho farem amb l'espectroscòpia de difracció d'electrons i raigs X.

10.Index de refracció: Mitjançant reflactometria.

1.2.2.BARREJA:

Associació més o menys íntima de dos o més substàncies pures s'han de caracteritzar cadascuna de les substàncies que la componen. Per això, caldrà separar-los. Hi ha diferents tècniques de separació:

a) per dissolució majoritàriament

b) mitjançant un tamís, cedàs o porgador (partícules que tinguin diferent granumetria)

c) cromatografia: s'utilitza per mostres d'origen orgànic (sòlides o líquides). És un procediment de separació estàndard, a escala del laboratori. Hi ha diferents tipus:

-C. de paper: Es col·loca una cubeta amb un determinat dissolvent adequat. Agafem una capa fina, de davant és d'alumini, pel darrera està recoberta per una capa fina de gel de sílice. Li fem una ratlla de llapis i es dipositen unes gotes de la barreja, hi posem una sèrie de patrons per distingir els dissolvents. Posem la capa fina dins de la cubeta i ho tapem. Més tard el dissolvent va pujant, quan arriba a un o dos dits prop de dalt ho hem de treure. El dissolvent reté els diferents components de la barreja. Segons l'afinitat dels components es fixaran més amunt o més avall. Després portem a revelar la capa fina per veure les taques.

-C. en capa fina (CCF).

-C. en columna (CC).

-C. líquida (HPLC).

*Quan es tracta de barreges molt complexes s'ha de recórrer a la cromatografia de gasos o líquida (primer s'han tingut d'haver fet les altres dues, i per exemple dos elements que tinguin la mateixa afinitat de fixació).

*Quan es tracta de barreges a escala industrial o inorgàniques, per separar els components, primer haurem de dissoldre i després utilitzarem tècniques químiques o fisico-químiques més convencionals, com:

-Sublimació: capacitat de passar de la fase cristal·litzada (sòlid) a la fase vapor (Ex. Obtenció i purificació del iode).

-Cristal·lització: Ex. Obtenció de sal a partir d'aigües salades.

-Precipitació: Per separar components d'un aliatge.

-Filtració: interposició d'un substracte que impedeix el pas dels components a partir d'una determinada mida.

-Diàlisi.

-Destil·lació: permet separar líquids de diferent punt d'ebullició.

1.3.CLASSIFICACIÓ DE PARTÍCULES SEGONS EL NIVELL D'INTEGRACIÓ.

Sistemes Homogenis: El nivell d'integració de les partícules és molt alt. Vincles íntims entre les partícules que el componen. Nivell de cohesió elevat.

Hi ha dos tipus: substància pura (partícules molt integrades) i dissolucions.

Mitjançant mètodes físics convencionals, és impossible la separació (perquè el nivell d'integració és molt alt).

Sistemes Heterogenis: El nivell d'integració entre les partícules és baix, escàs.

Presenta un baix nivell de cohesió.

Sempre trobarem un mètode físic que ens permetrà separar-les. Com a mínim hi ha dues fases:

fase dispersant: component majoritari (més abundant)

fase dispersa: component minoritari.

Segons els tipus de fases, aquestes dispersions tenen un nom.

Fase Dispersant	Fase Dispersa	Nom	Exemples
gas	sòlid	AEROSOL SÒLID	Fum
gas	líquid	AEROSOL LÍQUID	Laca
líquid	sòlid	SOL	Pintura, tinta
líquid	líquid	EMULSIÓ	Llet, maionesa
líquid	gas	ESCUMA	Detergents, nata montada
sòlid	sòlid	SOL SÒLID	Aliatges
sòlid	líquid	SOL LÍQUID	Formatge
sòlid	gas	ESCUMA SÒLIDA	Pedra tosca

Característiques:

	Dissolucions	Col·loidals	Dispersions
Mida	Atòmica i molecular	10-10000 A°	Mida gruixuda > 10000 A°
Estabilitat	Estables	Estables	Inestables ( suren i sedimenten)
Característiques	Passen a través dels filtres	Passen lentament o no passen a través dels filtres. Presenten l'Efecte Thyndall	No travessen els filtres

Efecte Tyndall: les partícules del col·loide dispersen la llum cap a totes les direccions. Es veu el recipient com amb una banda il·luminada, que es la llum que reflexen les partícules cap a totes direccions.

Quan en un col·loide la fase dispersant és un líquid, també s'anomena sol. Quan aquesta fase dispersant disminueix la seva proporció es transforma en gel. Solen ser reversibles les fases. Sembla que tingui afinitat, la fase dispersiva per la fase dispersant.

TEMA 2. ELS SÒLIDS.

2.1.MATERIALS INDUSTRIALS. CLASSIFICACIÓ.

Els materials industrials és classifiquen en:

1.Materials estructurals: vidres

sòlids amorfes

cristalls

2.fluids: líquids

gasos

2.2.CRISTALLS, VIDRES I SÒLIDS AMORFES .

Vidres: substàncies amb els seus àtoms o molècules desordenades, i s'haurien de considerar com si fossin líquids subrefredats. És com si tingués la mateixa estructura que quan està fos, líquid, però amb consistència sòlida.

Presenten una certa viscositat (encara que té consistència sòlida és un líquid, per tant, no pot aguantar elevats pesos). Conserven una certa tendència cristal·lina (un vidre en determinades condicions es podria fer un cristall). (Un sòlid amorf mai pot arribar a ser un vidre).

Cristall: els seus àtoms estan ben col·locats, estan ordenats.

Un cristall pot transformar-se en un vidre, i al revés, un vidre pot passar a cristall. Entre cada estat hi ha una etapa de transició però que no és la d'un sòlid amorf.

Sòlid amorf: presenta certes característiques que l'impedeixen ser cristal·lí. No té la capacitat de transformar-se en cristall.

Silicats: (tetràedre) la major part no són cristal·lins, són vidres, solament és cristal·lí l'unitat fonamental.

2.3.SISTEMES CRISTAL·LINS. ISOTROPIA I ANISOTROPIA. DEFECTES EN L'ESTRUCTURA CRISTAL·LINA.

Qualsevol cristall el trobarem ordenat segons set tipus de xarxes cristal·lines. Les més importants són la cúbica i l'hexagonal.

Una de les característiques macroscòpiques que permeten diferenciar els cristalls dels vidres són : Anisotropia i Isotropia.

Hi ha una sèrie de característiques físiques que presenten diferents magnituds segons unes direccions o eixos, quan es dóna això direm que aquest material és anisotrop , i només presenten anisotropia els materials cristal·lins.

Quan aquestes característiques físiques tenen la mateixa magnitud en qualsevol direcció de l'espai direm que aquest material és isòtrop, i els materials que presenten isotropia són els vidres, sòlids amorfes, gasos i líquids.

Hi ha diferents estructures cristal·lines (en condicions ideals). Però no es compleixen gairebé mai aquestes condicions. Llavors poden haver defectes cristal·lins, que tenen incidència en les característiques físiques. Es poden diferenciar quatre tipus de defectes:

1º Defectes puntuals: hi ha de dos tipus : vacants i inclusions.

Vacant: es quan dins de la ret cristal·lina hi falta un o més àtoms. Si no són molt abundants dins d'un mateix element no sol tenir conseqüències importants. Detectació mitjançant espectroscòpies raig X i d'electrons.

Inclusions: són les que provoquen una distorsió, especialment si l'àtom incorporat és més gran que la malla cristal·lina. Hi ha conseqüències grans perquè ha d'haver un ajust de la estructura. Si l'àtom és més petit també té conseqüències però no tan greus. Els detectem per mètodes químics i per espectroscòpies de raig X i d'electrons.

2º Defectes lineals: són dislocacions. Consisteix en que falta una filera d'àtoms, dins de la ret cristal·lina.

Té molta transcendència perquè representa una situació de desequilibri. Hi ha diferents tècniques per trobar-les, i es poden corregir en el cas dels metalls.

3º Defectes superficials: hi ha tres tipus: límits de gra, superfícies lliures i defectes d'apilament.

Límits de gra: és la unió, la frontera entre les diferents cristalls, és una regió termodinamicament inestable.

Superfícies lliures: és la superfícies on s'acaba el cristall. La superfície que dóna a l'exterior del cristall. Aquesta falta de compensació farà que sigui una part dèbil ( perquè no està rodejada d'àtoms). És allí per on atacaran els esforços.

Defectes d'apilament: quan dins d'un mateix cristall hi ha un canvi d'orientació del àtoms bruscament. (Com una dislocació però que hi faltés tota una banda i s'hagués de recolzar).

4º Defectes de volum: són defectes macroscòpics i de simple vista (el defecte no està en els seus àtoms). Podem trobar la presència d'aire fluid (bombolles d'aire) i la presència de cossos estranys ( en un metall serien els trocets d'un altre metall).

Per evitar-los cal vigilar i controlar molt la composició de les matèries primeres, i mantenint un control de qualitat de tot el procés tecnològic.

La detectació es pot determinar fàcilment i hi ha diversos mètodes.

2.4.MICROESTRUCTURA.

Caract. físiques

Composició Estructura Microestructura

cristal·lina -monocristalls

-policristalls

Caract químiques

*Vidre

Algunes característiques químiques que defineix la composició vindran afectades per la estructura cristal·lina però afectarà molt poc, al igual i al mateix nivell ho farà la microestructura.

Les característiques físiques vindran donades per la estructura cristal·lina i per la microestructura, i una mica per la composició.

La microestructura és la forma en que estan ordenats cadascun dels fragments cristal·lins dintre de la massa macroscòpica de la matèria, o material.

Seria una ordenació dintre d'una escala de magnitud superior. La podem veure fàcilment per un microscopi òptic o electrònic.

A partir de la estructura cristal·lina podem obtenir dos tipus de microestructures:

- monocristalls: cristall únic de mides macroscòpiques.

- policristalls: cristalls molt petits orientats de diferents formes i que es troben units entre ells formant un objecte determinat. És la unió de monocristalls.

2.5.INTERELACIÓ AMB LA COMPOSICIÓ, ESTRUCTURA I PROPIETATS.

Hi ha substàncies que tenen igual composició, però diferent cristal·lització, per tant, la composició NO determina la estructura, sinó que la cristal·lització ve condicionada pels diferents factors externs. Aquests són la pressió i la temperatura.

Segons quins paràmetres tinguin aquests, donarà lloc a que hagi estructura cristal·lina o no, i si és així quina donarà.

Un exemple és el diamant i el grafit. Els dos són Carboni pur, però són dos substàncies completament diferents.

El diamant s'ha obtingut a regions relativament externes de l'escorça terrestre, i ha estat sotmès ha Tª i Pr molt elevades (milers de graus i milers d'atmosferes).

El grafit ha estat format a Tª i Pr més baixes.

Les conseqüències es que el diamant cristal·litza en sistema cúbic i el grafit en sistema hexagonal. Això afectarà a les seves característiques físiques: el diamant és algo més dens que el grafit; gairebé tots els diamants són transparents, en canvi, el grafit és negre opac. El diamant és un aïllant total (elèctricament i tèrmicament); el grafit es un excel·lent conductor ( s'utilitza com a elèctrode). El diamant és el material més dur que és coneix, i a més no exfolia, en canvi, el grafit és un dels materials més tous i molt exfoliable.

Si ademés de la Tª i la Pr introduïm un tercer factor, les impureses, del tipus que sigui i en una altra relació de Tª i Pr, obtindrem un altre material diferent, els carbons.

Tots provindran del carboni, l'únic que fem és variar els factors externs i introduir o no impureses.

2.6.RELACIONS ENTRE ESTRUCTURA CRISTAL·LINA I MICROESTRUCTURA.

Hi ha dos paràmetres que afecten a l'obtenció de mono o policristalls són el temps i l'espai disponible.

Temps: la majoria de la substància cristal·lina que tenim provenen de les dissolucions que ha anat perdent el dissolvent per evaporació, o bé, de materials que estaven en fusió i que per refredament s'han solidificat i han format l'estructura cristal·lina.

Els que s'han obtingut per refredament ( de quan l'escorça terrestre es va refredar) són la majoria.

Quan el refredament és molt lent els àtoms tenen temps de desplaçar-se i anar emigrant fins a ocupar el lloc dintre de la estructura cristal·lina que li correspon, per tant, es formarà un monocristall perquè mentre el material és líquid els àtoms es poden desplaçar, fins arribar a la solidificació on els àtoms es quedaran immòbils.

Si el refredament és més ràpid, els àtoms quedaran desordenats ja que començarà una cristal·lització des de la perifèria i anirà avançant cap a l'interior on encara hi haurà temperatura. Al refredar-se ràpid les direccions seran diferents perquè els àtoms no tindran temps suficient per col·locar.

Com comença a cristal·litzar a destemps i a més, no ho fan d'una manera ordenada, es formarà un material policristall ( tots els àtoms estaran en un sistema cúbic, com un cristall, però amb diferent orientació).

Quan hi ha un refredament extremadament ràpid els àtoms no tenen temps per desplaçar-se i quedarà solidificat amb els seus àtoms completament desordenats, formant-se un vidre.

Els monocristalls tenen una característica molt singular, se'ls pot educar. Hi ha una sèrie d'aliatges que quan es forma un monocristall, e l'agafa i doblega moltes vegades, després aplicant-li calor, es tornarà a doblegar per si sol. Actualment s'aplica a les juntes dels reactors dels avions. És a dir, en aplicacions tècniques i específiques.

Un monocristall s'obtindria per refredament del metall o aliatge en un forn. Quan està en estat líquid el fiquem al motlle, després al forn, i el deixem refredant molt lentament (cc de grau per dia). Conseguirem que l'àtom es fiqui en el seu lloc adequat, en alguns no es pot conseguir perquè tenen la gran tendència a formar un policristall.

Espai disponible: condicionarà la mida dels cristalls. Si hi ha poc espai els vidres seran més petits. Segons l'espai pot variar la Tª de refredament, ja que si aquest espai es troba prop de la superfície la Tª serà més baixa, i en canvi, si està soterrat la Tª serà major.

* Vidres: passa directament de la composició a vidre (no passa per la estructura cristal·lina ni per la microestructura). Està desordenat però igual. Els vidres s'obtenen per refredament ràpid.(A Tª ambient fins que s'arrefredi però depèn de la composició).

L'obtenció de vidres metàl·lics es fa a partir del metall fos. Es refreda de l'ordre de milionèsimes de segon. Això l'aconsegueix projectant microgotes del metall fos en la superfície del metall.

Les gotes que queden sobre la superfície formaran un vidre, que és un vidre metàl·lic. Els vidres metàl·lics no es poden obtenir en grans quantitats, sinó que s'obtenen petites làmines. A més tenen unes característiques físico-químiques que són totalment diferents del metall que provenen ( per exemple el ferro metàl·lic es rovella i el vidre metàl·lic de ferro no).

T.3. CARACTERÍSTIQUES FÍSIQUES DELS SÒLIDS.

3.1.RESISTÈNCIA ALS ESFORÇOS MECÀNICS. ASSAJOS.

Hi ha diferents tipus d´esforços mecànics que solen estar sotmesos els materials de tipus estructural.

3.1.1.DURESA: Es pot manifestar de dos maneres:

-Duresa a la ratlladura: S'agafa la mostra, proveta, i s'agafa una punta de material més dur, fent-la desplaçar per sobre de la proveta. Es classifiquen els metalls segons si son ratllats o no per la punta, i en quina intensitat ho fan. Tant les provetes com els utensilis, com les condicions d'assaig estan normalitzades. Això vol dir que estan regulats per unes normes que regulen la repetitivitat. S'apliquen diferents materials.

-Duresa a la penetració: Consisteix en aplicar a la proveta un penetrometre. Aquest pot ser diferent segons el tipus. Les mesures de Brinell-Rockwell eren fetes amb una bola, i en les de Vicker mitjançant una peça cònica. Les dues solen ser d'acer niturat o diamant.

Quan nosaltres fem pressió, la punta Vickers o la bola entrarà dins de la proveta i quedarà una marca. Llavors es mesura la distància. Llavors es mira en una taula on figura el tipus de bola, de material, la mida, la càrrega que hem aplicat altres característiques i aplicacions.

3.1.2.COMPRESSIÓ: Consisteix en agafar la proveta i fer-li un esforç lateral coincident.

Els materials ceràmics que s'obtenen per cocció treballen molt bé a compressió.

Els metalls també treballen bé, però millor amb un altre tipus d'esforç.

Les mesures es fan amb màquines que fan pressió pels dos costats de la proveta. Per fer les mesures el que es fa es situar la proveta en una entalladura i se li fiquen pesos en ordre creixent fins que es fracturi. El pes que fiquem abans de que es trenqui és el pes. És a dir, determinem longitud, forma, valor de secció, i anem aplicant pes. L'últim pes que ha suportat la proveta és la resistència que suporta. Compressió és el pes (resistència) partit per la secció (base).

3.1.3.TRACCIÓ: Es mesuren més que les de compressió. Es fa estirant la proveta, fent esforç lateral en sentit oposat. Es mesura la secció interior. Els esforços es fan amb una màquina col·locada horitzontal , per un cantó està fixada per un bloc fix i per l'altre costat hi ha una politja o cable, on es van posant pesos i el que fa es l'esforç d'estirament fins que la proveta es trenca. El pes que es capaç de suportar donarà el valor de la resistència que pot suportar.

Hi ha molts tipus de provetes, segons el país, però tenen la mateixa forma.

Els metalls solen treballar molt bé la tracció.

3.1.4.FLEXIÓ: La proveta està sotmesa a un esforç perpendicular en sentit longitudinal de la proveta.

No és un esforç pur sinó que resulta de la combinació de l´esforç de compressió i d'atracció. Ex: Peça metàl·lica fem treballar a flexió la part del mig està comprimint per ella mateixa, per tan, està treballant a compressió, i les parts externes per estirar-se treballant a compressió, i les parts externes per estirar-se treballant per tracció.

Per a que treballi bé un material ha de treballar bé els dos esforços. Els metalls treballaran bé perquè treballen bé els dos. Els ceràmics no massa bé perquè en la tracció no són massa bons. Ex: Bigues, estan fetes de ciment armat. Aquest és un material ceràmic que té a dins unes línies de ferro d' acer. Treballen bé la compressió pel ciment i també la flexió gràcies a les làmines de ferro.

3.1.5.RETORÇAMENT: Es tracta de girar un extrem de la proveta mantenint l'altre extrem fix. Hi ha poques peces de construcció, per tant, no és molt important. S'aplica gairebé sol a peces metàl·liques.

3.1.6.CISALLURA O TALL: Simula les accions de tisores. Són dos peces que estan gairebé coincidents i actuen cisant. Actua la compressió i la duresa.

L'esforç de cissallura està directament relacionat amb la duresa.

3.1.7.ESFORÇ A L'IMPACTE: Hi ha dos tipus:

-CHARPY: Es un pèndul de determinat pes que es situa a determinada. alçada i es deixa caure sobre la proveta. Aquesta es troba subjecta pels dos extrems i pel mig lliure. En aquest tipus es busca la fractura.

-IZOD: Mesura l'angle de desviació. Aquest assaig es fa als materials que estan sotmesos a l'impacte. Amb aquestes proves podem mesurar la fragilitat d'un material.

Els metalls treballen molt bé.

3.1.8.FATIGA: Un dels més utilitzats sobretot en peces sotmeses a moviment (eixos, granatges, soports vibrants). Es fa amb una màquina que actua sobre la proveta amb una sèrie d'esforços combinats. Se la fa rotat (girar) i a la vegada flexionar a més a més, se li afegeixen simultàniament a compressió i traccions.

Es mesura el temps de resistència als quatre tipus d'esforços combinats. Si la peça supera el límit de resistència o reglamentari es considera vàlida. És una simulació augmentant el nivell d'esforços que tindria a la realitat.

3.1.9.DESGAST PER ABRASIÓ: Hi ha diferents procediments. Es fa utilitzant dues rodes abrasives que giren , fregant la superfície de la proveta.

Es fa pressió sobre la roda analitzadora i la proveta. Es valora el nivell de pressió sobre les rodes, la velocitat de rotació, la direcció de la fricció, i la superfície abrasiva. Fixant aquests paràmetres es mesura el grau de superfície degastada que desapareix per unitat de temps.

****DOS CARACTERÍSTIQUES QUE TENEN ELS MATERIALS****

DUCTILITAT: Un material és dúctil quan es pot filar mitjançant una acció mecànica fàcilment a temperatura ambient.

Són materials dúctils els cautxú, el coure, l'or, la plata. El vidre no es dúctil perquè per poder filar-lo cal fer-lo en calent.

MAL·LEABILITAT: Un material és mal·leable si podem fer làmines mitjançant un procediment mecànic. Si són dúctils són mal·leables ,per tan, els materials mal·leables seran els mateixos que els dúctils.

!ANÀLISI D'ESFORÇ:

Per interpretar l'anàlisi utilitzarem l'esforç de tracció.

A una proveta que té una determinada longitud li fem un esforç de tracció, el que farà es allargar-se. El valor que tindrà serà la diferencia de longitud que té al finalment menys la longitud inicial.

La magnitud de l'esforç s'anomena sigma , .El valor de  segueix la Llei de Hook que ens diu que la magnitud de la deformació experimentada ve donada per una constant anomenada mòdul de Young (E) multiplicat per la diferencia de longitud. Aquest mòdul depèn de les característiques pròpies de cadascun dels materials.

=. l/l

El resultat forma una corba .La forma d'aquesta corba caracteritzarà la resistència a la tracció, la ductilitat i fragilitat d'un material.

Un material quan està sotmès a un esforç de tracció pateix una deformació, aquesta pot ser de dos tipus:

-Deformació elàstica: Es la primera deformació que pateix. Consisteix en que s'allargui una determinada. longitud.

La deformació elàstica sol ser baixa excepte als polímers. L'esforç necessari sol ser gran. Quan cedim l'esforç la proveta recupera la seva longitud original. Si continuéssim l'esforç superaríem el límit d'elasticitat.

-Deformació plàstica: És més extensa i requereix una quantitat menor d'esforç. Si cedim l'esforç no recupera la seva longitud original. Més enllà de la zona plàstica hi ha el límit de ruptura. Hi ha també diferents tipus de ruptura:

*dúctil: Es la ruptura que ve precedida d'una deformació plàstica. Es fa a través dels grans, sense respectar els límits de gra, donant un aspecte fibrós.

*fràgil: Es aquella que no ve precedida d'una deformació plàstica i transcorre a través dels límits de gra.

3.2.COMPORTAMENT AL CALOR. ASSAJOS TÈRMICS.

La conductivitat tèrmica és la capacitat que té un material de transportar el calor per ell.

Els materials es poden classificar en conductors o no conductors.

El calor té diferents maneres de propagar-se:

-Per radiació: El calor es transmet per ones magnètiques. No necessita cap medi material. Ex: microones, infrarojos.

-Per convecció: És la transmissió típica que és dona entre fluids. Implica la presència d'un medi material.

-Per transmissió: És el típic dels sòlids y també necessita un medi material. Està basat en el xoc y agitació de les partícules o electrons del material.

En el 0º absolut les partícules resten immòbils i a mesura que anem augmentant la Tª del material els electrons comencen agitar-se.

Anomenarem materials CONDUCTORS a aquells materials que tenen bastant llibertat de moviment i llavors poden transmetre l'agitació dels seus àtoms uns als altres. En canvi, un material NO CONDUCTOR serà aquell que tingui els seus àtoms fixats en posicions rígides i no tinguin la suficient llibertat per poder transmetre l'agitació dels seus àtoms.

Són bons conductors els metalls perquè tenen enllaç metàl·lic (els electrons de valència estan pràcticament lliures).

Com a materials mals conductors de la calor tenim els ceràmics i els polímers.

Per tant, la conductivitat dependrà del tipus d'enllaç de la partícula.

3.2.2.ASSAJOS TÈRMICS.

Es fan assajos de velocitat de transmissió de la calor i el que s'avalua es la velocitat amb que es transmet la calor. S'utilitzen provetes de determinada. longitud, gruix i forma, en les que es practiquen una sèrie d'orificis on es posen un termòmetre o termopar. A distàncies controlades apliquem determinada quantitat de calor mitjançant una resistència tèrmica. Mesurem les temperatures de cada termòmetre a intervals de temps. Llavors dóna una gràfica. Ex: Coure i Plata tenen una ràpida transmissió de la calor, per tan són bons conductors.

Termòmetre: Mesura temperatures compreses entre -50º i +300º Cº.

Termopars: És una unió bimetall que manifesta la variació de la Tª donant una petita corrent elèctrica.

Piròmetre: És un aparell format per un suport amb fil elèctric conductor amb disparador, es fa variar la intensitat de la corrent. La Tª del material serà la mateixa quan tingui el mateix color del material.

3.2.3.DILATACIÓ-CONTRACCIÓ

Dilatació: És un augment de volum causat per un augment de Tª.

Contracció: És una disminució de volum degut a una disminució de Tª.

La dilatació es donarà en un material conductor perquè aquest transmet la dilatació de les partícules de la mateixa manera que ho fa amb la calor. Un material no conductor no es dilatarà perquè només ho farà en un punt local, s'esquerdarà però no transmetrà la dilatació.

Materials bons conductors i que toleren la dilatació -contracció: metalls.

Els ceràmics i alguns polímers no toleren la dilatació-contracció.

La dilatació és la capacitat de dilatació per la Tª.

3.2.4.ASSAJOS DILATACIÓ-CONTRACCIÓ

Els assajos de dilatació es fan mitjançant unes provetes que es medeixen a Tª ambient i desprès s'introdueixen en un forn regulable i un làser va mesurant la proveta a mesura que li anem augmentant la Tª fins al punt de fusió o descomposició.

Alguns materials ceràmics a pesar de no ser gaire bons conductors si que toleren el xoc tèrmic.

La dilatació també depèn de la ductilitat, per tant, un material fràgil no tolerarà la dilatació. Ex: vidres.

3.2.5.ESTABILITAT TÈRMICA

Ens descriu el comportament del material quan augmentem la Tª fins al límit de tolerància pel que fa a la seva composició química o estructura:

Fusió: Trencament dels enllaços entre els àtoms (metalls, ceràmics i alguns polímers).

Descomposició: Quan la seva composició química no tolera l'augment de Tª i ens dóna un producte nou:

"Ionició: s'encen.

"Explosió: inestable en Tª elevades.

"Carbonització o descomposició simple: Polímers.

Aquesta estabilitat tèrmica és una característica que permet qualificar determinats materials de refractaris (material amb un punt de fusió elevat i sense descomposició). S'utilitzen per forns i crisols.

Són materials refractaris: metalls: acer inoxidable, crom, níquel, platí.

ceràmics: porcellanes, quars, AlO.

3.3.COMPORTAMENT AL CORRENT ELECTRIC Y MAGNÈTIC.ASSAJOS DE CONDUCTIVITAT ELÈCTRICA Y MAGNÈTICA.

3.3.1.ASSAJOS CONDUCTIVITAT ÈLECTRICA.

Hi ha materials capaços de transportar el corrent elèctric.

Els material que tenen electrons de valència lliures es podran desplaçar i permetrà el pas del corren elèctric. Aquests són els mateixos que permeten el pas del calor, els metalls.

En el cas dels aïllants els àtoms subjecten molt bé els electrons de valència i no circula el corrent elèctric a través del seu enllaç iònic o covalent, per exemple els ceràmics o polímers.

Augment  ! R disminució C = 1/R

Augment  ! R disminució

Aquesta conductància o resistència es demostra que depèn de la Tª en el sentit que si augmentem la Tª d'un conductor també augmenta la resistència.

Per mantenir bones conductivitats s'ha de fer a Tª ambient o inferior fins al punt de que hi ha determinats aliatges que la seva resistència és zero i la seva conductivitat és ", s'anomenen superconductors.

La conductivitat d'un material es mesura tenint en compte que es proporcional a la Tº i també a la secció. Aquestos assajos es fan amb provetes de secció normalitzada i longitud normalitzades i també la forma.

3.3.2.ASSAJOS CONDUCTIVITAT MAGNÈTICA.

Un camp magnètic són dos pols oposats on es creuen unes línies de força. Es poden donar tres casos:

-Comportament diamagnètic: Davant del camp magnètic rebutja les línies de força cap a la seva perifèria. Ex. Al, Pb, ceràmics.

-Comportament paramagnètic: Concentren al seus interior les línies de força. Ex.Ag, Cu, Zn, Hg.

-Comportament ferromagnètic: Concentren molt intensament cap al seu interior les línies magnètiques. Ex: Fe, Cr, Ni, Co. Són els atrets típicament pels diamants. Un material ferromagnètic quan es sotmès a un camp magnètic suficientment intens canvia la seva ordenació interna i es creen dipols interns. Aquests són petits fragments de materials que tindran una regió (+) i una altra ( -) i s'orienten en la direcció d'aquest camp magnètic de N a S. Si retirem aquest material del camp magnètic i aquesta orientació permaneix, diem que aquest material s'ha imantat.

3.4.COMPORTAMENT ÒPTIC.ASSAJOS ÒPTICS.

3.4.1.BRILLANTOR:CAPACITAT DE REFLEXIÓ.

Un objecte és brillant quan reflexa la llum amb una quantitat significativa. Per a què es doni aquest fenomen només és possible quan es compleixen una sèrie de condicions:

-La superfície ha de ser llisa i perfectament polida.

-La radiació electromagnètica o llum ha d'incidir sobre la superfície amb un determinat angle, inferior a l'angle límit o de reflexió total.

Si es compleixen aquestes dos característiques l'objecte és reflectant, i l'efecte òptic d'aquest fenomen és la brillantor.

El material típicament brillant és el metall. Encara que també ho són alguns ceràmics (vidre) i polímers (policarbonats, polimetraquilat de metil, poliestiré en massa).

Reflexió: És el fenomen òptic que dóna lloc a la brillantor.

Quan la llum incideix a la superfície d'un material amb un determinat angle ( î ) part d'aquesta llum, si aquesta superfície és reflectant, experimenta un canvi de reflexió en la superfície del citat material en que l'angle d'incidència és igual a l'angle de reflexió ( ^r).

També es compleix que per a un determinat material existeix l'angle límit o de reflexió total, en el qual tota la llum que incideix sobre la superfície és reflexa.

3.4.2.TRANSPARÈNCIA:REFRACCIÓ.

La transparència és la característica dels materials per la qual la llum, i en general, la radiació electromagnètica és capaç de travessar-la sense problemes, sense pèrdues massa significatives. Ho són alguns ceràmics (vidre) i alguns polímers (polipropili).

La transparència obeeix a les lleis de la refracció.

La refracció és el fenomen pel qual al canviar de medi material la llum, aquesta experimenta un canvi de direcció que obeeix a la Llei de Snell.

Un objecte és opac quan no deixa passar la radiació electromagnètica. Ho són els metalls, encara que també ho són alguns ceràmics i polímers.

Entre transparent i opac hi ha un terme intermig la translucidesa. Els materials translúcids són aquells que deixen passar la radiació electromagnètica parcialment. La resta de la radiació es perd per dispersió. No hi ha materials típicament translúcids però n'és un ex. el paper de carnisseria.

3.4.3.DISPERSIÓ.

És dóna quan les partícules de l'interior són d'una determinada mida. És l'efecte Thyndall.

3.4.4.ABSORCIÓ.

És dóna quan la radiació electromagnètica interactua intensament amb el medi material que l'incideix. Té l'efecte d'augmentar el nivell energètic del material irradiat.

Si il·luminem alguna substància , aquesta es pot trobar en un estat energètic inicial, si aquest nivell d'energia fonamental reacciona amb la radiació electromagnètica, aquesta substància absorbirà energia i augmentarà de nivell d'energia. Aquest fenomen serveix per a fer filtres, en el cas de la radiació visible seran filtres de color.

T.4.METALLS Y ALIATGES.

4.1.CONCEPTES. L'ENLLAÇ METÀL·LIC.

Metall: Són substàncies pures formades per elements químics que es caracteritzen perquè els seus àtoms estan unit per enllaços metàl·lics.

Enllaç metàl·lic: Tipus d'enllaç que es dóna entre elements metàl·lics que es caracteritzen perquè els cations metàl·lics estan envoltats per un núvol electrònic dels electrons de l'ultima capa i que tenen una certa llibertat de moviment.

4.2.ESTRUCTURES CRISTAL·LINES METÀL·LIQUES. EMPAQUETAMENTS.

Gairebé tots els metalls presenten estructura cristal·lina i només algun és líquid (Hg). Cristal·litzen en dos sistemes únicament:

"sist. cúbic: centrat al cos i centrat a les cares.

"Sist. hexagonal: compacte (té un àtom a la cara superior i inferior, i tres a l'interior.

Totes aquestes estructures són de màxima compacitat, es a dir, que l'espai disponible està aprofitat al màxim, no hi ha cap espai buit.

Les característiques ideals no es donen molt sovint ja que els metalls són molt susceptibles. Aquestes estructures cristal·lines estan moltes vegades ocupades per impureses, es a dir , que cristal·litzen amb impureses a partir de defectes puntuals,... i llavors es dóna una distorsió de la estructura. Si hi ha molts defectes les característiques d'aquest metall es ressentiran.

4.3.PROPIETATS FÍSIQUES DELS METALLS.

1- Densitat: És molt variable, però en general, la tindran elevada.

Ex.D Fe:7'86 D Os:22g/cc D Al:2'7g/cc

2.- Punt de fusió: Molt variable.

3.- Punt d'ebullició: Molt variable.

4.- Conductivitat:

4.1.Conductivitat .elèctrica: Tots són molt bons conductors.

4.2.Conductivitat tèrmica: Excel·lents conductors del calor.

Aquestes dues conductivitats provenen de l'enllaç metàl·lic.

5.- Comportament magnètic: Hi ha tres tipus:

5.1.Diamagnètics: Pb i Al.

5.2.Paramagnètics: Cu, Zn, Hg.

5.3.Ferromagnètic: Fe, Cr, Ni.

6.- Característiques òptiques: Hi ha diferents tipus de brillantor:

6.1.Brillantor metàl·lica.

6.2.Brillantor argentea.

6.3.Brillantor daurada.

També els metalls són opacs.

4.4.PROPIETATS QUÍMIQUES DELS METALLS.

Els metalls treballen bé a compressió i molt bé a tracció.

S'utilitzen com a materials estructurals, per a suportar esforços. Els més emprats són: Fe, Cr, Ni, Al, Ti.

Són durs, especialment el Cr.

Alguns són dúctils (podem filar) i, per tant mal·leables. Ho són la majoria de metalls nobles (Au, Ag), i en general, els materials tous (Sn, Pb, Al). Els metalls durs s'hauran de calentar per poder laminar-los.

-Els metalls reaccionen amb els àcids donant lloc a sals. Aquestes en dissolució aquosa es dissolen en anió i catió metàl·lica de càrrega positiva.

Els metalls actius tenen gran tendència a reaccionar amb àcids, fins i tot, causant explosius perquè produeixen reaccions exotèrmiques. És una reacció ràpida , fins i tot, violenta. Ho són: Na, K, Ca, Al.

Hi ha una sèrie de metalls que sol reaccionen amb àcids oxidants. Són: Cr, Ni, Zn, Cu, Pb, Sn.

Els metalls nobles reaccionen amb moltes dificultats i alguns no reaccionen. Són: Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Pd, Os. Per aconseguir dissoldre els metalls nobles es fa amb calor; per fer un anàlisi s'ha de dissoldre l'aliatge de soldadura.

-Els òxids i els hidròxids dels metalls tenen caràcter bàsic ( Ph >7).

Hi ha unes excepcions que no són ni metalls, ni no metalls. El Al2O3 té un cert caràcter bàsic.

Els metalls tenen caràcter reductor. En una reacció redox el metall perd electrons quan s'oxida i es queda carregat positivament en forma de catió.

L'oxidació, normalment, és un fenomen de tipus superficial i és el fenomen que origina la corrosió dels metalls. No tots els metalls tenen la mateixa facilitat per oxidar-se. Els metalls actius s'oxiden ràpida i fàcilment. Els no actius s'oxiden més lentament i els nobles no s'oxiden en c.n.

Corrosió: És un fenomen de tipus oxidatiu; és una reacció electroquímica en el metall passa d'un estat d'oxidació zero a una forma catiònica. Aquesta reacció estarà mediada per agents que seran oxidants. El més característic i típic és l'oxigen, però n'hi ha més:

.determinats òxids d'elements no metàl.:NO2,SO2

.determinades sals: Na Cl

.determinats microorganismes o animals inferiors segreguen substàncies corrosives.

La corrosió és un problema gran. El principal metall que dóna problemes de corrosió és el Fe. És l'únic que presenta la corrosió destructiva. Si el metall és molt compacte i poc porós l'oxidació no prospera, l'anomenarem metall passivat.

4.5.TRACTAMENTS SUPERFICIALS. EL PROBLEMA DE LA CORROSIÓ.

4.5.1.TRACTAMENTS SUPERFICIALS.

Aquestes característiques mecàniques es poden millorar mitjançant una sèrie de tractaments. Hi ha diferent tipus de tractaments:

1.-Tractaments mecànics: Estan destinats a eliminar els defectes lineals, especialment les dislocacions.

-Forjat: Consisteix en agafar la peça metàl·lica, escalfar-la normalment al roig perquè es torni més tova i batrela amb un martell, sempre en la mateixa direcció.

-Laminat: També s'aconsegueix fer córrer les dislocacions mitjançant rodets, a vegades en calent perquè sinó no és mal·leable.

2.-Tractaments tèrmics: Destinats a millorar la puresa i la resistència d'impacte. La conseqüència és que donen un canvi a l'estructura cristal·lina del material. Tipus:

-Recuit: Consisteix en escalfar la peça fins al roig i deixar-la refredar lentament. En el Fe i l'acer la conseqüència es que el material perd duresa però no es tan fràgil.

-Normalitzat: S'escalfa la peça i es deixa refredar a Tª ambient (poques hores). S'aconsegueix augmentar la duresa però en poca proporció.

-Trempat: Consisteix en refredar ràpidament, o inclús, bruscament la peça que està al roig viu. Es pot submergir en aigua, en olis. Augmenta la duresa i la fragilitat.

-Revingut: Es fa sobre el trempat, s'escalfa a Tª inferior a 1000ªC. S'aconsegueix fer perdre una mica de duresa, mantenint i augmentant la tenacitat (disminueix la fragilitat).

4.5.2.EL PROBLEMA DE LA CORROSSIÓ.

Corrosió: És un fenomen de tipus oxidatiu; és una reacció electroquímica en el metall passa d'un estat d'oxidació zero a una forma catiònica. Aquesta reacció estarà mediada per agents que seran oxidants. El més característic i típic és l'oxigen, però n'hi ha més:

.determinats òxids d'elements no metàl.:NO2, SO2

.determinades sals: Na Cl

.determinats microorganismes o animals inferiors segreguen substàncies corrosives.

La corrosió és un problema gran. El principal metall que dóna problemes de corrosió és el Fe. És l'únic que presenta la corrosió destructiva. Si el metall és molt compacte i poc porós l'oxidació no prosperarà i l'anomenarem metall passivat.

4.5.2.1.Tractaments i solucions per evitar la corrosió del Fe:

- Convertir el Fe en un altre material que no tingui la característica d'oxidar-se: un aliatge no corrosiu (acer inoxidable).

- Tractaments superficials: serveixen per protegir la superfície perquè no hi hagi contacte entre el metall i l'agent oxidant. Hi ha diversos tipus:

a)Polimèric i pintures: Tracta d'interposar en la superfície una pintura o bé una funda polimèrica.

Ex. pintura de mini, pintures polimèriques que dipositen una làmina plàstica, inhibidors i convertidors de corrosió.

b)Aliatge superficial: Només altera la superfície del Ferro. Tipus:

"pavonats: protecció bona de l'oxidació. Es suca la peça perfectament neta en uns olis especials i es fica al forn a Tª elevada, l'oli es crema i es forma una espècie de carbur a la superfície, de poc gruix, que no és oxidable.

"brunyit: " pavonat però en lloc d'olis s'utilitzen terres i minerals.

"nitruracions: es converteix la superfície del Fe en nitrur de Fe.

"carburacions: convertir superficialment Fe en carbur de ferro.

"fosfatacions: convertir superficialment Fe en fosfurs.

"pasivació: s'ataca el ferro amb àcid nítric concentrat.

c)Protecció catòdica: li hem de fer arribar electrons perquè no es rovelli col·locant una pila a la tuberia metàl·lica.

d)Dipòsits metàl·lics: Tipus:

"cromats (Cr): per aconseguir un de bona qualitat la superfície ha d'estar perfectament neta i l'intensitat del corrent elèctric que circula ha de ser elevada.

Amb un cromat s'aconsegueix protegir al Fe de la corrosió, del desgast, de l'erosió i aconseguir un millor valor estètic.

"niquelats (Ni): es preparen igual que els cromats i tenen la mateixa funció.

"zincats (Zn): consisteix en fer un dipòsit de Zn a la superfície. Primer submergim la peça de Fe en Zn fos o electrolíticament.

"galvanitzats (Zn).

"estanyats (Sn): consisteix en aplicar una pel·lícula protectora fina d'estany submergint la peça de ferro en estany fos. El producte que s'obté és la llauna.

e)Especials: es troben en fase d'investigació. Són eficaços però no estan incorporats d'una manera extensa. Tractaments:

" recobrir superfícies amb vidres metàl·lics.

" proteccions superficials de diamant.

" vitrificar superfícies.

4.6.ALIATGES.

Concepte: És una dispersió sòlid-sòlid.

Està format pel refredament de dos o mes metalls o no metalls, en estat de fusió i que es deixa refredar formant-se el sol sòlid.

Per formar aliatges els líquids metàl·lics han de ser miscibles entre ells.

La majoria dels metalls, excepte algunes excepcions (Fe, Al, Cu, metalls nobles), s'utilitzen en forma d'aliatges, perquè així modifiquen i augmenten molt les prestacions del material i, a més a més es pot dirigir sota disseny.

Els aliatges no conserven gairebé cap de les característiques físiques dels metalls originals i, gairebé tampoc les químiques.

La característica física que es conserva és la densitat. Aquesta serà el promig dels metalls originals.

No es conserven tampoc el punt de fusió, ni el d'ebullició, ni les característiques mecàniques dels metalls originals.

-Tipus: (segons la manera d'obtenció).

1.-Solucions sòlides: No formen compost de formula definida.

Els àtoms dels metall minoritari s'intercalen dintre del majoritari.

Donen aquest tipus els metalls que cristal·litzen en un sistema de malla cristal·lina que els metalls originals.

-Aliatges de substitució: Algun dels àtoms del metall majoritari està substituït per àtoms del metall minoritari que ha de tenir unes mides i característiques similars. Ex. bronzes i llautons.

-Aliatges d'inclusió: La major part estan formats per elements químics que poden ser metalls o no metalls. L'element minoritari és un metall o no de volum atòmic petit, capaç d'interposar-se en espais lliures. Si tingués un volum atòmic gran el component minoritari no formaria la ret, sinó que el rebutjaria perquè no cabria. Ex. acers.

2.-Compostos intermetàl·lics: Es formen quan els àtoms dels metalls tenen unes característiques químiques molt diferents, llavors el que fan es reaccionar entre ells i apareix un nou material amb formula química definida. Ex. aliatges de plata i zinc, ferro i zinc, Cu5Si, C3Fe (cementita).

4.7.ESTUDI DELS PRINCIPALS METALLS I ALIATGES.

METALLS

Alumini: Es troba en abundància en al natura, especialment formant part de silicats.

L'obtenció d'Al a partir de silicats no es rentable des de el punt de vista metal·lúrgic.

Es pot extreure a través de minerals rics en Al: Bauxita (% en Al és gran i es rentable el procés metàl·lic).

La metal·lúrgia del Al es complicada perquè els hidròxids són molt estables (P.F.!).

L'obtenció es fa barrejant la bauxita amb una sal per obtenir un material que tingui un P.F més !.

-Característiques físiques:

Metall lleuger, de densitat baixa.

P.F i P.E. relativament baixos.

Conductivitat elèctrica i tèrmica bona.

-Característiques mecàniques:

Bon material estructural. Bones prestacions mecàniques.

Relativament tou.

Treballa bé a compressió, tracció i la resistència.

Algo mal·leable i dúctil.

No és un metall fràgil, resisteix bastant bé l'esforç de l'impacte (no es trenca, es doblega).

Bona mecanització: es pot taladrar, tallar , tornejar, fressar.

Soldadura problemàtica perquè és un metall actiu, per tant té tendència a oxidar-se (quan volem soldar s'oxida).

-Característiques químiques:

Metall molt actiu, molt reductor, fàcilment oxidable.

Passiu, no té problemes de corrosió.

-Aplicacions:

Moltíssimes aplicacions.

Des de el punt de vista estructural s'utilitza en petits muntatges. S'utilitza molt en aviònica i astronàutica.

Com a conductor elèctric en cablejat elèctric.

Com a conductor tèrmic s'utilitza per fer calderes, intercanviadors.

Component d'aliatges.

Antimoni: Metall lleuger. Principal aplicació com a aliatge d'aliatges lleugers.

Bismut: Component d'aliatges.

Cobalt: Metall de la família del ferro, té unes característiques semblants. Component d'aliatges.

Coure: Metall dels primers utilitzats amb finalitats metal·lúrgiques.

Abundància intermèdia, es troba en forma de sulfur (calcopirita), en forma d'òxid (cuprita), i coure metàl·lic.

Metal·lúrgia de dificultat intermèdia, essent un producte relativament car.

-Característiques físiques:

Elevada densitat.

P.F / P.E. elevat relativament.

Conductivitat elèctrica i tèrmica bona.

-Característiques mecàniques:

Resistència als esforços molt dolenta.

Bastant tou.

No treballa bé ni a flexió, compressió ni tracció.

Suporta bé els impactes (es doblega).

Mal·leable i dúctil.

Bon treball, encara que no té molt sentit tèrmic.

No se sol soldar, es fan unions a través d'estany.

-Característiques químiques:

Metall seminoble; resisteix bastant bé l'oxidació i la corrosió.

-Aplicacions:

No té aplicacions estructurals.

Les principals aplicacions venen donades per la seva bona conductivitat: conductor elèctric i tèrmic en calderia i intercanviadors de calor.

També per components electrònics, com a conductes i com a component d'aliatges (especialment en bronzes i llautons).

Crom: Metall relativament abundant, però és difícil d'obtenir, això fa que sigui car.

-Característiques físiques:

Densitat semblant a la del ferro.

P.F. molt elevat (1615ºC), P.E. molt elevat (2200ºC).

-Caracteristiques mecàniques:

Bones característiques mecàniques.

Destaca amb la duresa.

Resistent a l'esforç d'abrasió.

-Característiques químiques:

Bones característiques químiques.

Suporta molt bé els agents externs.

-Aplicacions:

Complement dels aliatges com el cas dels acers.

Per a fer petites peces que hagin d'estar sotmeses a condicions dràstiques.

Per fer cromats.

Estany:

-Característiques físiques:

P.F. baix (231'8ºC).

Densitat=7'3.

-Característiques mecàniques:

Tou.

No resistent als esforços normals.

Dúctil mal·leable.

No és excessivament bon conductor.

-Característiques químiques:

Resistent als agents químics (oxidació y atac dels àcids).

No resistent a l'atac de bases i es formen estannats (sals).

-Aplicacions:

Per fer laminats destinats als cobriments, soldadures elèctriques, soldadures mecàniques.

Com a component d'aliatges (bronzes y llautons), els estanyats.

Ferro: Metall dels més abundants tan a l'escorça terrestre com a nivell de nucli de la Terra.

El trobem formant òxids, sulfurs, hidròxids i carbonats en l'escorça terrestre.

Degut a que es abundant i té una metal·lúrgia molt coneguda és el metall més emprat, més barat.

-Característiques físiques:

Densitat = 7'86 g / cc.

P.F.alt-mitjà (1533ºC), P.E. alt-mitjà (3000ºC).

-Característiques mecàniques:

Favorables característiques mecàniques.

Relació pes-resistència als esforços és favorable.

Dur.

Resisteix la compressió i la tracció.

Podem soldar i treballar bé.

Ductilitat i mal·leabilitat només en calent.

Cristal·litza en diferents sistemes depenent de la Tª i el seu % de carboni. Aquestes petites quantitats de carboni influiran en l'estructura que cristal·litzarà.

Ex. Ferrita , sistema cúbic centrat, relativament tou.

Austenita, sistema cúbic centrat a les cares, dur, resistent i de bones prestacions mecàniques.

-Característiques químiques:

Té dolentes prestacions mecàniques.

Es rovella, a més aquest és porós i progressa cap a l'interior. Es degrada tota la peça.

Sensible a l'oxigen, als agents oxidants i als àcids.

-Aplicacions:

Material estructural per excel·lència, bigues, planxes, cables, cobertes, travesses.

Component bàsic dels acers.

Germani: S'utilitza amb la tecnologia dels semiconductors. Té característiques d'uns i d'altres.

Iridi: És un metall molt escàs, molt car, molt dur.

P.F. /P.E. molt elevat.

Molt resistent als agents químics.

S'utilitza per fer petites peces per dispositius d'alta tecnologia.

Magnesi: Material molt abundant en l'escorça terrestre però difícil d'aconseguir (SiMa) (SiAl).

Al mar hi ha molt MgCl i s'extrau d'aquí.

És molt lleuger, poc dens.

P.F. (650ºC) i P.E.(1100ºC) baixos.

-Característiques mecàniques:

Són dolentes.

-Característiques químiques:

També són dolentes; s'oxida, és un metall molt actiu i amb una font de calor s'inflama.

-Aplicacions:

Forma part dels aliatges lleugers.

Manganès: És molt abundant als fons marins.

-Característiques mecàniques :

No són gaire bones.

No s'utilitza com a material estructural i s'utilitza per aliatges (ocres, bronzes, llautons) tornant-los resistents al desgast.

Mercuri: El trobem en forma de mercuri metàl·lic (líquid) o en forma de cinabri (HgS).

-Característiques físiques:

Densitat = 13'6 .

P.F.(38'8).P.E.(357).

-Característiques mecàniques:

No en té.

-Característiques químiques:

Són bones.

Metall noble. No es rovella.

No reacciona amb ela àcids.

-Aplicacions:

És molt tòxic.

Termòmetres, baròmetres, temporitzadors.

øHi ha determinats metalls que es poden dissoldre amb el mercuri s'anomenen amalganes ( or, plom, sodi...).ø

Molibdè: Entra a formar part de determinats acers.

Níquel: Es troba en el nucli terrestre, a l'escorça es relativament escàs, és car.

Densitat =8'9. P.F.(1453).

-Característiques químiques :

Són molt bones semblants a les del crom.

-Aplicacions :

En aliatges del ferro, en petit material de laboratori, censors.

Or: N'hi ha poc i només s'aprofita en forma metàl·lica.

-Característiques físiques:

Molt dens.

P.F.(1063)Mitjà-baix.

-Característiques mecàniques:

Dolentes característiques mecàniques.

Tou. Poc resistent.

Dúctil i mal·leable.

Molt bon conductor.

-Característiques químiques:

Molt bones característiques químiques.

No s'oxida.

És difícil alterar-lo, només el podem dissoldre amb aigua regia.

-Aplicacions:

Orfebreria, patró monetari.

Valor intrínsec com a tal.

Petit utillatge del laboratori, censors, contactes, ...

Osmi: Metall noble escàs. És el més dens (d =22 g/ cc).

Paladí: Metall noble del tipus del platí.

S'utilitza com a censor en ambients agressius. També com a catalitzador.

Plata: Més abundant que l'or i es troba en forma AgS i de Ag ? i plata nativa (metàl·lica)

-Característiques mecàniques:

Tova, dúctil i mal·leable.

-Aplicacions:

Moneda, orfebreria, platejats.

Platí: Metall noble de la família de l'or. Té les mateixes característiques que l'or però és més escàs i més car. També s'utilitza com a catalitzador.

Plom: S'obté principalment de la galena que és un sulfur de plom. És relativament abundant.

Sol contenir petites quantitats de ZnS (blenda) i AgS; llavors s'anomenen galenes argentíferes.

-Característiques físiques:

Metall bastant dens.

P.F.(327ºC) i PE. relativament baix.

No es especialment bon conductor.

-Característiques mecàniques:

Són dolentes.

Tou.

No resistent a cap esforç mecànic.

Dúctil i mal·leable.

-Característiques químiques:

Es rovella amb facilitat.

En la superfície de contacte es forma un carbonat de plom que és molt compacte i fa que el plom resisteixi als factors atmosfèrics, per això també resisteix als agents químics.

En calent reacciona amb l'àcid nítric i l'ataquen les bases fortes.

-Aplicacions:

Per revestiments, per a aliatges i soldadures.

En balística i per fer bateries de cotxes.

S'utilitzen els derivats del plom com antidetonant de benzina. També per fer pigments.

Rodi: Metall noble, similar a l'or, platí...

És molt car.

S'utilitza per fer banys superfícials de rodi i per aliatges molt específics.

Titani: Està bastant difós en la naturalesa però és molt difícil de trobar minerals amb una riquesa suficient perquè sigui rentable la seva explotació comercial.

La Titanita és un òxid de Ti que és força rentable quan hi ha en quantitat suficient.

Considerat metall estratègic.

És difícil d'obtenir.

La seva metal·lúrgia és complicada i cara, per això és un metall car, per tan, sols s'utilitza per a aparells d'alta tecnologia.

-Característiques físiques:

Densitat baixa.

P.F.elevat (16700ºC).

-Característiques mecàniques:

Prestacions mecàniques molt, molt bones, en ocasions millors que l'acer.

Resisteix bastant bé a qualsevol tipus d'esforç sol o combinat.

Es molt dur.

No es desgasta fàcilment, per tan, és resistent a l'erosió.

Tot això es fa amb un pes molt lleuger.

-Característiques químiques:

La resistència mecànica respecte al seu pes és molt elevada.

Dúctil i mal·leable en calent.

És tenaç, molt fràgil.

Resistent a la major part d'agents químics i atmosfèrics, no s'altera. No es rovella.

Inconvenients: és car i de metal·lúrgia difícil. També té una mecanització complicada.

-Aplicacions:

Com a material estructural en alta tecnologia: aviònica, astronàutica.

En laboratori en peces petites.

Peces o estructures que hagin de ser molt lleugeres i molt resistents.

Urani: S'utilitza com a combustible nuclear en centrals nuclears.

N'hi ha de dos tipus: U 238 i U 235.

Està considerat un mineral estratègic.

Vanadi: És un component d'aliatges concretament. en acers especials.

Wolframi: És un dels metalls més densos.

P.F.molt elevat (3410ºC).

-Aplicacions:

Component d'aliatges en acers especials.

Aprofitant que té un punt d fusió tan elevat i que és conductor es fa servir per a resistències elèctriques.

Zinc: S'obté a partir del sulfur de Zn o blenda.

-Característiques físiques:

Densitat relativament. baixa. d =7'14 g/cc

P.F..(420ºC)

-Característiques mecàniques:

No són bones.

A Tª ambient (sense estar tractat) és relativament fràgil, és fractura amb facilitat.

Escalfat a 160ºC i laminat guanya prestacions, es torna més resistent als esforços sense arribar a ser un bon material estructural.

-Característiques químiques:

Suporta bastant bé els agents atmosfèrics ja que queda recobert amb contacte amb l'aire, pluja, d'òxids mixtes que el protegeixen.

Es qualificat de metall actiu.

-Aplicacions:

Per fer recobriments ( teulades de planxa). (Antigues canaleres eren de Zinc)

Per galvanitzar el ferro.

Entra a formar part de determinats. aliatges especialment de llautons.

Zirconi: És un metall de la família del Ti.

Bastant escàs i car.

S'utilitza per aliatges especials i per petits utillatges del laboratori.

ALIATGES

Bronzes: Hi ha de dos tipus:

Típic bronze: Aliatge de coure i estany. Normalment el coure és el component majoritari. L'estany està en una proporció com a màxim del 40%. Els bronzes més corrents tenen una proporció d'estany entre el 10-20%. Aliatge bastant dens.

És molt dur i molt resistent als agents atmosfèrics exteriors.

És molt dur i de molts tipus, segons el % d'Sn.

Ex.Bronze d'antifricció (! quantitats de P), bronze al manganès,...

Cuproaluminis o bronzes d'alumini: L'element majoritari és el coure i solen tenir entre un 5-20% d'Al. Molt resistent, gasten poc i no es rovellen. Són molt resistents a la corrosió, i a més tenen una elevada resistència mecànica, per això s'utilitzen per a planxes protectores.

-Aplicacions:

Té moltes aplicacions en material bèl·lic. També per fer tornilleria i peces mecàniques (estan a esforços importants).

Llautons:

Aliatges de Coure i Zinc. Component majoritari és el Cu.

Tenen % variable, del 10-30% de Zn, i segons aquest % tindrà les seves característiques mecàniques.

Color groc brillant.

N'hi haurà de molt durs, aptes per tornilleria i ferratges (% Zn elevat dins límits). També n'hi ha de tous.

Destaca perquè és molt resistent als agents atmosfèrics i a l'ambient marí (s'utilitza molt a marineria).

No és rovella.

-Aplicacions:

Tornilleria i ferratges. Embalatges. Recipients, petits utensilis, objectes de decoració, recobriments destinats a contacte amb l'atmosfera.

Duralumini:

Aliatge on component majoritari és l'Alumini i el minoritari el Cu.

Aspecte blanc " al Fe.

Molt resistent als esforços mecànics. A més, com està format per Al és molt lleuger.

Deu ser car i difícil de treballar perquè no s'utilitza gaire a pesar de les bones característiques. estructurals.

No es rovella.

Ex. Escales, gàbies feres, estructures. concretes i específiques.

Acer:

Aliatge d'inclusió que es forma entre el Fe i C amb una proporció entre 1'76-0'5 % de C.

Si la % es troba entre 1'76-20% s'anomena ferro de fundició. Aquest s'obté als forns i per obtenir l'acer, es posa amb unes cubes amb o que reacciona amb el C en excés, convertint-se en CO2, surtin de la superfície, s'anomena Convertidor Bessemer. D'aquesta manera es regula la quantitat de C que té el Fe.

L'acer és un material que té moltíssim millor les prestacions mecàniques que el Fe dolç.

És molt dur, molt més resistent.

L'estructura pot estar en forma cúbica centrada al cos i centrat a les cares (Austenita).

En determinades condicions s'obté la Martensita que és molt forta. S'obté trempa l'Austenita. És una estructura cúbica centrada al cos i el C es col·loca on pot. Hi ha diversos tipus d'acers:

Acer inoxidable: Conté C, un % de Cr i Ní. (18% Cr, 8% Ni)

Es totalment resistent als agents atmosfèrics y reactius químics.

Acer al Crom-Vanadi: Molt resistent a flexió i són molt durs. S'utilitza per fer eines.

Acer al Manganès:ø Especialment durs y resistents al desgast per abrasió. Se'n fan eixos,

Acer al Molibdè: ø coixinets, eines y eines de tall.

Acer al Silici: Resistent a al corrosió, estan destinats a recipients que continguin ambients agressius. Són durs.

Aliatges lleugers:

Aliatges formats per metalls de baixa densitat, s'utilitzen el Mg, Al; Zn, Sb. Destinats a preparar estructures resistents i lleugeres.

T.5. MATERIALS CERÀMICS.

5.1.CONCEPTE. CERÀMICS CLÀSSICS I TÈCNICS.

Són materials molt heterogenis amb orígens molt diferents, això fa que sigui difícil de definir-lo.

Ceràmic: un sòlid que no és ni metall ni polímer. Està format per un conjunt de materials sòlids, inorgànics obtinguts per cocció o per fusió de matèries primeres, com poden ser òxids, silicats, sals, argiles, carburs, etc...que tenen caràcter aïllant o semiconductor, tèrmic o elèctric.

Per cocció podem obtenir els maons per ex. i per fusió el vidre.

-Classificació:

• CLÀSSIQUES:

Terracotes: Material ceràmic que s'obté per cocció d'argiles (silicats d'Al i Mg) al forn entre 800-1500º C, és característic per ser un material porós (15-30%) porositat. Poden estar esmaltades superficialment. Ex. maons, teules.

Rajola de valència: S'obté per cocció de telers i argiles. La diferència amb la terracota és que la matèria prima no té tantes impureses i la porositat és inferior entre 10-15% de porositat, per tant, és un material compacte. Podem estar esmaltades superficialment. Ex. rajoles de cuina que són més primes, material del que fan els sanitaris.

Gres: S'obté per cocció. És poc porós, entre 0'5-3% de porositat. Té un vitrificat superficial o esmaltada ( es fa aplicant calor a la superfície , llavors es forma vidre). Té una superfície molt dura i no es taca.

Porcellana: També s'obté per cocció. Porositat entre 0'5-2%. A diferència del gres les matèries primeres són molt dures i de més qualitat; també solen estar esmaltades. Ex. figuretes, sanitaris, materials aïllant elèctrics, vaixelles, eines de laboratori (càpsules, crisols,...)

Vidres: Estan formats per òxids, silicats i algunes sals. S'obtenen per fusió i quan està fred es converteix en vidre. Es homogeni en tota la massa i està vitrificat en tota la massa. Té un 0% de porositat. Poden ser opacs, translúcids i transparents.

(un esmalt és un vidre però que sol tenir unes característiques especials de color i formes)

• CIMENTS:

1.Ciment: És una barreja de silicats de Ca, Aluminats de Ca i aigua. Es forma al forn i té la capacitat de fraguar: les molècules d'aigua es col·loquen o coordinen al voltant de les molècules de silicats de Ca i aluminats de Ca i s'endureix.

2. Ciment Pòrtland: Es fa amb CaCO3 i argila, després cuit amb un forn rotatori a 1500ºC s'obté un granulat que s'anomena crinkel. Aquest. crinkel amb un 2-3% de guix s'obté el pòrtland. Aquest fragua més ràpid i és més dur i resistent. En la construcció s'utilitza barrejat amb sorra proporció 3 sorra 1 porland això rep el nom de morter.

3. Formigó: Es una barreja de sorra fragments de pedra; proporció 2-3% de sorra, 1 de grava i 1 de ciment. Excel·lent material de construcció. Treballa molt bé a la compressió.

4. Formigó armat: Al seu interior porta unes barilles de ferro longitudinals. El ferro millora les prestacions perquè treballa molt bé a tracció i millora la força del formigó.

5. Terrasso: Un formigó que porta terres colorejades i està polit perfectament. Una base de ciment normal i per sobre formigó polit.

6. Guix: Es sulfat de calci hidratat que per escalfament perd mitja molècula de aigua. S'utilitza per fer revestiments ja que les seves característiques mecàniques són dolentes. Material tou.

7. Calç: CaO, té la capacitat de fraguar (absorbeix l'aigua) i queda en forma de Ca(OH)2

8. Fibrociment: Format per ciment una malla de fibres minerals com per ex. l'absent (taula) i l'amiant. Aquestes fibres són cancerígenes quan es respiren i es dipositen en les vies respiratòries.

S'utilitza per fer cobertes, se'n fan molts dipòsits d'aigua, desaigües. Aquestes fibres tenen característiques molt especials, suporten altes temperatures i actuen molt bé com a aïllants tèrmics. Són molt resistents als agents químics i costa degradar-los.

• CERÀMIQUES TÈCNIQUES:

1.Ceràmiques tècniques: Materials de composició molt diferent però tenen la característica de tenir unes prestacions molt bones en determinats aspectes.

2.Ceràmiques d'elevada tenacitat: Combina la duresa i la resistència a l'impacte.

Ex: Alúmina Al2O3, Titanita TiO2, Zirconita ZnO2

3.Ceràmiques d'elevada duresa: S'utilitzen per eines de tall i moles.

Ex. Diamant, BN (nitrur de bor), Corindó (òxid d'Al), Beril, Carburundó, TiC (carbur de Titani)

4.Ceràmiques d'elevades prestacions mecàniques: Tenen bones prestacions a tracció. Són recents i de tecnologia difícil, són materials sintètics, tenen la característica de suportar tensions elevades i són molt lleugers. No s'alteren, es combustible i conductora ( fibra de grafit).La fibra de bor és aïllant.

S'apliquen en materials d'alta tecnologia, i es destinen a materials d'altes prestacions.

Ex. fibra de carboni, fibra de vidre .

5.Ceràmiques refractàries: Materials que suporten molt bé elevades tensions. S'utilitzen amb alta tecnologia, microforns d'alta tecnologia, transbordadors espacials.

Ex. Alúmina Al2O3 . MgO . Al2L3 + SiO2

6. Ceràmiques aïllants, semiconductores i conductores: Per norma general les ceràmiques són aïllants, però hi ha excepcions.

Conductores: ReO3 en electrònica i electricitat.

Semiconductores: ZnO, VO2, el Si i el Ge dopats (porten diverses impureses)

Aquestes prestacions venen determinades per la seva:

- composició i tipus d'enllaç

- cristal·linitat o no cristal·linitat

- microestructura

- mètode de preparació

5.2.ESTRUCTURA I MICROESTRUCTURA DELS MATERIALS CERÀMICS.

Composició: defineix el tipus d'enllaç entre ela àtoms. Sempre seran enllaços covalents (compartició d'electrons, l'enllaç més fort, per trencar enllaç s'ha de donar molta energia) o enllaç iònic.

Diamant, AlO, Nitrur de Bor, Carbur de Titani ! enllaç covalent.

Algun material ceràmic d'enllaç iònic (unes partícules han perdut una càrrega elèctrica i la cedeixen a unes altres partícules.

Poques ceràmiques tècniques tenen enllaç iònic. L'enllaç iònic és més fàcil de trencar.

NaCl, CaF2 ! ceràmiques normals amb enllaç iònic.

Les ceràmiques en general no tenen enllaç covalent i iònic pur.

N B Al2O3 ! Són covalents amb un cert % d'iònics.

Segons sigui el % de iònic dins de l'enllaç covalent els enllaços seran més forts o més febles. Que la unió dels àtoms sigui més o menys forta condicionarà les característiques físiques d'aquest material.

Un material amb enllaç molt fort serà dur, tindrà un punt de fusió alt i serà resistent als esforços metàl·lics.

Cristal·linitat: El material pot adoptar una estructura cristal·lina o una vítria. Els silicats normalment són cristal·lins, però preparats .........cialment són vitris.

Els cristalls de quars (SiO2) són cristal·lins i presenten anisotropia en uns determinada. eixos, una de les manifestacions d'aquesta. anisotropia és que si fem una pressió en determinada. eixos s'estableix una diferència de potencial entre els extrems del quars (genera electricitat).

Si fonem el quars i el refredem depressa tindrem un vidre de quars i ja no serà anisòtrop sinó que serà isòtrop.

Normalment treballaran més bé als esforços mecànics els materials isòtrops (que no tenen estructura cristal·lina).

Microestructura: Ve determinada per la mida dels grans. Augmenten les característiques mecàniques al disminuir el tamany del gra.

....Falten dibuixos.......

1.La fractura es propagarà per tot arreu.

2.Probablement només es trenqui el gra que rep l'esforç. El que rep l'esforç es trenca segur. Quan més petit és el gra millor.

3. Ídem 2.

4. Serà més difícil de que es trenqui el primer perquè no és cristal·lí i no té direccions marcades.

El vitri de gra molt petit serà el més resistent.

Mètode de preparació: Per aconseguir ceràmiques tècniques d'elevada eficàcia es necessari que la composició de les matèries primeres sigui de màxima puresa (99'99%). El material ha de tenir una composició fixa i definida, tota aquella peça que tingui les mateixes característiques d'homogeneïtat (en composició, estructura i microestructura).

Són molt sensibles a la Tª i al temps de cocció (es podrien fondre els grans). La preparació de sintetitzats millora molt les prestacions tècniques.

Aquest material se prepara fen un granulat molt petit dels grans i després compactant-los. Ho posem en un recipient i es premsa a elevades pressions i es cou. Si mentre el premsem, l'escalfem a una Tª de subfusió succeeix una fusió de la superfície dels grans.

Fer un sinteritzat: Es un material ceràmic sotmès a una pressió i Tª lleugerament per sota de la seva fusió. En aquestes. Tº els grans se solden entre ells.

5.2.PROPIETATS FÍSIQUES DELS CERÀMICS.

Densitat baixa: sol variar entre 2-5 g/cc.

Materials lleugers.

Punt de fusió sol ser bastant alt i el punt d'ebullició elevadíssim.

5.3.PROPIETATS MECÀNIQUES:

Elevada duresa dels ceràmics.

Bon comportament a l'esforç de compressió.

Molt fràgils( no resisteix l'impacte) a excepció dels ceràmiques tècniques d'elevada tenacitat, en els que s'ha intentat superar això.

Aïllants tèrmics-elèctrics menys els derivats del Si i Ge, que són semiconductors i alguns conductors com l'òxid de Reni o l'òxid de zinc.

Algunes presenten o manifesten algunes propietats especials com els piezo-electricitat (donant energia mecànica al cristall de quars en una determinada direcció es produeix energia elèctrica)

Algunes són ferroelèctriques que són ceràmiques sotmeses a un camp magnètic o elèctric funcionen com a piles, s'orienten en direcció al camp.

Conductivitat tèrmica: són aïllants.

La contracció i dilatació: no en tenen o molt poc degut a que els enllaços entre els àtoms són molt forts i no permeten aquest. tipus de deformacions.

Els materials ceràmics no suporten els xocs tèrmics( augments bruscos i localitzats de temperatura)

5.4.PROPIETATS ÒPTIQUES:

Hi ha ceràmics transparents (vidres), també n'hi ha de translúcids (vidre opal) i opaques.

5.5.PROPIETATS QUÍMIQUES DELS CERÀMICS:

Els ceràmics són molt uniformes.

Són molt resistents als factors ambientals (oxidació, hidròlisi, atac d'àcids (bases) ), per tant, són materials molt estables, això és degut a la seva composició. Els ceràmics són òxids, per tant, ja estan oxidats i llavors l'oxigen no afecta, i l'aigua tampoc.

El HF i els fluorurs ataquen als materials ceràmics.

HF es combina amb el Si formant SiF4 (volàtil) i llavors el material es desfà, es demora.

S'emporta el silici que el compon i llavors es desfà.

Al diamant l'HF no l'ataca.

HF ataca als derivats que contenen silici dels materials ceràmics, ràpidament.

H3PO4 concentrat i calent és capaç de dissoldre els materials ceràmics que contenen silici però de manera lenta.

Les NaOh, KOH (bases i solucions fortes), concentrades i calentes també ataquen als materials ceràmics derivats del silici però lentament.

5.6.ESTUDI DEL VIDRE.

El concepte de vidre és molt ample i de vegades molt mal utilitzat. De vidres hi ha molt tipus, per tant, la definició dependrà de la seva composició. Podem dir que un vidre és un material +/- rígid, dur i transparent.

La major part dels vidres provenen de la fusió dels silicats i d' òxid de silici que s'han deixat refredar ràpidament.

Tipus de vidre:

1.-Vidres d'òxids:

Vidres de silicats: Són vidres corrents de finestra. Estan fets per una fusió de silicats (càlcic, potàssic, òxid. sòdic i normalment sílice)

Aquests vidres no tenen bones prestacions de cap tipus..

Fonen a un Tª relativament baixa i no són útils com a material de laboratori ni com a material d'ús farmacèutic o sanitari. Això es degut a que hi ha un intercanvi d'ions entre els líquids i el vidre.

Aquest intercanvi d'ions metàl·lics amb l'aire o H2O s'anomena atac hidrolític, i el resultat serà que a l'aire o aigua es quedaran els ions metàl·lics.

Vidres de quars: S'obté a partir de sílice fossa. El quars és òxid de sílice cristal·lí.

SiO2 (sorra de platja) fonem i deixem refredar ràpidament i obtenim un vidre.

Aquest vidre és més dur, té punt de fusió " 3000ºC.

En general, té unes condicions millor que el vidre de silicats.

És relativament car. S'utilitza per petites peces d'aplicacions molt concretes, normalment quan es requereix transparència a determinada  (longitud d'ona) concretament l'ultravioleta.

Vidre de borrosilici: La composició està més depurada. Són vidres de més qualitat. En la seva composició entra el Borax (N2B2O7) com a fundant (baix p. fusió) i per incorporar Bor a la composició del vidre( matriu sílica).Vidres d'alta qualitat, suporten molt bé les altes Tª i el xoc tèrmic. També per a material sanitari, a més a més n'hi ha de diferents tipus:

Tipo I: Ataca bastant hidrolíticament.

Tipo II: Atac hidrolític.

Tipus III: Molt poc atac hidrolític.

Vidre de plom: Porten un % d'òxid de plom.

En principi serien vidres de borosilici o silicats però amb un % d'òxid de plom. Sol estar entre el 15-25%.

És un vidre dels més durs, pesa molt. Té un índex de refracció més gran( aquests vidres quan se'ls il·lumina dispersen més que un vidre corrent). El que s'anomena vulgarment cristalls.

Aplicacions en decoració ( dins de l'àmbit domèstic).

Vidres de Beril·li: S'utilitzen en física nuclear perquè són transparents al visible però opacs a la radiació gamma.

2.-Vidres de calcogenís:

Consisteix en S, Se fosos i deixats a refredar. Pera determinar utilitzacions molt concretes (censors,..)

3.-Vidres de alogenurs:

No són pròpiament vidres, són cristalls iònics dels halògens, alcalins o alcalinoterris. Ex. NaCl (sal cuina) CaF2 i Kbr.

En aplicacions òptiques. Els de CaF2 són molt transparents, sobretot a longituds d'ona () visibles i s'utilitza per òptica de qualitat (lents de fotografia, microscopia...9. Les pèrdues per dispersió són molt baixes. Inconvenient: és molt tou, llavors està cobert per una capa de vidre de quars ( finalitat protegir).

Els vidres de NaCl, Kbr s'utilitzen per fer finestres a la radiació infraroja.

Es transparent a la radiació infraroja.

4.-Vidres orgànics:

Formats per polímers (plàstics) que poden tenir +/- cristal·linitat, molts d'ells són transparents i amb bones característiques òptiques.

Ex. el polimetacrilat de metil, els policarbonats, el poliestiré.

Serveixen en utilitats molt diverses.

5.-Vidres metàl·lics:

S'obtenen de metalls o aliatges fosos, refredats a molt alta velocitat (10ºC).

Característiques físiques dels vidres:

Densitat: Varia entre2-3 gr/cc (Pb pot arribar fins a 6 gr/cc).

Punt de fusió: Varia, encara que és alt. Ex. Els vidres de sílici on la quantitat de Na és elevada tindrà el punt de fusió relativament baix.(T= 700-800ºC). Els vidres de silice el tenen molt alt.

Punt d'ebullició: és molt alt.

Conducció elèctrica: són aïllants.

Conducció tèrmica: també actua com a aïllant i amb el vidre sòlid la poca conducció tèrmica que hi haurà seria per conducció i serà molt escassa. Quan elvidre fos la conducció de calor és per conducció i per conveció sobretot.

Capacitat de contracció-dilatació: Els vidres de silicats i sílice tenen un coeficient de dilatació alt (si escalfem es dilata) i aquest és la causa de la seva fractura davant els canvis bruscos de Tª. Els vidres de borosilicats el coeficient de dilatació és molt escàs, gairebé no es dilata, per tant, no apareixen tensions interiors i per tant no es trenca.

Viscositat: El vidre és un material extremadament viscós. És tan elevada que té la consistència sòlida, i inclós el podem considerar com a dur. Vvaris millons de vegades més viscós que l'aigua.

El vidre té una estructura líquida i tots els líquids presenten aquestes propietats, però com és tan viscós el considerem sòlid.

Pel seu propi pes es va deformant.

És un paràmetre que depen de la Tª. A major Tª disminueix la viscositat.

Característiques mecàniques:

Són notablement bones.

Material molt lleuger amb densitat molt baixa.

Resistència als esforços és bona, elevada. Treballa molt bé a compressió i alguns dels vidres es poden qualificar de materials durs.(vidres de silicats bastan tous)

La resistència teòrica de l'esforç de tracció és de 1000kg/mm2. A la pràctica no és així i sol aguantar de 2-3 kg/mm2. Això és causat perquè té una estructura de tipus vidre i moltes dislocacions.

Inconvenients del vidre: És molt fràgil, això és degut a que no té deformació plàstica, passa directament de deformació elàstica al límit de fractura.

Característiques químiques:

Són les mateixes que les dels materials ceràmics en general.

Els ataca directament l'HF i el F2. Aquesta reacció s'usa per fer els grabats en vidre(sobre una làmina de vidre es posa una capa de cera, amb un punxó es dibuixa el que es vulgui, s'aboca HF i les perats ratllades on no hi ha cera, són atacades per HF i queden marcades) .

L'àcid fosfòric concentrat en calent desfà el vidre.

Les bases fortes en calent el podem dissoldre ( hi ha un intercanvi d'ions).

A llarg termini elsàcids també ataquen el vidre ( hi ha una substitució dels ions metàl·lics pels protons dels àcids).

Aplicacions:

1.-Òptiques: S'usa per fer lents, lupes, miralls, prismes,...

"oftàlmiques: lents de les ulleres, lentilles.

"filtres òptics, amb color en tota la massa del vidre o només superfícilas. Hi han filtres que contenen cromògors ( substàncies que tenen grups funcionals que absorbeixen en una determinada longitud d'ona). Vidres amb filtres fotosensibles i fotocromàtics (ulleres que al sol es tornen fosques). Moltsd'aquests vidres contenen bromur de plata:

Ag - + Br- ! h. !Ag 0 + Br 0

"fibra òptica: medi de transmissió de senyals i de comunicacions que s'estan establint per les seves ventatges. Formades per un nucli i una camisa en que tenen un índex de refracció diferent (el del nucli és major que el de la camisa). Quan es fa passar un raig de llum a través del nucli es reflexa totalment i viatja a través de la fibra òptica sense atravessar les parets. Actua com un mirall.

Les materies primeres són barates i abundants.

La capacitat de transnissió és molt més elevada que en els conductors metàl·lics. Poden ser bidireccionals de forma simultànea. Com no són senyals elèctriques no hi han tants problemes d'interferències.

Manifesten una baixa aturnació de la senyal ( a mesura que va viatjant gairebé no es perd).

És més lleuger que un de tipus metàl·lic.

2.-Endoscòpiques:

"electròniques: els vidres funcionen com aïllants en tubs de buit i en semiconductors, degut a que es fiquen algunes impurezes (Ge, Ga) al Si ( el dopem).

El Si comercial s'ha de purificar, fent reaccionar el Si amb F2 i s'obté el SiF4 (volàtil).

El SiF4 recuperat, si el fem passar per NaOH obtindrem el NaF (estable) i el SiO2.

SiF4 + NaOH!NaF + SiO2

Amb H2 obtenim el Si pur. SiO2 + 2H2 ! Si + H2O

Tècnica de purificació per zones : Cada substància té un P.F característic. Les barreges de substàncies tenen un PF inferior al de les substàncies originals.

A: PF- >120ºC A+B (50% i 50%) = 70ªC

ø

B: PF-> 90ºC A+B (99'99% i 0'01%) = 118ºC

S'agafa un cilindre de sílice i es posa a un forn i es mou la barra de Si a través d'aquest forn i s'escalfa la barra auna Tª molt pròxima al PF del Si.

Si hi ha impurezes a una patr de la barra es fon, i les impurezes es van arrossegant fins a l'última zona de la barra. Aquest troç es talla i es desprecia.

D'aquesta manera es pot arribar a nivells d'impurezes indetectables pels mètodes convencionals

3.-Construcció: S'usa el vidre com a separació ( blocs de vidre massís), en forma laminar i superfície pulida per fer finestres,...

Alguns d'aquests vidres especials: vidres blindats ( dos capes de vidre i al mig una làmina de material plàstic adherit). Un altre resistent als cops és el vidre trempat. Els vidres atèrmics soporten molt bé les Tª elevades.

La fibra de vidre es pot utilitzar per filtrar ( bastant inert). Es fan panels de fibra de vidre (acústics, molt estables als augments atmosfèrics i biològics, i en principi no són combústibles però no són aïllants de l'humitat). S'usa per fer materials compostos (poliester amb fibra de vidre).

Aquesta fibra de vidre es pot teixir ( es pot fer roba!ROVING).

Són teles incombustibles, molt resistents als esforços mecànics, es poden barrejar amb residuos.

El vidre buit s'usa per fer recipients i contenidors ( ampolles, erlenmeers, tubs,...)

6. POLÍMERS I MATERIALS COMPOSTOS.

6.1.CONCEPTE. POLIMERITZACIÓ. CLASSIFICACIONS.

Polímer: Material format per unitats repetitives enllaçades entre elles per enllaços de tipus covalents anomenades monòmers (unitat bàsica d'un polímer).

Tenen un pes molecular molt elevat i es poden arribar a formar cadenes de mides macroscòpiques. La reacció que dóna lloc als polímers reb el nom de polimerització.Podem obtenir polímers mitjançant dos reaccions de polimerització diferent:

-per adicció: forman radicals lliures d'un a altre monòmer a mesura que es va unint.

Pasos:1. Iniciació: generar radicals lliures del monòmer.Polímer típic d'adicció és el polietilé: la materia primera és l'etilé(CH2=CH2).Es trenquen els enllaços i queden lliures(*CH2-CH2*) que s'han d'aparellar amb altres.

2. Propagació: aquests radicals lliures reaccionen amb altres etilens.

3. Acabament: quan ja estan tots polimeritzts i ja no queden radicals lliures. Aquestes cadenes poden ser de diferentes mides.

-per condensació: els monòmers s'ajunten entre ells en una reacció química d'esterificació o formació d'amides.

es forma un poliester(esterificació).

es forma una poliamida.

Ex. polímers per adicció: polietilé, poliester, polipropilé, poliuretans, PVC,...

Ex. polímers condensació i nailons, poliester, els naturals (proteines), residuos fenoliques...

HOMOPOLÍMERS

Els polímers estan formats per un sol tipus de monòmers (A-A-A-A-A-....) i reb el nom de Homopolímer, o pot estar format per diferents monòmers (A-B-A-B-A-B-...) i reb el nom de Copolímer. La possibilitat de formar copolímers augmenta molt les prestacions que pot tenir un material d'aquest tipus.

6.2.ESTRUCTURA I MICROESTRUCTURA DELS POLÍMERS

Fa referència en primera instància a com s'uneixen els polímers.

Quan els monòmers s'uneixen a altres dos, donen lloc a polímers lineals. i la imatge seria de cadenes unides.

Quan el monòmer s'uneix amb més de dos, tenim polímers ramificats.

Quan en un polímer les cadenes s'uneixen entre elles dóna lloc a un polímer reticular.

Aquestes diferentes possibilitats condicionen les característiques físiques dels polímers.

Polímers lineals: solen ser tous, elàstics, si augmentem la temperatura acaben fonen. També reben el nom de Termoplàstics.

Polímers reticulars: solen ser polímers durs, en ocasions fràgils, estables al calor (no fonen) i si augmenten molt la temperatura es descomposen.També s'anomenen Termoestables o termofixes.

Polímers ramificats: es troben en una posició intermedia. Té característiques dels termoestables com més ramificat estigui. Tendeixen als termoestables.

Una altra característica seria la disposició espacial dels grups laterals dels monòmers.

Podem trobar els fenils per sota del pla perpendicularment, per dalt o per sota alternats i també a l'atzar. Això condicionarà molt la posterior estructura d'aquests polímers.

Si tots els radicals es troben en el mateix pla, tenim un polímer Isotàctic.

Si els radicals estan alternats s'anomena Sindiotàctic.

Si els radicals estan sense ordre, a l'atzar s'anomeana Atàctic.

La conseqüència que té això es que els tàctils solen ser cristal·lins o bastant cristal·lins, es a dir les cadenes al estar odenades presenten una regularitat de les forçes intermoleculars entre una cadena i una altra, això els dóna cristal·linitat.(La conferedació d'aquestes forçes intermoleculars dóna cristal·linitat.).

Si els radicals estan alternats les forces intermolculars no es poden acoplar, no estan conjuntades i s'ordenen a l'atzar, llavors totes les cadenes estan desordenades i dóna vidres.

Que sigui un polímer cristal·lí o vitri té conseqüències en les característiques físiques. I també condicionarà la microestructura dels polímers.

En els polímers cristal·lins les cadenes s'ordenen en forma de linees plegades. Aquestes cadenes plegades s'anomenen Lameles. Pot tenir restes de cadenes que no estiguin plegades, com no està ordenada, és un fragment no cristal·lí o vítri del polímer.(pag.23)

Aquesta estructura lamelar s'organitza en estructures més complexes en que l'estructura lamelar parteix d'un punt central i s'orienten radialment donant forma esfèrica que s'anomena Esferulita.

Els polímers amorfes si augmentem la temperatura passa a líquid viscós. A temperatura elevada si les cadenes són curtes és un líquid, si les cadenes són llargues queda amb consistència pastosa.

En polímers cristal·lins a temperatures elevades (líquids o pastosos i hi ha un estat cristal·lí ( temperatura ambient) entre la temperatura elevada o temperatura menor que cristal·lí.

Si les forces inermoleculars entre cadenes són dèbils són vidres,si són tiran a elevades són cristal·lins, i si són molt fortes són fibres.

Aquests polímers atàctils si augmenten la temperatura formen plàstics.

6.3.TIPUS DE POLÍMERS:

Segons l'origen.

1.-NATURAL:

- Cautxú i derivats: S'obté aixugant la sava d'un arbre, HAEVEA BRASILENSIS. Fan talls diagonals a l'escorça i que agafi també una mica de l'interior.

La sava que surt és el cautxú cru, es deixa secar i dóna una massa blanca, engantxosa, elàstica i que té deformació plàstica molt elevada. El cautxú cru no serveix absolutament per a res.

GOODYEAR va descobrir el procés de vulcanització del cautxú. Consisteix en afegir sofre amb xcalent a la massa de cautxú. Les cadenes del cautxú cru són cadenes lineals de isopré, el que fa el S es unir les cadenes amb ponts de sulfur i disulfur i transforma el polímer de transforma el polímer de tipus lineal a un polímer reticular.çLes característiques del cautxú vulcanitzat varia segons la quantitat de S que introduim.

Si fiquem molt S dóna lloc a un producte de color negre, molt rígid i termoestable i rep el nom d'Ebonita. Es fan diferents objectes sobretot objectes de fusta, petites peces de decoració, motllures, aplics...(pag31)

El cautxú vulcanitzat té moltes utilitzacions (gomes d'esborrar).Es el primer plàstic que va haber a primers de segle. Aplicació ràpida en els neumàtics de cotxe ( abans eren de cautxú vulcanitzat amb càrrega de carbó). El carbó millora molt la resistència al desgast.

Un dels derivats és el neopré o cloropré (típica goma) (derivat que conté clor) (trajes de neopré, mangueres de benzina).

Són molt elàstics (cautxú i derivats) s'anomenen Elastòmers.

- Proteïnes: Bàsicament hi ha dos tipus que són la seda i la llana.Tammbé hi ha un altra que és la caseïna que se'n fan figuretes.

La llana és d'origen animal mamífer, i la seda s'obté de les orugues de la seda. L'aplicació és tèxtil.(pag34)

Característiques:

La seda es fila en fils més fins, resistents a la tracció.

Amb una tracció de 3 la seda s'allarga un 20% ! fibra molt resistent.

Amb una tracció de 1 la llana s'allarga un 40%.

Tenen tacte diferent.

Amb el mateix pes s'aïlla més la seda que la llana.

Les característiques de la seda són millors que de la llana, però també és més cara

- Cel·lulosa i derivats: El monòmer de la cel·lulosa són estructures de glucosa unides per enllaços de tipus beta.

El cotó és gairebé tot cel·lulosa. S'utilitza com a fibra tèxtil de diferents orígens (cordes, teixits)

Derivats: un Rayon® , consisteix en dissoldre la cel·lulosa amb uns reactius que normalment són bàsics i derivats del sofre i després la regenerem amb un tractament àcid i salí. Queda més regular amb forma de filaments. El nom genèic és cel·lulosa regenerada.

Utilització tèxtil.

El Acetat de cel·lulosa s'obté tractan la cel·lulosa amb medi àcid i amb reactiu amb àcid acètic. S'obté una pasteta que es deixa aixugar bé i dóna una forma de làmines transparents i es coneix amb el nom de celofan (abans es feien les pelicules de cine)

L'inconvenient dels derivats és que són molt inflamables. Un derivat important és el Nitrat de Cel·lulosa. S'obté tractan la cel·lulosa d'acid nítric i H2SO4. És molt inflamable i se'n fan explosius, és tou, consisten (laques de pintures).

2.-SEMISINTÈTICS:

3.-SINTÈTICS:

Són productes majoritariament derivats del petroli. N'hi ha molt més importants:

Polietilé

Polipropilé

Policlorur de vinil (PVC)

Poliestiré

Policarbonats

Poliuretans Politetrafluoretilé (TEFLON)

Polimetacrilat de metil

Poliester

Poliamides

Cautxú butil

Resines ABS

Bakelites i Melamines

Silicones

Poliaritats

Resines urea-formol

Resines epoxi.

Els més problemàtics en aquest sentit són els poliuretans, els poliestirens i el PVC.

Permeabilitat:Varia segons el polímer i segos el fluid que ha de contenir. Hi ha polímers molt poc permeables (PVC i polietilé) i alguns impermeables (TEFLON)

Els recipients de qualitat per analítica són de Teflón.

Característiques mecàniques: En peces que han d'estar sotmeses a diferents esforços. Alguns polímers tindran bones prestacions mecàniques.

Aquestes característiques i prestacions mecàniques dels polímers hauràn d'estar destinades a activitats que es realitzin a Tª ambient. Segons el comportament mecànic classifiquem els polímers en:

Plàstics: Rígids a Tª ambient.

Tous i flexibles quan augmenta la Tª

Ex: polietilé, polipropilé, PVC, poliestilé.

Elastòmers: A Tª ambient són elàstics i després d'in esforç de deformació recuperem la

forma original. Ex: cautxú.

Resines: A Tª ambient són dures (i mantenen les característiques) i a Tª molt elevada es

solen descomposar. Ex: fòrmica.

Fibres: A Tª ambient manifesten una gran resistència a la tracció. Molts plàstics s'usen

com a fibres i al revés. Ex. Fibres de poliester, nylons,...

Aquesta bona estabilitat química fa que aquests materials siguin útils per reci-

pients i envasos de tipus cúbic.

Resistència als dissolvents: Alguns són solubles als dissolvents. Els derivats de la cel·lulosa i toleren malament els dissolvents. La resta solen ser resistents als dissolvents.Ex. determinats cautxu.

Fotodegradació: És l'alteració de l'estructura del polímer per l'acció de la radiació electromagnètica. Les radiaciona UV són les que fracturen amb més facilitat les cadenes polimèriques.

Els polímers en general són bastant fotodegradables, per tant, es descomposen (nylon, PVC...)

El PVC admet additius que són retardants de la fotodegradació.

El polimetraquilat de metil és un plàstic transparent que s'usa per claraboies i per fer hivernacles.

Biodegradació: Els plàstics no són biodegradables. Excepte els naturals la llana i la cel·lulosa.

6.4. EFECTE DELS ADDITIUS SOBRE ELS POLÍMERS:

Els plàstics admeten aditius i aquests transformen les característiques físiques i químiques dels polímers.

Plastificants: Molècules molt voluminoses que s'incorporen als polímers i s'interposen entre les cadenes separant-les.S'aconsegueix que un polímer que podia ser rígid es torni tou i elàstic. Ex.PVC.

Càrregues inerts: Són substàncies que augmenten el volum de la massa del producte i en ocasions milloren alguna de les seves prestacions.Ex. C en cautxú, augmenta la resistència al roçament ; serradures de fusta i metàl·liques; plàstics; fibres tèxtils, de vidre...; sorra i terres.

Estabilitzants: Són substàncies que s'afegeixen als polímers per evitar la seva degradació a curt i llarg termini. El que fan és reaccionar amb components del plàstic que encara són químicament actius i poden acabar degradant-lo.

Retardadors de combustió (ignífugs): Aditius que tenen la finalitat d'impedir o retardar que el polímer es cremi. Alguns són càrregues inetrs que no siguin combustibles (càrregues minerals) derivats de l'antimoni o derivats del flúor.

Protectors solars: Un dels principals enemics dels polímers és la fotodegradació. Estan destinats a evitar que el sol degradi els polímers ( sobretot aquells que han d'estar exposats a aquestes radiacions). El típic és el PVC.

Són substàncies que absorbeixen la radiació ultravioleta. Es caracteritzen perquè tenen bastantes insaturacions.

Pigments i colorants: L'únic que es fan es donar color i també determinada protecció solar.

Un pigment es dispersa dins del polímer, són unes petites particules +/- fines amb color.Un colorant es quan es dissolt dins de al massa del polímer i les molecules queden dissoltes.

Coatyuvants tecnològics: És un conjunt de substàncies que s'utilitza en la fabricació del polímer i en la fabricació dels objectes, com a auxiliars.( " lubricant perquè no es quedi enganxat al motlle). Ex. Talco,silicona, parafines, vaselines,...

6.5.DESCRIPCIÓ DELS PRINCIPALS POLÍMERS

POLETILÉ: Polímer més sencill que consisteix en cadenes carbonades i saturades. El monòmer és l'etilé. Hi ha dos tipus:

- d'alta densitat (tub): conté poques ramificacions, per tant, menys volum més cadenes ! alta densitat.

- baixa densitat (bossa plàstic): hi ha cadenes laterals, estan més separades i les forces intermoleculars són menys efectives, per tant, hi ha més volum amb menys cadenes.

Característiques tècniques:

Polímer molt estable..

Reacciona amb molt pocs productes. Reacciona malament amb els reactius de tipus apolar (gasolina, benc`). El dissolen, altres l'unflen perquè l'estoben...

Com és apolar es compatible amb dissolvents apolars. Fan l'efecte com si fossin plastificants, perden les característiques tècniques, sobretot la rigidesa perquè l'estoba. Soporten bastant bé l'efecte de la radiació solar i es relativamnet resistent a la fotodegradació. A la flama crema amb una llum blanca i olor a cera. Es combustible i té un punt d'ignició relativamnet baix.

Característiques mecàniques:

Tant el de alta com el de baixa densitat es poden qualificar de tous, però el de baixa encara ho és més.Resisteix bastan bé l'esforç de l'impacte especialment el d'alta (resisteix bastant bé). On té milors prestacions és al desgarrament. La rigidesa é saceptable en el d'alta densitat. El de baixa no és rígid.

Aplicacions:

Degut a la seva sencillesa, a al facilitat d'obtenir productes i en que la matèria primera és un derivat del petroli molt corrent (etilé) té un preu bastant baix i junt amb el PVC és el que té una aplicació més amplia. S'utilitza per contenidors tan de sòlids com de líquids (frascos d'aigua destilada).

El polietilé d'alta densitat és molt indicat per tuberíes d'alta pressió.

En forma de làmines per recobriments (hivernacles de maduixes).

Petites peces (taps interiors de botelles).

POLIPROPILÉ: Polímer més lleuger ( densitat més baixa). Polímer que s'utilitza sol o en forma de copolímer associat al polietié per aconseguir unes prestacions mixtes entre els dos. És molt estable, del mateix tipus del polietilé.

És bastant rígid i degut a això la resistència a l'impacte és dolenta, per tant, és fràgil. És bastant dur.

Aplicacions:

Com a contenidor, petits objectes que han de ser rígids( taps de botelles) relleno per embalatges...

Polipropilé associat amb polietilé són les caixes de fruita de plàstic.

PVC: Policlorur de vinil. El monòmer és CHCl = CH2

No es tan estable com els anteriors degut a la presència del clor, ja que aquest el fa sensible a la fotodegradació (es torna quebradís, es decolora i s'acaba descomposant).

La resistència als agents químics és semblant als anteriors.

Característiques tècniques:

És fàcil de processar. És rígid, té certa duresa encara que es fràgil.

Degut a la seva rigidesa té poca resistència als desgarrament, les esquerdes avancen amb facilitat i esquerden tota la peça.

Si s'inflama o pateix una piròlisi (trencament de les cadenes de PVC per efecte del calor o del foc).

Els fums i les vapors que despren són tòxics perquè conté Cl i són sofocants i irritants.

Aplicacions:

En forma de làmina per cobrir grans supuerfícies com a contenidor ( de gasos, sòlids, líquids) ja que és impermeable, per reipients de productes domèstics( s'estan retirant del mercat degut als plastificants que desprenen), per tancaments, separacions (portes, finestres, persianes...) tuberies de baixa pressió, per fer làmines flexibles amb l'ajuda de plastificants.

POLIESTIRÉ: S'obté a partir de l'estiré. -CH = CH2

Es produeix en molta quantitat. Té unes característiqyes comparabls al polipropilé ( sobretot mecàniques.

Característiques tècniques:

És un plàstic bastan dur, rígid, transparent i fràgil ( no resisteix a l'impacte).

Molt combustible. Baixa resistència a l'aigua perquè és un material porós.

A l'exterior s'altera amb facilitat ( sol, agents químics...)

Els agents químics es dissolen.

Aplicacions:

Té poques aplicacions perquè és fràgil i no té molt bones característiques mecàniques.

Però de forma expandida s'usa molt: fan una dispersió de poliestré amb éter etílic.

Es posa en una camera amb la forma quees vulgui donar a aquest producte. S'escalfa a uan Tª> Tª d'ebullició de l'eter. Aquest s'evapora i la massa augmenta de volum.

S'usa com aïllant tèrmic, sonor, acústic. De l'aigua ( no és massa eficaç), per embalatges (protecció), com a material de relleno.

També s'usa com adhesius ja que es soluble en bastants dissolvents apolars. Bastan inflamable. Crema malament fen fums negres de restes de carbó (que no s'ha cremat). Olor bastan forta.

Els vapors que es desprenen són sofocants, tòxics.

POLIURETÀ: És un dels polímers que està en expansió.Derivat de la urea.

L'uretà és un etil éster de l'àcid carbànic. No destaca per la seva estabilitat. El sol , els agents químics,...el degraden amb facilitat.

És inflamable. Fa uns fums irritants i sofocants, són tòxics. L'olor dels fums és molt característic.

Característiques mecàniques:

Polímer dur (en massa9 i algo elàstic. (Tenaç,, resistent a l'impacte).Bastant resistent al desgast per abrassió, s'usa molt com a barnís.

Aplicacions:

En forma de massa i amb dissolvents aplicats s'usa com a barnís.

En forma expandida com aïllant i material de relleno.També com a material elàstic(matalassos d'espuma- s'incorporen plastificants).

Quan s'aplica projectat es fa amb dos components: el monòmer i un accelerador de polimerització.

POLICARBONAT: De la família dels polímers derivats de l'àcid carbànic però en lloc d'haver un metall hi ha un radical orgànic.

Són durs, rígids i tenen resistència a l'impacte, per tan són tenaços.

Molt transparents i s'usen com a sustituts del vidre de seguretat.

POLITETRAFLUORETILÉ (TEFLON): El monòmer és el tetrafluor etilé. F2C= CF2

Té molt bones prestacions. Destacac per la seva gran estabilitat. No és inflamable. Només es fon, es descomposa amb dificultat.

Bona resistència a l'impacte. No és porós, s'usa per fer contenidors especials i juntes.

No és tòxic. Molt car.

A l'indústria química s'utilitza per vàlvules... que estan sotmese a agents agresius, a Tª elevades...

POLIMETACRILAT DE METIL: Polímer transparent que no destaca per la seva estabilitat als agents químics.

Bastan dur i rígid, és fràgil.

Destaca per la seva transperència. S'usa molt com a sustitut del vidre, per fer lents, hivernacles, claraboies, mobles, (es pot taladrar, fresar...)Però la seva transparència disminueix amb el temps.

CAUTXÚ: BUTIL, VINIL:Són derivats sintètics.

Són elàstics i s'usen per conduccions, juntes, gomes. Són bastan inetrs químicament.

RESINES ABS: Copolímer: derivat del cautxú i poliestiré. Són resistents a l'impacte i tenen una certa rigidesa. S'usen sobretot per fer mobiliari .Flexibles, aguanten bé l'impacte

Aguanten bé els agents externs.

RESINES UREA-FORMOL/ MELAMINA-FORMOL: La melamina és un derivat de la urea. Són materials durs, rígids i amb una certa fragilitat. No gaire resistents a l'impacte.

Aplicacions:

Degut a la seva molt baixa inflamabilitat s'usen en aplicacions elèctriques( interruptors, caixes de llum...)

També per fer petites aplicacions(poms de porta), com a làmina de plastificar. Per cobrir aglomerats. Reaccionen bastan bé davant els agents químics ( no s'altera).

POLIARITATS: Polímer de molt ellevades prestacions. Solen contenir a la seva estructura grups bencènics. Molta resistència a l'impacte (extremada) Certa flexibilitat.

El típic poliarilat és el Kewlar.

S'usen per aviònica, cascos, esquis ( materials lleugers molt resistents).

POLIESTER: Polímer de condensació que s'obté per esterificació d'un alcohol amb un àcid, on el monòmer té els dos grups ( grup alcohol i grup àcid). Hi ha diferent tipus segons el radical que farà variar les característiques.

El poliester s'utilitza en forma de fibra principalment, encara que també es fan en massa.

Aplicacions:

Fibra tèxtil com a component de materials compostos ( per exemple associada més PVC en forma de làmina). També s'utilitza associat més la fibra de vidre en forma de massa.

	MATRIU	FIBRA
PRFV	POLIESTER	DE VIDRE
LAMINA	PVC	DE POLIESTER

Característiques:

Material bastant estable, es degrada per la radiació solar però a llarg termini i no es especialment sensible amb aquest.

Des del punt de vista físic, es característic perquè soporta bé l'esforç de tensió, per aix``o s'utilitza com a fibra.

NYLON:(POLIAMIDA): Polímer de condensació, en el que reacciona el grup amino ( reacció = proteïnes) més el grup àcid.

S'obté el nylon (nom comercial). Una de lesprimeres fibres sintètiques que van sortir al mercat. Bon ús perquè té una bona resistència a la tensió.

El nylon és més delicat que el poliester. La radiació solar el degrada això vé donat perquè l'enllaç amino és mes dèbil que l'enllaç ester.

Resistència a la tensió i a l'impacte bona.

S'utilitza com a fibra tèxtil i també en massa per fer petits objectes ja que té també una elevada resistència al desgast per roçament. Ex. Roda de nylon. Una altra aplicació es per petits engranatges.( No es gasten tant, no cal engrasar, no cal manteniment com als engranatges de metall però no poden trebalar a Tª elevades ni a revolucions elevades).

Si tenen contacte amb la radiació solar es tornen fràgils.

RESINES EPOXI: S' utilitzen principalment per rellenar, com a adhesiu i per petits objectes.

SILICONES: Una part dins dels polímers( perquè tots els polímers estan basars en un esquelet de C). El esquelet de les silicones és de silici. Té grans similituds amb el C perquè és del mateix grup.També actua com a tetravalent, dóna molts compostos similars. Les silicones comercials són silici unit amb ponts d'oxigen. Els radicals són diferents grups.

De silicones n'hi ha de fluides i de rígides.

La silicona lineal (Ex1) perquè només hi ha sílice en una línea, lo demés són ponts d'oxigen o radicals, segons els radicals tindrem difernt tiipus: termoestable( fluida).

Si hi ha matriu tridimensional de si ( canvio els radicals per silici) serà una silicona rígida.

Entre mig hi ha pastoses quan a la matriu tridimensional hi falten silici i hi ha radicals.

Característiques tècniques:

Polímer molt estable. Té un preu car.

Resistència bona als agents químics (s'utilitza en clínica com a cateters,...) És inflamable i crema deixan un residu blanc molt característic que és òxid de silici.

Adequat per exteriors perquè resisteix molt bé els agents físics, químics i atmosfèrics.

Característiques físiques:

No són especialment bones. Les silicones rígides tenen una certa resistència a l'impacte.

Aplicacions:

Com a fluid s'utilitza com a vehicle d'escalfor per a circuits hidràulics d'altes prestacions.

Les silicones pastoses s'usen com a adhesius de qualsevol superfície (de les llises) (l'olor es culpa de l'anhidric acètic).

La silicona rígida es fa servir per conductes i per recipients i també es fan petits objectes. És un excel·lent material però és molt car.

MATERIALS COMPOSTOS “COMPOSITES”: Venen de l'associació de diferents materials estructurals.

Ex: formigó armat és un metall amb ceràmic.

Cadascun té unes prestacions diferents.

Les associacions conserven les característiques pròpies. Es complementen mutuament.

Els materials compostos, es a dir, aquestes associacions augmenten molt les prestacions dels materials.(pag33).

(pag36)Els metalls s'utilitzen per construir materials compostos: acer, Fe, Al, Ti. En forma de wiskers ( petits fragments) o filaments.

Els ceràmics són la fibra de vidre (sobretot), o bé el bloc ceràmic senser (ceràmica tenaç) en aquest cas actua com a matriu i la fibra de vidre com a fibra (filaments).

Els polímers més utilitzats són el PVC (com a matriu), el poliester com a matriu i fibra, el nylon actua com a fibra i fibres naturals (aspar, canya, cotó) com a fibra.

Ex. Importatnt: PRFV ( plàstic reforçat amb fibra de vidre que l'associació més imporant és el que treballa el poliester com a matriu i com a fibra la fibra de vidre.

Material rígid, bastant dur i es bastant resistent a l'impacte i soporta la tensió.

S'utilitza molt en aplicacions molt diverses : dipòsits d'aigua, piscines, tuberies,... Pot actuar com a material estructural, noº per a soportar grans pesos.

T.7 ELS FLUIDS.

7.1. CONCEPTE. TIPUS.

Està format per gasos, vapor i líquids. Tots tenen una característica comuna que és la capacitat de fluir.

No tenen forma pròpia i tendeixen a ocupar l'espai del recipient on estan continguts.

7.2.CARACTERÍSTIQUES FÍSICO-QUÍMIQUES:

Viscositat: és la capacitat de fluir.

És la característica dels fluids que s'oposa al fet de fluir (de desplaçar-se i deslligar-se)(desplaçament lent).

L'oli no es fluid, en canvi l'aigua és molt fluida.

Els olis , grasses,... són bastant viscosos.

La viscositat depen de la temperatura. De tal manera que augmentan la Tª la viscositat dels líquids disminueix. En canvi augmentan la Tª la viscositat dels gassos i vapors augmenta.

Al augmentar la Tª del gas, augmenta el xoc de les partícules i així impedeix el desplaçament d'aquest i així la viscositat augmnta.

Als líquijs si augmentem la Tª augmenta el moviment de les partícules i debiliten les forces intermoleculars, queden menys fixades i guanyen movilitat essent més fluids. (Pag40).

Ex. Per transportar un gas a de ser en fred perquè si no li costa circular per la tuberia (així flueixen millor)

També alguns presenten polaritat.( mirar primers temes).

7.3.APLICACIONS DELS FLUIDS:

Els fluids en la industria tenen diferents utillatges. Primer com a transportador d'energia (en circuits hidràulics, el fluid és oli, aigua; en circuits neumàtics el fluid és el aire; en circuits calefactors i de refrigeració)

La energia pot ser calorífica en circuits calefactors (fluid aigua, també pot ser oli). En els circuits refrigerants s'utilitzen líquids associats als seus vapors.

Una altra aplicació és per transportar materia , fan la funció de vehicle en el transport de substàncies normalment en dissolució o dispersió. S'utilitzen gasos i líquids però correntment els líquids ( com als vehicles al transportar matèria).

Ex. Una corrent d'aire que transporta fibra de vidre per dipositar-la en una superfície.

Quan el vehicle és líquid llavors actuen com a dissolvents.

Com a combustible, comburents (agent oxidant), molts com a reactius per les seves característiques pròpies.

* Cal destacar la capacitat d'actuar com a dissolvent. Es pot transportar en forma de disolució i en forma de dispersió però la més important és en forma de dissolució.

Estudiarem els líquids en el paper de dissolvents.

La capacitat d'un líquid per dissoldre unsolut depederà de la seva polaritat i de la polaritat del solut.

Polaritat: Característica que depen dels àtoms que formen el dissolvent i com estan situats geometricament dins de la molecula.

És una característica de l'enllaç químic que la podem representar com una separació de la densitat de càrrega elèctrica entre els dos àtoms que participen en un enllaç.

Ex. H••H

H- H Molècula apolar ! un dels H té més càrrega que una altra.

Hi ha la mateixa probabilitat, per tant, estadísticament no ha d'haver aquesta separació de càrregues.

7.4.ESTUDI DELS DISSOLVENTS. POLARITAT.

Fluids com a dissolvents: La capacitat de dissolució d'un líquid vé donada per la seva polaritat.

La polaritat ( desplaçament de la càrrega negativa cap a un àtom) depen de l'enllaç entre els àtoms: aquests poden ser apolars: (H2!H:H les càrregues negatives estan repartides! no és electromagnètic:)

(Cl••Cl ! les càrregues estan compensades ! encara que es electronegatiu no és un enllaç polar)

O també polars: HCl; H2O

Primer la polaritat vé condicionada per la electronegativitat dels àtoms, després per la seva geometria: C ! Cl ! enllaç polar (e- atrets pel clor)

CCl4 ! molècula apolar perquè les carregues estàn compensades (enllaços són apolars).

CHCl3 ! la molècula és una mica polar perquè l'H causa una distorsió.

CCl4 CHCl3 CH2CL2 CH3Cl

_______________#

Els dissolvents polars són capaços de disoldre soluts polars; dissolvents apolars solubilitzen soluts apolars.

En una dissolució els ions queden solvatats.

Al interposar-se els dipols entre els ions del cristall, la força de l'enllaç disminueix fins que aquest es desfà i l'ió passa a la dissolució.

En aquestes cadenes es van interposan entre les cadenes del greix fins que les separa.

En el cas dels greixos no s'estabilitzen enllaços dipols, sinó del tipus de forces deVaan der Waals.

Dissolvents:

H2SO4

HF

H2O

NH3

CH3OH

CH3CH2OH

Acetat d'etil

Acetona (CH3COCH3)

Éter etílic

CH2Cl

CHCl3 (cloroform)

Tolué

Benzé

CCl4

Éter de petroli

Hexà ciclohexà

2ª PART: INTRODUCCIÓ A L'ANÀLISI INSTRUMENTAL.

1. GENERALITATS.

1.1. CONCEPTE I REFERÈNCIA HISTÒRICA.

L'anàlisi instrumental prové de la necessitat de donar a l'analista de les tècniques suficients. Abans tenien anàlisi químic convencional . Aquests són problemàtics perquè són llargues, costos de reactius i materials i el personal ha de ser bastant qualificat. Un altre problema es que té uns límits de detecció elevats (el límit més baix que es pot arribar per recurs convencional es 10-3 o 10-4)

L'anàlisi instrumental es basarà en mesures de corrent elèctriques, en emissió i absorció de radiació electromagnètica, les tècniques també estaran basades en tècniques de separació <(cromatografia).

Aquestes tècniques instrumentals estan suplint a les tècniques convencionals perquè són més eficaces, més ràpides.

Avantatges i inconvenients:

+ És fiable.

+ Límits de detecció molt baixos (ppb,ppt)

+ No necesita personal molt especialitzat.

+ Sol ser ràpid ( analitiques duren segons o milessimes de segon).

+ Es pot automatitzar.

+ En molts casos, les tècniques no són destructives.

+ Es pot treballar amb poca quantitat de mostra.

+ La seva rentabilitat a mig i llarg termini és favorable.

- Equips cars.

- Cost de manteniment elevat (a vegades complicat) i s'ha de fer de forma continuada.

- Determinats equips si que necessiten personal molt especialitzat.

- Interferències (provenen de les aplicacions generals).

1.2.OBJECTIUS.

" Identificar components d'una mostra( RMN, IR)

" Quantificar l'anàlit dins la mostra ( absorció atòmica, UV-visible, emissió atòmica).

" Separació de components en barreges ( tècniques cromatogràfiques).

" Estudi de cinètiques de reaccions i de processos (UV-visible, espectrometria d'infrarojos, fT-IR (infraroja transformada de Fourier) ).

1.3.CLASSIFICACIÓ.

* Criteri: fonament físic de les tècniques.

A. Òptiques:

a) Espectroescopiques o espectrofotometries.

1.AA (absorció atòmica) de Flama.

2.AAE.

3.EAF

4.ICP (emissió en font de plasma acoplada inductivament)

5.UV_visible

6.Fluoremetriques

7.IR (convencional, FT, NIR( infraroig a la banda propera) )

8.RMN

9.masses

b) No espectroescopiques.

1.Reflactometria.

2.Polarimetria.

B. Cromatogràfiques: basades en la diferenta capacitat d'unió a un suport o a un altre.

1.Paper

2.CCF

3.CC

4.CG

5.CFS (cromatografia de fluids supercrítics)

6.CL (HPLC)

7.Electroforesi

8.Electroforesi capil·lar

C. Elèctriques: basades en senyals elèctriques.

1.Conductimetries

2.Potenciometries

3.polarografies

4.Voltamperometries

5.Electroforesi

*Criteri: ús de destinació de les tècniques.

A.Separació: cromatografies.

B. Identificatives:

1.RMN

2.masses

3.IR conv.

4.EA

5.Crmatografies.

C. Quantificatives:

1.AA * 6.masses 11.polarometria *

2.EA * 7.polarografia 12.refactometria *

3.UV-VIS * 8.conductimetria * 13.cromatografies *

4.FT-IR 9.potenciometries *

5.NIR * 10.voltamperometries *

1.4.INSTRUMENTS ANALÍTICS.

Un instrument analític sempre té: (pag.10)

- una emissió de la senyal analítica (llum, flama,...)

- detector (dispositiu que transforma un tipus d'electrons, un tipus de senyal analítica en un altre tipus ( normal e. Elèctrica). Aquests detectors s'anomenen transductors).

- un amplificador (que augmenta la potencia de la senyal) ja que aquesta senyal electrica sol ser dèbil.

- La senyal electrica amplificada va a parar a un dispositiu de lectura el qual permet a l'analista interpretar el sentit i les característiques de la senyal analítica.

1.5.CRITERIS DE SELECCIÓ D'UN MÈTODE ANALÍTIC.

Cal tenir en compte:

- el tipus de mostra (líquida, sòlid, gas)

- substància pura o barreja

- el tipus d'analit ( no es el mateix buscar sucres en un bollo (%) que buscar urani escampat en el sol del voltant d'una central nuclear (ppb) ).

- quantitat de mostra

-quantitat de mostres a escollir ( analitzar el sucre d'una poma o la de les pomeres de Lleida)

- Disponobilitats tècniques i de personal que es disposen al laboratori

- Fiabilitat i límits de detecció que volem obtenir

- La rapidesa de l'anàlisi

- El cost

- Interval de concentració de l'analit.

1.6.PARÀMETRES DE QUALITAT ANALÍTICA:

S'ha d'aconseguir un anàlisi fiable, perquè un anàlisi sigui fiable ha de complir els paàmetres de qualitat analítica, aquests paràmetres són una sèrie de valors o criteris que no ens ajudaran a garantir que el nostre anàlisi és fiable:

1.exactitud 4.Límit de detecció

2.precisió 5.Interval de concentració útil

3.sensibilitat 6.Selectivitat.

1.Exactitud: mesura la desviació entre el valor real ( en la concentració d'analit) i les valors que nosaltres obtenim en el nostre anàlisi. Aquestes desviacions venen donades pel que es coneix com error absolut i error relatiu.

L'error absolut vé donat per la diferència entre la mitjana aritmètica del valor de l'anàlit repetint l'anàlisi entre 20-30 vegades i el valor verdader que surt d'un patro certificat.

L'error relatiu és el quocient entre l'error absolut i el valor verdader.

E = X-X E = E / X

2.Precisió: mesura el nivell de dispesió que hi ha entre les nostres dades analítiques. Nosaltres hem d'intentar aconseguir sempre la mateixa precisió. Com es quantifica la precisió.

Desviació estandard absoluta

Desviació estandard real

Desviació mitjana

Coeficient de variació

Varianza

Amb la precisió s'avaluen els errors o aleatoris.

3.Sensibilitat: fa referència sobretot al mètode o al instrument que estem utilitzant. La sensibilitat mesura el nivell de discriminació que ens dóna un instrument o un mètode davant de petites variacions en la quantitat d'analit. Un mètode és molt sensible si petits canvis en la quantitat d'analit representen canvis significatus en la senyal de resposta d'un instrument. En cas contrari diríem que l'instrument o el mètode és poc sensible.

A major pendent de la recta de calibració major sensibilitat.

Entre dos rectes amb la mateixa pendent serà més sensible la que s'obtingui amb unes dades més precises.

4.Límit de detecció: La quantitat mínima d'analit que pot ser determinada amb un

instrument o un mètode amb un determinat nivell de confiança.

A les concentracions baixes la precisió de la senyal disminueix, es irregular perquè estem arribant al límit de detecció i no es distingueix la senyal dels sorolls de fons.

5.Interval de treball útil: Si treballo a la zona recta de la corba de calibració dels patrons el nivell de confiança és màxim perquè es demostra una relació directa entre concentracions i senyals.

Es compleixen la llei de Lambert-Ber. Sempre que poguem hem de treballar a la zona recta perquè hi haurà una relació directa entre senyals i concentració.

Si que podem treballar a la corba però augmenta la incertesa i el marge d'error serà major.

El interval de treball útil estarà acotat per la dreta per la pèrdua de linealitat de la corba de deteccióp i per l'esquerra pel límit de detecció.

Si tenim una concentració superior a l'acotació de la dreta diluirem la mostra.

Hi ha una situació de compromís entre el que seria la concentració útil i la sensibilitat. A més sensibilitat l'interval de concentració útil és més estret i vicerversa.

6.Selectivitat: Paràmetre de qualitat que mesura el nivell de l'especificitat d'un mètode, o mesuraria la incidència que tindran les interferències en aquell mètode.

Si tenim una mostra que conté analits i matru, però sol volem obtenir un analit i aquell mètode utilitzat és sensible a un altre analit del que a nosaltres ens interessa direm que aquell mètode no és selectiu.

No hi ha cap mètode analític que estigui excemp de les interferències d'altres substàncies. La major part d'aquestes interferències es coneixen i hi ha procediments per evitar-les: precipitant, etc...

Quan no es posible evitar les interferències canvien el mètode. Sempre es busca que el mètode sigui el màxim selectiu.

1.7.RELACIÓ SENYAL-SOROLL.

Quan fem un assaig analític per un costat tenim la senyal analítica (senyal desitjada) juntament amb aquesta hi ha una sèrie de senyals no desitjades que distorcionen la senyal analítica, aquest conjunt de senyals no desitjades es el que rep el nom de soroll que distorciona i disminueix la senyal analítica i com a conseqüència, afecta els paràmetres de qualitat analítica.

Aquest soroll es posa de manifest:

Si fem una lectura del blanc en un principi haurà de donar una línea recta però en realitat això no passa, en surt una sèrie de senyals que ens posarà en evidència el soroll.

Aquest soroll no es problemàtic quan la nostra senyal analíticaés molt més intensa que el promig de la senyal del soroll.

Però quan volem disminuir el límit de detecció del nostre instrument es quan es pot confondre la senyal analítica amb el soroll i pot resultar problemàtic.

Es mostra que la relacióquocient entre la senyal i el soroll per a que les senyals analítiques siguin significatives ha de tenir un valor mínim > 2 (S/N!2). Com a mínim la senyal analítica ha de ser el doble o superior a la del soroll, es aconsellable que sigui al voltant de 4 (S/N=4) si es superior millor.

Aquest soroll es produeix per diferentes raons normalment tindrem mecanismes per a augmentar la senyal analítica però hi ha una limitació i sobretot quan nosaltres treballem a la proximitat dels límits de detecció es quan tindrem problemes de descriminar una senyal o l'altra. Quan no podem augmentar la senyal analítica o no la podem augmentar més i treballem als límits de detecció haurem de disminuir el soroll (N).

El primer que haurem de fer es determinar les causes del soroll.

Causes del soroll:

1.Causes químiques: Difícils de solucionar (algunes) i són bastan importants. Per exemple la pressió que podem afectar els equilibris QUE dels nostres analits.Ex:

- gasos i vapors d'aire atmosfèric al llarg del camí òptic o sobre la superfície de les òptiques dels detectors, l'IR,l'H2O absorbeixen.

- presència de fums i vapors en el laboratori.

2.Causes de tipus industrial: Són diverses. S'ha aconseguit reduir-les bastant.Ex:

- treballar amb dispositius elèctrics i electrònics a Tª elevades

- presència de components electrònics que fagin d'antena i amplificació de senyals paràsites (senyal de fons).

- presència de vibracions interiors (algun motor) o externs

- presència de motors, radiacions pròximes.

Solucions:

A.Solucions tipus HARDWARE:

- posar sistemes de refrigeració als aparells

- detectors que treballen a baixes temperatures

- utilitzar una electrònica de qualitat i ben dissenyada

- utilitzar toma de terra

- blindatge de les parts electròniques utilitzant caixes de Faraday (caixa metàl·lica) no deixa passar el soroll

- Que els cables conductors siguin els més curts possibles i ademés ben protegits i blindats ja que els cables actuen com antena receptora de senyals.

B. Solucions mitjançant SOFTWARE:

Per millorar aquestes oscil·lacions podem utilitzar programes que ens facin un promig de la senyal de fons que en lloc d'una línea corbada ens doni una línea recta.

Utilitzar filtres analògics o digitals que disminueixen el valor de la senyal de fons. Els filtres consisteixen en una banda que només deixen passar una banda de senyal, tot el que sobresurti amb una determinada mida el que era una senyal analítica amb moltes oscilacions s'ha convertit en poques.

Paquets estadístics: la major part d'aquestes màquines estan adoptades a un ordinador per evitar confondre dos senyals.

T.2.MÈTODES BASATS

2.1.ESPECTRE ELECTROMAGNÈTIC:

És una forma d'energia que és transmet per l'espai a gran velocitat, concretament al buit la seva velocitat de transmissió és de la llum.(c=3.10 Km/s).

Ex. La llum visible, l'ultravioleta, l'infraroig, microones, la radiació gamma, raigs X, ones de radio.

Per descriure aquesta radiació no hi ha un model únic que sigui satisfactori, llavors per estudiar-la es fa necessari l'aducció de dos models.

Un primer model que es el model ondulatori: representa aquesta radiació en forma d'ona sinusoidal.aquest model es satisfactori per explicar algunes característiques de la llum: la refracció, la reflexió, interferències...

El segon model és el model corpuscular: explica algunes característiques de la llum que no es poden explicar al ondulatori. Explica la radiació com un feix de partícules que viatja a la velocitat de la radiació electromagnètic i que els denominem fotons.Aquest model és satisfactori per explicar alguns fenòmens associats a la radiació: absorció i emissió molecular i atòmica, el fenòmen fotoelèctric.

Segons com estudiem la llum, segons les característiques, serà una ona o serà un feix de partícules.

1-Model ondulatori:

La radiació electromagnètica es genera quan tenim una partícula carregada en moviment.

Una partícula electrica inmòvil genera al seu voltant un camp electric (E).Si aquesta partícula a més es mou genera un camp electromagnètic (B). Aquest camp B es propaga en totes direccions de l'espai de forma perpendicular a la trajectòria del moviment de la partícula que el genera (la font de radiació electromagnètica).

El camp magnètic va perpendicular al camp electric i formen un camp electromagnètic.Estan associats en fase (això vol dir que coincideixen les crestes i la vall).

Una ona sinusoidal s'expressa: Y = A•sen wt +  on A: amplitud, W és la velocitat angular del vector que origina el camp electromagnètic.

W = 2 (on  és la freqüència)

La freqüència prové de la descripció d'ona sinusoidal.

-Paràmetres ondulatoris:

Longitud d'ona (): Es la distància en una ona en un cicle complert.Es mesura en unitats de longitud.(Kmm,m,mm,cm,°A,nm)

Numero d'ona (): Es la inversa de la longitud d'ona.S'expressa en cm.  = 1/.

Periode: Temps que tarda cada ona en recorre un cicle.S'expressa en segons.

Freqüència: Es l'inversa del període.Unitat fonamental Hz (cicle/segon)

=1/ hertz C=/=

Quan la llum passa a través d'un medi interactua amb ella i disminueix la seva velocitat, en canvi, la freqüència no varia perque no depen del medi de propagacio sino que depen de

les característiques de l'emisor de la radiació.(pag11)

La freqüència sempre es mantindrà constant perquè això passi la velocitat de la llum (c) i la longitud d'ona () es modificaran per a que es mantingui constant.

c! !!

=ctant =c/ si

c! !!

Espectre electromagnètic: És el conjunt de tota la gamma de les freqüències desde valors molt grans fins als més petits.(pag12)

1. A  molt grans hi ha les ones que generen electricitat.

2. 10km-1000km hi ha les ones del telèfon

3. 9km-30cm hi ha les ones de radio-televisió

4. 3cm-30cm hi ha les ones de radar i de microones

5. 700nm-30 hi ha els infrarojos

6. 350nm-700nm hi ha la llum invisible.

A longituds d'ona més curtes l'energia augmenta.

Quan la llum canvia de medi, varia la seva velocitat. C=•

Varia la longitud d'ona, la freqüència no varia perquè no depèn del medi.

2.2.QUALITATS ÒPTIQUES DE LA LLUM.

-Superposició d'ones: es comprova que quan dos o més ones viatgen pel mateix medi material interaccionen entre ells i es produeix un desplaçament que serà la suma dels desplaçaments individuals de cadascuna de les ones. Aquest fenòmen s'anomena interferència.

Quan les ones individuals estàn en fase es produeix una interferència constructiva màxima (la ona que genera és més gran que les ones individuals).

Quan no estan desfasades, la interferència serà destructiva i aquesta serà màxima si estan desfasades 180º.

Quan tenim dos ones de la mateixa amplitud, freqüència i desfasades 180º, la interferència destructiva és màxima i s'anulen mútuament.

Quan tenim dues ones que viatgen pel mateix medi material però tenen diferent freqüència, la seva superposició que genera una ona cíclica, que es caracteritza per tenir periòdicament unes pulsacions (ona pulsant).

Quan tenim varies ones es produeix una interferència que a regions serà constructiva, a reigons destructives, i es produeixen unes ones quadrades.

L'aparell que està basat en la descodificació d'aquestes ones quadrades s'anomena Transformada de Fourier (FI-IR, FT-RMN,...)

2.-Difracció d'ones: Es produeix quan al avançar un feix d'ones paraleles se'ls interposa una reixa estreta. Si la reixa es de mides adequades es produeix una corvatura d'ones que té com a conseqüència la generació d'un nou focus emissor amb un angle de 180º.

La distància adequada és l'ordre de magnitud d'una longitud d'ona.

Quan la reixa és molt ampla no es produeix difracció, sol es produeix una mica de corbatura en els costats.

La difracció màxima es produeix ha d'haver una longitud d'ona (es igual a la distància) Quan la distància és igual a la distància entre ones es dóna la difracció d'intensitat màxima.

Si tanco molt, es a dir, la distància es menor que la longitud d'ona) les ones no pasen, per tant, no hi ha difracció.

Aquets aspecte és molt important perquè gairebé tots els espectometres estan basats en la difracció d'ones.

3.-Refracció: Quan la llum de radiació té radiació monocromàtica (d'una sola freqüència) incideix sobre un medi material i es produeix la refracció.

Si passa d'un medi menys dens a un medi més dens la llum s'acosta a la normal.

Si la densitat del segon medi és més petita que la del medi original s'allunya de la normal.

Aquesta desviació vé donada pelfet que les velocitats de la llum quan es canvia de medi són diferents.

Al canviar la seva velocitat es produeix un canvi de direcció.Per tant, es compleix la llei de SNELL.

i són el índex de refracció i depén de les característiques del material i també de la freqüència de la radiació.

sin  /sin î

La llei de Snell permet calcular l'index de refracció de una substància. Ens interessa perquè permet classificar les substàncies perquè és una característica pròpia de la substància.

.La majoria de les sustàncies (sòlides i líquides) solen tenir un índex de refracció entre 1'2 a 3.

4.-Reflexió: Sempre que es produeix refracció és produeix reflexió, ja que una certa part de la llum que incideix al segon medi retorna al medi 1 i es compleix ademés que l'angle d'incidència és igual al d'inflexió.

Es busca refraccions en espectroscopia, en canvi, la reflexió és un problema perquè produeix problemes i s'intenten eliminar. A vegades es utilitzada.

La reflexió té unes magnituds que depenen del índex de refracció del medi material (espill).

Com més diferents són els índex més gran és la pèrdua per reflexió.

Aquesta fòrmula quantifica les pèdues per reflexió al passar la radiació d'un medi 1 a un medi 2.

*Exemple: Calcula el % de pèrdua d'intensitat per reflexió d'un raig perpendicular de la llum groga.

5.-Dispersió: La dispersió és un fenòmen que es dóna quan la llum atravessa un medi material (hi ha una absorció d'aquesta llum i immediatament hi ha remissió d'aquesta mateixa en totes les direccions de l'espai.El so d'entradaportava una direcció determinada implica una pèrdua d'intensitat llumnosa.

Fem passar un raig de llum o una radiació per l'aigua la emiteixen i la reemiteixen en totes les direccions de l'espai, això vol dir, que la quantitat de llum que surt es menor.

Ex: clara d'ou amb aigua ! !dispersió! proteïnes

La quanitat que surt és menor perquè hi ha una pèrdua per dispersió.

Aquesta dispersió serà més grancom més gran sigui la mida de les partícules, de tal manera, que les partícules són molt grosses aquesta llum per dispersió és molt intensa, la dispersió es pot veure a simple vista, s'anomena Efecte Thyndall.Normalment la dispersió és un problema, però hi ha una tècnica analítica que aprofita aquest fenòmen s'anomena Espectrefotometria Raman ja que s'observa que determinades molècules a una determinada radiació provoquen un canvi de freqüència.

*Exemple: Igual que l'exercici anterior però suposan que es vidre al plom.

S'utilitzen molt les cubetes de plàstic perquè són molt barates i el seu índex de refracció també és molt baix (" 1'2).L'inconvenient es que es rallen molt i has de tenir molta cura i que només són útils per dilucions.

Hi ha relació directa entre l'absorció de la mostra i la concentració.

Pèrdua total = A + D + Ir

A: pèrdues per absorció

D: pèrdues per dispersió

Ir: pèrdues per reflexió.

Per saber la quantitat d'intensitat que absorveix la mostra primer s'ha de fer un blanc, es a dir, fer una lectura de la cubeta només amb aigua.

2.4.ABSORCIÓ I EMISSIÓ DE LA RADIACIÓ.

La espectroscopia òptica és un fluxe de corrent que contenen partícules (fotons). Ens permet estudiar el fenòmen fotoelectric, l'absorció i l'emissió.

Fenòmen fotoelèctric: Es basa en un tub de vidre que l'hem fet el buit i coloquem dues plaques i una pila. Si el circuit està obert no hi haurà corrent.

Si ilumino amb llum solar o una pila hi ha corrent, hi ha moviment de fotons (fenòmen fotoelectric).

La llum envia energia a la placa del ànode i els electrons es mouen de més a menys, es produeix una corrent produint-se un circuit.

Molts detectors estan basats en aquest fenòmen.

Absorció: Es comprova que quan nosaltres iluminem un determinat medi material format per àtoms, ions, molècules, en general, partícules, que determinades freqüències de la radiació electromagnètica interaccionen amb algunes de les partícules del medi. La conseqüència es que aquestes partícules passen d'un estat fonamental a un estat de major energia, un estat excitat.

Es representat amb unes linees horitzontals.

Les freqüències baixes proporcionen molt poca energia.

Si iluminem amb radiació gamma que té una freqüència molt elevada, donen molta energia, i ens “torren”.

El conjunt de partícules a pasat de un nivell d'energia fonamental a un nivell d'energia excitat.

Energia que ha guanyat= E - E = E = h.

Això perquè els sistemes només són sensibles a determinades freqüències.

Cada partícula té les seves freqüències determinades, no qualsevol.

Una de les característiques és que l'estat excitat sol ser inestable i les partícules tornen al seu estat inicial. Ho poden fer de dos maneres:

- Procés de Relaxació: les partícules van passan a subestats d'energia excitats de menor energia fins a arribar a l'estat d'energia fonamental, es a dir, van perden energia en diferents estats pròxims. Quan ho fan així hi ha petits augments locals de temperatura.

El sistema retona aquesta energia que ha utilitzat per arribar de l'estat fonamental a l'excitat en forma de calor.

- Procés d'emissió: passa quan les partícules fan el pas de cop, es a dir, retorna la mateixa energia que li havia arribat en forma de radiació amb la mateixa freqüència que havia necessitat exactament.

El procés d'emissió és immediat i dura molt poc temps (milèssimes de segon) i consisteix en retornar l'energia que ha rebut exactament de l'estat excitat a l'estat fonamental.

Segons el medi material serà sensible a unes freqüències o a unes altres.

Conseguirem fer moure els e- , es a dir, promocionar els e- de capes més externes cap a les capes més properes al nucli, ja que són de major energia.

Si utilitzo freqüències més baixes, per exemple uv-vis (la uv-vis sol promocionar electrons a estats de major energia de l'ultima capa de l'escorça), no serà capaç de fer pasar aquestos electrons de l'escorça a orbitals de més energia. L'únic que aconseguiré serà fer pasar un electró de l'última capa a un nivell d'energia major. Per ex. El Ca.

Els electrons que estan en el orbital penúltim i antepenúltim són més estables i per tant necessitem molt més energia per poder-los moure, per tant, necesitem radiació de freqüència elevada com gamma...En canvi si volem moure un e- de l'última capa ho podrem fer en radiacions menys elevades.

Quan passa un electró d'un orbital 4s a un 4p guanya una energia. E= E 4s - E 4p = h. u

Si la freqüència no es prou gran no hi haurà prouta energia per poder promocionar l'electró. Per tant, la freqüència que necesitem per fer passar de 4s a 3d la trobarem calculan la diferencia d'energia d'orbitals perquè:

E =E 4s -E 3d = h. '

Cada estat excitat li correspon una det.u i una quantitat d'E discreta concreta.

Cada element té les seves determinades freqúències per les que pot promocionar els seus electrons.

Les molècules a Tª ambient tenen un estat vibracional, es mouen, aquestos enllaços vibren a una determinada freqüència, si els ilumino a IR, els augmentarà la velocitat de vibració, a més de ser més llarga.També les molecules es desplacen, roten, giren...

Si envio microones també augmentarà la seva velocitat de rotació i traslació i passen a un estat de major energia, estat excitat.

Emissió:

Espectre: es la representació de la llum que ens proporciona l'emissió que es torna quan una partícula passa d'un estat excitat a un estat fonamental.

Tots els àtoms tenen un espectre d'emissió diferent.

Al emitir, al baixar, al estat fonamental emiteixen cap a tots els costats, llavors el detector sol detectaria una. Perquè això no passi cal ficar el detector a 90º de la font.

Els fotons al baixar porten totes les direccions en l'espai.

D'espectres d'emissió n'hi ha de dos tipus:

- espectres de línees o discontinu, el generen els gasos o vapors. Els vapors i els gasos quan emeten ho fan en espectre discontinu. Tenen valor com a font analítica perquè els atoms tenen tots diferent espectre.

- espectre continuo es generat pels sòlids i els líquids. Això es degut , en el cas dels gasos i els vapors, al estar molt separats els un dels altres es comporten com a fonts d'emissió individuals (cadascú et fa l'espectre). En canvi, en els líquids i sòlids al ser formes condensades de la materia, àtoms molt junts, no es comporten individualment, sino que la radiació interacciona amb els altres àtoms que estan tocant i també amb altres radiacions d'altres àtoms pròxims que es produeixen interferències i procesos de relaxació i s'origina una banda continua ja que no es comporta com una font única.

Degut a aquest fenòmen (sòlids donen banda contínua) nosaltres els podem utilitzar com a font de radiació, que en aquest cas serà policromatica, no els podem utilitzar com a identificació perquè no hi ha cap línea característica.

Quan aconseguim que un sòlid emiti en radiació continua estem parlan de la radiacio d'un cos negre i això s'aconsegueix per exemple escalfan.

La intensitat de radiació d'un cos negre depèn de la Tª que li donis (Pag16).A mesura que augmentem la Tª augmenta l'energia.

Exercicis:

1.-Calcular la freqüència en Hz, la E en Joules i en electrovolts(ev) d'un fotó de raigs X amb una longitud d'ona de 2.7 A.

2.- Calcular la freqüència en Hz, nº d'ona ( cm-1), la E ( joules, KJ/mol) associats a una banda vibracional d'absorció de 5.715 micròmetres (10-6m) d'una acetona alifàtica.

3.- Calcula la longitud d'ona i la E (joules) d'una senyal de ressonància magnètica nuclear (RMN) a 220Hz.

*Paràmetres necessaris:

N= 6' 02.10 +23 partícules/mol

J= 6.24.10+18 eV

A=10-10 m

1.-

2.5.INSTRUMENTS D'ESPECTROSCÒPIA ÒPTICA.

Per una mateixa u sortirà una altra posició. Al canviar de medi canvia la velocitat. Com que al canviar la velocitat, cada una agafarà una posició diferent, per això, veiem línies de diferent posició.

Característiques generals dels aparells d'espectroescopia òptica:

1. Font de radiació

2. Llum monocromàtica (necessitem treballar amb ella perquè la llum policromàtica produeix moltes absorcions i dispersions causant problemes de sensibilitat).Si no la tenim utilitzarem un monocromador.

3. Dispositiu per colocar la mostra i poder analitzar-la.

4. Detector.

5. Sistemes electrònics que faran la senyal suficient pe nosaltres poder obtenir informació i la puguem observar.

1.- Font de radiació: Poden ser de molt tipus i no tenen perquè limitar-se a la visió visible. Hi ha dues característiques fonamentals de les fonts de radiació:

- ha de ser potent, es a dir, que doni una intensitat de radiació elevada (que la bombeta faci llum perquè sinó ens trobarem amb una relació senyal-soroll dolenta).

- ha de ser estable, es a dir, ha de tenir un mínim de fructuacions al llarg del temps

La solució ha de ser un bon disseny de la màquina, per exemple un disseny de doble feix: Té dos detectors perquè separa la llum per la meitat i resta la diferència, i com que és en el mateix moment les diferències sempre es mantenen constants. De totes maneres no garantitza la sensibilitat dels dos detectors.

1.1.Tipus de lámpares: segons la regió de l'espectre electromagnètic que nosaltres volem utilitzar.

A.- Fonts de radiació contínua:

Rad. u-v-visible:

Lámpara de filament de wolframi

Lámpara d'halògens (potències molt elevades)

Rad. ultravioleta:

Lámpara de deuteri

Lámpara d'argón o xenón (per intensitats molt elevades)

Rad. infraroig:

Lámpares de Nerst i Globar (lámpares metàl·liques, és un filament que s'escalfa però no fins arribar a l'incandescència)

Lámpares de metalls alcalino-terris (més potència)

Raigs X:

Tub de Coolidge (làmpara amb un filament incandescent que envia electrons cap a una placa metàl·lica i aquests electrons al desplaçar-se a gran velocitat cap a la placa, arranca els electrons de capes internes i genera a la placa radiacions X)

B.- Font de rad. Discontinues:

Rad. visible:

Lámpara de vapor de sodi

Rad. u-v:

Lámpara de vapor de mercuri

Raigs X:

Radioisòtops (isòtops radioactius)

Rad. u-v i visible:

Lámpares de càtode buit (un dels pols es de metall i tenen forma de cilindre buit, s'escalfa molt i la superfície del metall s'evaporitza i es crea un vapor del metall, i com es vapor emet un espectre discontinuo.

Rad. I.R, vis, u-v:

Láser (són molt potents, molt monocromàtics i molt coherents).

Láser típic és de cristall de rubí. Constituit per un medi làser. Té una superfície platejada en forma de mirall.

Al voltant té un medi o sistema de bombeig que consisteix en un tub de dos cargues (Fluorescent potent).Les impurezes de Cr li donen el color roig.

El Cr al ser iluminat pasa a estar en nivells excitats. El crom en el nivell d'energia excitat és bastant estable (metaestable).

El crom és el que constitueix el medi del làser.

Pasen de l'estat E' a l'estat metaestable en millonèssimes de segon i poc a poc van baixant fins a l'estat fonamental. Ho fan a destemps.

Serà monocromàtica, d'una sola freqüència, perquè van sempre al mateix estat. Serà incoherent perquè va en totes direccions.

El tub de descarga no el parem, així que les partícules sempre estan en moviment i en la fase metaestable sempre hi ha alguna partícula.

Quan hiha un conjunt de partícules en un estat metaestable sotmés amb un camp de radiació per fotons d'igual energia apareix la emissió estimulada.

Les partícules que estan en l'estat metaestable els hi vé radiació de l'emissió espontànea per tot arreu i es dóna l'emissió estimulada que de sobte cauen totes. La conseqüència es que avegades la radiació espontànea (fotó) fa caure una partícula (produeix emissió estimulada) però si concideix en la direcció, llavors entren en fase, tindran la mateixa freqüència, i es produeix una interferència constructiva. Si en troba a un altre triplicarà la amplitud, i així anirà donan tombs i ampliant la seva força, fins a sortir el fotó (llum) molt amplificada.

Autoabsorció del làser: es quan la ona que es va amplificant es troba amb e- que tornen a pujar poden coincidir amb l'ona fent-la disminuir. Per evitar això ha d'haver més partícules en l'etat metaestable, anomenat inversió de població de partícules.

Cal aconseguir un medi làser que tingui un nivell d'energia que sigui molt inestable i molt pròxim a l'estat fonamental.

Així evitem la probabilitat de l'absorció.

Es a dir,el problema de que les partícules absorbeixin tota la radiació al pujar queda resolt amb l'Inversió de població de partícules. D'aquesta manera la radiació que es produeix al baixar té una energia diferent, menor, a la que es necesita per a pujar. I així evitan que la radiació produida (absorbir) s'aprofita per a promocionar les partícules. Ha d'haver més partícules en emissió que en absorció. La radiació no pot pujar les partícules del inestable al metaestable perquè no se la troba perquè les partícules estan poc temps en el nivell inestable. I a més són de freqüència diferent.

El tub de descarga de fora es l'encarregat de fer passar les partícules del estat fonamental al excitat. La llum del làser ha de sermonocromàtica (una sola freqüència) i ha de ser coherent perquè té una sola direcció, que es la direcció del tub. Si un raig té una petita inclinació, en principi, anirà rebotant però finalment es perdrà, que si estem en llum en el visible ho podrem percebre visualment, veient el tub iluminat i si no notarem un escalfor.

De làsers n'hi ha de diferents tipus, n'hiha que són semiconductors, de gassos, etc.. també n'hi han que són de substàncies orgàniques que poden crear un medi làser que s'uilitza en aparells analítics. Tenen una característica, es que són XXXXX , es a dir, que poden variar dins un marge el nivell d'energia.

2.- Selector d'ona:

Agafen una banda lo més estreta posible (de l'ordre de 9nm). També de 4nm i de 2nm.

Quan fem espectroescopia electrònica els pasos de banda de 2nm no és suficient, necesitem el pas de banda de 0'5 a 0'1 nm (molt petita, molt car).

Tipus de selectors d'ona :

Filtres: poden ser de dos tipus (s'han de canviar cada vegada, són de gamma baixa).

- colors: són vidres de color (d'un sol color o de la combinació de diferents colors). Només treballen a la visió visible. Són els que s'utilitzen per fotomètres sencills.

Si un objecte de colr roig, vol dir que, absorbeix tots els altres espectres, excepte els de coor vermell. Color blanc és que tota la llum que arriba la reflexa tota, i el color negre es que absorbeix totes les radiacions.(pag 17).

- interferència: és un sistema més sotisficat que es basa amb dos vidres de F de Mg o CaF2 (materials molt transparents).

Entre ells s'hi posa una capa semireflectant (semiplatejada) i pels cantons es fica vidre per protegir.

S'aconsegueix, varian el gruix de la làmina de CaF2 o MgF, crear interferències destructives per unes longituds d'ona (desapareixen perquè s'anulen entre elles) i constructives per unes altres.

Destructiva: entrarà desfasada i s'aniran anulan ella mateixa.

Constructiva: entra en fase. Només les que tenen una freqüència adequada per ampliar l'amplitud.

Si estan en fase s'amplifiquen i surt.

Les constructives guanyen A i aconsegueix passar el filtre.

Els fitres d'interferència són més cars que els de colors, s'ha de tenir més cura i tenen la ventatja de que no tenen perquè treballar sols al visible, sinó que hi ha filtres d'interferència per treballar a diferents radiacions. Són sistemes que s'utilitzen també per gamma baixa: fotòmetres sencills (fotòmetres de flama).

Monocromadors: són dispositius que funcionen a u-v,IR, visible... i a altres espectres de l'electromagnètic.

Permeten una variació continua de , sense tenir que canviar de sistema. Hi ha de diferents tipus: desde els 200nm fins als 800nm. Amb una resolució de 0'05.

- de prisma: és un prisma de base triangular pel que fem passar una rad, aquesta es refracta i es separa els seus colors fonamentals.Podem colocar un detector en un lloc det o colocar una làmina metàl·lica opaca i deixa passar només un aradiació. La reixa pot moure's amunt o avall.

També podem mantenir fixa la reixa i girar el prisma.

Interesa que les línees siguin el màxim d'estretes. La capacitat de separar línees(d'aconseguir un pas de línees estret) depen de :

- la distància entre el prisma i la reixa: A més distància millor perquè puc selecionar millor la  ( però això causa una pèrdua d'intensitat).

- fer escletxes, que la reixa no eixi passar tota una  sinó que sol quedi una petita escletxa. Ha d'estar molt ben fet. No s'utilitza gaire els de prisma, només en aparells molt sencills. Per u-v haurem d'assegurar-nos que el prisma sigui visible (prisma de quarç).

El prisma ha de ser visible a la rad que vulguem treballar.

- red de difracció: S'utilitza només, gairebé exclusiu.

Té més bon poder de resolució (permet resolucions molt petites), es pot manipular millor i es molt car.

Consisteix en una làmina normalx metàl. O de vidre perfectax pulida i que té un conjunt de ratlles anomenades estries en una direcció. Com més curta és la  que nos volem treballar més ratlles ha d'haver. Per tant, dependrà de l'emissió espectral en la que nos volem treballar.

Si treballem a IR ( bastan gran) hi hauran poques ratlles (10-20 estries/mm)

A l'u-v hi ha 1000:10000 estries /nm.

Les estries han de ser paraleles (pag17).

La red es basa en el fenòmen de difracció.

Les punxes ( són les estries) del monocromador representa les separacions de da difracció.

Jugant amb la major o menor curbatura de les ones (segons la seva coincidència o no amb les punxes)( les que coincideixen es curben més) i amb les interferències que es produeixen més les altres aconseguim una difracció de la llum policromàtica.

- de reixa: sempre va associat amb el de prisma i la red de difracció. És la reixa que ens serveix per seleccionar la  que volem. Condiciona la resolució de la  les resolucions bones serien de 0.1nm, 0.5nm...

3.- Portamostres:

Ha de tenir unes determinades característiques:

- inert químicament respecte a la mostra que nos volem analitzar

- transparent a la rad que nos treballem

- quan es de tipus contenidor les parets han de ser perfectament paraleles.

A l'u-v se sol utilitzar cubetes de quarç.

Al visible es pot utlitzar el quarç, el vidre de borrosilicat i les cubetes de poliestiré, polimetacrilat de metil i policarbonats.

En IR s'utlitza els cristalls de clorur sòdic amb fiament líquid o bé les pastilles de bromur potàssic.

4.- Detectors:

Varien en primera instancia de la banda de radiació que nos treballem (si treballem a IR necesitem detectors de calor, si treballem a l'u-v i IR pròxim utilitzarem detectors de fotons).

- Detectors de fotons:

Els dispositius més sencills utilitzen fototubs de buit ( es basen en el fenòmen fotoelèctric).

Si els fotons de la llum que nos fem incidir tenen prouta E per arrancar els e- de la placa, aquests donen corrent i d'aquesta manera transformala energia lluminosa en E electrica.

Com més protons arribin a la placa, més e- circulen cap al àtode, hi haurà, per tant, més corrent electrica (perquè la llum els arrenca de la placa).

Aplicació pràctica: Posem una cubeta i la iluminem, si la cubeta està buida, aquesta arrenca un adet corrent, si la cubeta està plena al passar la llum la cubeta n'absorbirà i llavors arribaran menys e- a la placa i , per tant hi haurà menys corrent.

La diferència de corrent està relacionada amb la quantitat d'analit que absorbeix.

Si fiquem el doble d'analit absorviràel doble.

Els aparells de gamma mitjana i alguns d'alta, utilitzen un dispositiu que es molt més sensible que és el tub fotomultiplicador.(pag 20).

És un tub com el de la fig.1 però que té diferents càtodes.

El fotó fa saltar l'electró, aquest xoca amb molta força (per la diferència de potencial) a 2 i n'arranca més d'un electró. Al xocar a 3 arranca 2 electrons més. I així succesivament. Al cap d'un temps tenim una cascada d'electrons.

A partir del fotó aconseguim tenir una lum intensa a conseqüència dels xocs. Una senyal molt dèbil òpticament arriba a ser una senyal electrica intensa.

Encara que el ft´' no sigui molt energètic, només que sigui capaç d'arrancar un electró a l'últim ànode arriba una cascada d'electrons, i una senyal electrica molt intensa.

Ultimament han aparegut detectors de transistors i una derivació d'aq que són els sensors CCD. És una pastilleta de semiconductors en que cadascuna forma una part de la imatge (aquesta es sensible als fotons). Estan fet de silici contaminat (hi ha diferents tipus de contaminat). Segon la quantitat de radiació hi ha més o menys pas. Tenen bona resolució i permeten separar molt bé les línees.

- Detectors de calor:

Els més sencills són els termopars estan basats en una unió bimetall. Hi ha determinats metalls que es posen junts són sensibles a les variacions de Tª i es manifesten en petites diferències de corrent elèctric, llavors ja es un detector d'IR.

Si absorbeix molt perquè hi ha molt rad ( h.) donarà més corrent electric.

Hi ha un altres tipus que estan basats en semiconductors anomenats detector semiconductor de calor: són sensibl a IR, són el SEPb, Se3Ga2 i TePb. (El primer i el tercer són molt sensibles i poden treballar a IR llunyà).

Amb aparells molt sotifiscats i de gamma alta utilitzen un asubs orgànica que es fotodetectora del calor que és sulfat de triglicina.

TEMA 3. ESPECTREFOTOMETRIA U-V -VISIBLE.

3.1. FONAMENT.

Es comproba que moltes espècies moleculars i atòmiques absorbeixen molt intensament a la regió que va desde u-v pròxim passan per el visible fins a IR pròxim. Aquesta absorció en aquesta regió es pot utilitzar en anàlisi quantitatiu i també per algun anàlisi qualitatiu (és molt menys important). Basada en tres tipus diferents de transicions electroniques les espècies absorbents són àtoms o molècules que passen d'un estat fonamental a un estat excitat mitjançant transicions electròniques.

Iluminem als electrons, absorbeixen energia i passen a l'estat excitat.

*Tipus de transició:

1.- Transicions d'e- en orbitals moleculars del tipus:

 ! "

 ! "

Un nivell molecular pot tenir diferents orbitals:

 ! enllaç sencill

 ! enllaç doble o triple

 ! orb molecular no enllaçats

Els electrons estaran en un nivell estable (,,) normalx (estat fundamental) i els electrons absorbeixen radiació amb la que els enfoquem i pugen a orbitals de major energia (", ").

Segons les teories dels orbitals moleculars, a cada orbital molecular que forma enllaç li correspon un orbital molecular de major energia( excitat) anomenat antienllaçant.(pag21).

Si ordenen els orbitals per nivells d'energia creixent:

Transicions posibles:

a) un e- pot passar de  a " !

b) un e- pot passar de  a " X

c) un e- pot passar de  a " X

d) un e- pot passar de  a " !

! : són molt energètics, perquè per aconseguir la transició del electró, necessita molta E (provinent de la radiació ) perquè estan molt separats. Aquesta  tan elevada correspona una regió de l'ultravioleta per sota dels 220nm.

X : correspon a nivells d'energia més petits perquè no es necesita tanta energia perquè els electrons puguin fer aquesta transició i es solen donar desde 220nm fins 800nm.

La conseqüència es que per sota del 220nm els gasos de l'aire absorbeixen radiació, per quantificarles haurien de treballar al buit, com això és molt difícil , llavors no s'utlitzen les radiacions X i nosaltres treballem a uv-vis amb les transicions !, s'anomenen radiacions a l'ultra violeta útil.

 ! "

ø valors de  < 220nm

 ! "

 ! "

ø normalx valors de  >220nm.

 ! "

El CO2, H2O, O2, N2 absorbeixen l'uv a partir de 220nm, això vol dir que per sota de 220nm l'aire es opac perquè aquestes molecules absorbeixen energia.

Regió de l'ultravioleta útil: es troba a partir de 220nm cap amunt fins als 800nm.

Les substàncies que tenen grups funcionals i que presenten aquestes trancisions( ! ",! ")

els grups funcionals s'anomenen grups cromófors.(grups generadors de color).

Ex. CH3-CH3 ! seria transparent a l'uv perquè no presenta dobles enllaços.

CH3-C-CH=CH2 ! seria opaca perquè absorbeix i ho fa perquè té dobles ni triples enllaços.

Les espècies químiques que presenten dobles i triples enllaços seran absorbents perquè contenen grups cromòfors (dobles i triples enllaços) (pag21)

Els pics de les gràfiques són arrodonits perquè les analítiques les fem en dissolucions. Un dels inconvenients es que el disolvent té un efecte important sobre la forma i sobre la posició dels pics d'absorció (que sempre són arrodonits, mai puntiaguts com caldria esperar).Els pics estan arrodonits i desplaçats ! efecte dels disolvents (pag22.fig2).

Si treballem en punxes més altes tindrà més sensibilitat.

És imp fixar el disolvent perquè sinó potser se'm corre tan la gràfica que em quedo en blanc.(pag22.fig1).

La corba dependrà del disolvent que utilitzem per disoldre la mostra, un amateixa mostra disolta en dissolvent diferentens donaran pics de diferent forma i posició. El millor per treballar a l'uv-visible és l'aigua.

Presència de cromòfors conjugats: Un enllaç doble únic absorbeix a la regió de l'u-v no útil, en canvi, si tinc dos enllaços dobles junts potser que ja podrem observar.

La presència de dobles i triples enllaços conjugats provoca que l'orbital " tingui meys energia i així absorbeixi  més elevades (pag 2 fig 3).

Hi ha un tercer efecte : la presència de grups auxocroms. Són grups que no són cromòfors, no donen absorció a l'u-v útil, però la seva presència a les proximitats d'un grup cromòfor fa que la  d'absorció es desplaci molt cap a valors alts.

Ajuden, afavoreixen als cromòfors a donar color a  més elevada (pag 23 fig1).

Hi ha determinats ions inorgànics que ta absorbeixen. Ex. nitrats, nitrits, CO3. També absorbeixen perquè tenen enllaços multiples ,  ! ",  ! ".

Podem fer anàlisi directes de nitrats, nitrits i CO3 en aigua perquè donen absorció.

2.- Trancisions entre orbitals atòmics d i f:

Es donen normalment entre dissolucions aquoses de determinats metalls de transició que tenen parcialment ocupats els orbitals d i f.

Els orbitals tenen electrons que quan són iluminats són capaços de pasar a nivells d'energia superior però pròxims (no gaire superior) i això passa a la regió uv-vis (pag23fig2).

Els pics d'absorció dels d són arrodonits i els f més punxiaguts.

3.-Transicions per transferència de càrrega:

Es dona també en determinats cations metàl·lics de transició. Ex típic és el Fe, com és un metall de transició podem donar substàncies que ocupin aquests orbitals,d.

Una substància capaç de donar-li els electrons és el SCN. Com té un parell d'electrons, aquests poden ocupar els orbitals del Fe, llavors es forma un ió complexe de Fe (SCN)4.

El que passa es que la solució de Fe que en principi es transparent el fet que el SCN aporti un parell d'electrons i ocupi orbitals ocupats fa que absorbeixi intensament el visible (això passa per transferència electrica, aport d'electrons).

Aquestes transicions s'anomenen d'ox-red interna i normalment la substància que aporta electrons és la complexant.

Aquest tipus de reaccions són molt útils i s'utilitzn molt. Es molt útil per determinats ions, el Fe i altres.

Aceptor d'electrons Fe + SCN

Fe +  "  dipiridil

Són mètodes molt sensibles (quantitat de Fe en ppm).

3.2.APLICACIONS QUALITATIVES. CARACTERÍSTIQUES I LIMITACIONS.

La radiació de l'uv- visible serveix per fer dues aplicacions.

Una de tipus qualitatiu que serviria per identificar i caracteritzar substàncies. Aquesta es el menys important dins de l'espectoescopia.

S'utilitza en espectres ( es un desarrollo gràfic de les absorbàncies en funció de ). Es un escombrat (escanner) de longitud d'ona. El monocromador va varian la  al llarg del temps. Si l'espècie és absorvant apareixeran una sèrie de crestes .si llegim a 280 l'analit és transparent, no hi ha cap grup funcional. Perquè hagi un canvi d'estat la energia de la radiació ha de ser igual que la necessaria per canviar d'estat, per tant, han de tenir la mateixa freqüència.

A les crestes que estan abaix no hi ha una freqüència adequada, no hi ha trancisió d'electrons als orbitals.

A les crestes altes vol dir que les energies són iguals i, per tant, hi ha un canvi d'estat.

Per tant, obtindran uns màxims i uns mínims que dependran dels grups cromòfors.

Un dels inconvenients o defectes es que té pocs pics i estan molt arrodonits. Això passa perquè normalment s'usen en dissolució aquosa o en un dissolvent (pics arrodonits).

També és limitant perquè el nombre d'espècies absorvents per les espècies que tinguin grups cromòfors.

A vegades s'utilitzen per determinar característiques contaminants o per determinar manipulacions. Un cas característic està en els olis per avariar alteracions i manipulacions inadequades. Si nosaltres fem un espectre a 270nm gairebé no presenta absorció un oli d'oliva verge. En canvi, els manipulats, el refinat, el oruho, presenten uns pics, una determinada absorció a causa de que ha canviat la estructura i la composició.

3.3.APLICACIONS QUANTITATIVES. PARÀMETRES. LLEI DE LAMBERT-BEER.

Serveixen per conèixer la concentració d'un analit que absorveixi aquesta gamma de radiació (200-800 nm) o bé directament, o bé per la formació d'un complexe que abs0rveixi.

Ex. Podem analitzar NO3 (nitrats) directament, el problema es que a vegades junt amb els nitrats hagi altres substàncies que també absorbeixin.si volem determinar la concentració de una substància però pot succeir que aquesta no contingui cromofors o que hi hagi interferències per això el més corrent es fer un compost entre la substància A i la B de tal manera que es formi un complexe que si absorveix i potser en una regió que no hi ha interferències.

El que medim és la radiació que arriba en relació a la radiacio que enviem.

Transmitància: es la relació de la llum que enviem amb la que arriba (%). %T=I0/I x 100

La transmitància s'utilitza juntamnet amb un altre paràmetre que es la absorvància.

Absorvància: mesura la quantitat de llum que reté l'analit. A= - log T= log I / I0

el que ens interesa és la concentració de l'analit que ha nosaltres ens queda. Hi ha una proporcionalitat (relació diresta) entre A i la concentració de l'analit.

“La llum que queda absorvida a la cubeta es proporcional a la concentració de l'analit que hi ha a la cubeta. ”

Si augmenta la concentració, augmenta l'absorvància. A= a . b . [c] (a i b són constants de proprcionalitat).

b és la mida de la proveta expressada en cm.Les mides de les cubetes estan estandaritzades i els valors van desde 1 fins a 10 cm, les més usuals són les cubetes d'1cm. b= 1 A= a . c

a és el coeficinet d'extinció i representa la capacitat que té aquesta substància d'absorvir radiació.

Per fer determinats útils interesa que aquest valor de a sigui elevat. Quan aquesta a està expressada en mols s'anomena coeficient d'extinció molar, llavors es representa amb la lletra epsilon  que es la forma més corrent de trobar-ho. A= a . b . c = a . c =  . c

Amb els fosfats l'energia és molt alta en canvi, el cobalt té una energia molt feble, i per tant per a determinar cobalt l'espectroescopia u-v-vis es inútil perquè per observar absorcions ha de ser en concentracions molt, molt concentrades. A= . c ( és igual a l'equació d'una recta que passa per l'origen y = K . x ).

El manual seria:

- Primer construir una escala de patrons adequada i amb aquests patrons fer una recta de calibració. Acte seguit fer un blanc que l'ajustem per absorvància zero, es a dir, fem passar la recta per l'origen de coordenades.

- Després fem cinc patrons ( dilucions d'analit de concentració coneguda). La concentració d'aquests patrons he de ser d'ordre creixent, que estiguin a dins del rango de treball adequat i a més que augmenti de forma doblada (0, 1, 2, 5, 10, 25). Quan ja coneixem bé el mètode ho podem fer de tres, però no és aconsellable.

La línea és recta dins d'un marge de concentracions on es compleix A =  . c és la zona on podem treballar i això passa a concentracions baixes d'analit. Aquesta eqüació és la eqüació de Lambert- Beer.

- després agafem la mostra de concentració desconeguda i la fiquem en el espectre. Amb les absorvàncies que doni es busca el patró que nosaltres hem fet i mirem la concentració. Aquesta serà la concentració de la mostra. Ex. si la màquina dona A1 mirem la taula i la concentració serà igual a 7'5.

Es compleix la llei de Lambert- beer a concentracions baixes (a partir de 0'01M cap avall). Aquesta llei deixa de complir-se quan hi ha espècies químiques, o l'analit es descomposa, interacciona amb altres components, s'evapora o reacciona amb altres susbtàncies. També dóna problemes quan tinc un instrument amb males condicions d'utilització i de conservació, es a dir, que hagi una llum que faci frucuacions o un monocromador que no ajusti bé la longitud d'ona, quan hagi vapors,...

Nosaltres podem tenir una espècie absorvent o varies. Quan tenim absorcions vàries potser que a una determinada longitud d'ona absorbeixi a molts components, llavors l'A que ens donarà la màquina serà la total, que serà la suma de cadascun dels analits que absorbeixen.

AT = A1 + A2 + A3......An AT = 1. c1 . b + 2 . c2 . b + 3 . c3 . b + ...

es corrent i facilment trobable que hagi més d'una espècie a l'analit. Això s'anomena problema d'interferències matricials.

La solució es complica ja que no sempre podem treure les matrius interferencials. Procediments per solucionar els problemes d'interferències matricials (maneres de purificar la mostra):

- Eliminar-les si es possible, per exemple per precipitació.

- Extracció de l'analit.

- Filtració en columna.

- Afegir substàncies emmascarades: evitar que substàncies de la matriu que absorveixin, ho facin.

Quan nosaltres no podem purificar la mostra i aïllar el nostre analit el que hem d'aconseguir es que els nostres patrons s'assemblin el màxim possible a la nostra.

Exemple: jo sé que tinc 5 ppm però surt 8 ppm. En comptes de fer una escala de patrons amb substàncies pures, ho faré amb una escala de patrons estandard certificats ( faig els patrons saben que contenen tots els components que surten a l'absorció).Un dels inconvenients d'aquesta solució és que aquests patrons són molt cars, i perquè funcioni les dues mostres ( la patró i la meva) han de ser igual. A vegades no hi ha patrons del que necesites. Degut a aquestes limitacions normalment es practica poc, quan es necessari queda un últim recurs que s'anomena mètode de les addicions estandard, seguin aquest garantitzem que la corba de calibració serà l'adequada pel nostre anàlisi. El problema es que és molt lent i pesat de fer.

El problema que hi ha en els productes farmaceutics, en aquest cas no interesa tant la quantitat exacta sinó si la quantitat està en el límit adequat, es que el marge d'error ha de ser molt petit. La manera més sencilla de fer-ho és amb només un patró i sense blanc.

A.- una mostra i un patró

Ap = m . Cp Cx = Cp . Ax / Ap

Ax = m . Cx

B.- una mostra, un patró i un blanc

Ap = m . Cp + b

Ax = m . Cx + b Cx = Cp . Ax . b / Ap . b

Ab = b

Les aplicacions més corrents són les que ens ha explicat fins ara. A part d'això es poden fer valoracions espectrefotometriques. Jo puc seguir el curs d'una valoració (exemple de complexes metàl·lics o de espècies absorvents) i no ficar un indicador, sino que segueixo la valoració amb l'espectrofotometre u-v-vis. S'utilitza una cubeta especial, van afegin reactius i van observan les concentracions i amb temps real ho vas valorant.

Un altra aplicació són els estudis cinètics. S'utilitzen bastant. Hi ha reaccions químiques que evolucionen amb el temps. La evolució d'aquesta reacció es pot seguir per les absorvàncies que dóna un espectrofotometre (per estudis de reaccions enzimàtiques). S + E ! S

L'evolució d'aquestes reaccions (enzimàtiques,...) es poden seguir per les variacions d'absorvàncies o concentracions de les diferents espècies químiques presents al medi.

3.4. INSTRUMENTACIÓ, FOTÒMETRES I ESPECTROFOTOMETRES.

Els instruments més senzills per a aquestes tècniques són els colorímetres (fotòmetres). Detecten variacions de color i només treballen a la regió del visible. (Pag 24 fig. 1)

les màquines més avançades són els espectrofotometres perquè : (pag24 fig3)

- poden llegir tan u-v-visible com a l'ultravioleta (porten la làmpara de deuteri i la del wolframi).

- tenen un monocromador i per tant, poden seleccionar totes les longituds d'ona que ens interessin.

3.5.ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCÈNCIA (A), FOSFORESCÈNCIA (B) I QUIMIOLUMINISCÈNCIA.

S'anomenen tècniques luminiscents (A, B). Són tècniques d'emissió. Es basen en que nosaltres al haver il·luminat aquestes espècies nosaltres mesurem la llum que ens envia aquells electrons quan tornen del nivell excitat al estat fonamental.

Les substàncies capaces de que l'electró del estat excitat passi directament a l'estat fonamental emitin un fotó són les substàncies fluorescents. Aquesta tècnica el que fa es mesurar aquesta llum resultant.

L'aventatge que té la fluorescència és que és una tècnica molt més selectiva, en el sentit de que hi ha moltes menys substàncies fluorescents del conjunt de les que presenten absorció.

Aquest pas transcorre en milionèsimes de segon ( característica de la fluorescència).

Disseny dels instruments utilitzats en fluorescència:

Es col·loca la font de radiació, després un monocromador i la mostra. El detector el fiquem a 90º de la mostra i no en línia recta perquè així no li arriba llum de la font, sinó sol la que s'emiteixen després de passar la mostra (la emissió fluorescent).

És una tècnica utilitzada molt en determinats anàlisis d'aliments.

Per a que hagi fluorescència la energia del fotó que s'emiteix ha de ser elevada perquè sinó no hi haurà prou radiació (com es dispersa no arribarà la senyal al detector).

La fosforescència és una tècnica semblant a aquesta però que es caracteritza perquè aquestes transicions d'emissió són lentes (no ultraràpides com a la fluorescència) (dècimes de segon, hores, dies...) Com les partícules van caient a poc a poc, mentre cauen van emitin llum.

Com a tècnica analítica és molt més limitada i s'utilitza en poques substàncies. Hi ha molt poques substàncies fosforescents.

La quimioluminiscència consisteix amb una reacció química en la qual es forma un producte luminiscent (fluorescent o fosforescent).

Ex: cuques de llum, algues marines...

T.4.ESPECTROSCÒPIA D'ABSORCIÓ MOLECULAR INFRAROJA I RAMAN.

Està basada en les tècniques d'absorció que es donen a la banda de la radiació I.R (780nm-106nm). El IR està format per:

IR proper de 780-2500nm

IR mitjà de 2500-50000nm

IR llunyà de 50000-1000000nm.

En la radiació IR s'expressa en nº d'ona, no en nm.

4.3.APLICACIONS QUALITATIVES:

És una tècnica bàsicament qualitativa, es a dir, serveix sobretot per identificar encara que últimament han sortit dues tècniques basades en IR una de elles típicament quantitativa que s'anomena espectroscòpia per reflectància difosa a l'IR proper (NIR). S'utilitza molt en empreses.

La segona s'anomena espectroscòpia d'IR per transformada de Fourier (FT-IR).

Aquesta és una tècnica molt completa perquè serveix per anàlisi qualitatiu i quantitatiu. Tenen unes prestacions molt bones en relació a l' espectroscòpia IR convencional. Es el mateix però té unes modificacions al vidre òptic. Aquest serveix per identificar compostos orgànics.

Està basada en transportar les molècules d'un estat fonamental un estat excitat. Les diferències entre els estats correspon a diferencies en l'energia de vibració dels enllaços de la molècula.

La energia que les fa corre més o menys és la energia del microones (Energia de translació).La energia que fa que vibrin i rotin més o menys es la energia IR.Es a dir, que la IR afecta als estats vibracionals i rotacionals.

L'estat fonamental seria les vibracions per segon (freqüència) i l'amplitud. Quan els il·luminem amb IR les molècules vibren més depressa, s'estiren més , augmenten l'amplitud...

En sòlids, líquids i gasos els seus àtoms poden vibrar, en el cas dels sòlids i líquids està més determinat. Els sòlids poden vibrar però no rotar.

L'IR que està basat en la rotació de les partícules serà característic dels gasos perquè tenen aquesta capacitat de gir.Bàsicament en líquids i sòlids estudiarem com afecten les vibracions dels enllaços a l'IR.

Les espècies absorbents a Tª ambient es troben en estat fonamental i l'enllaç vibra a una determinada freqüència, quan il·luminem amb IR i la freqüència de vibració de la radiació coincideix amb la freqüència de vibració de l'enllaç s'acobla, absorbeix aquesta radiació i passa a un estat excitat de més energia.Això vol dir que cada enllaç absorbirà a una determinada freqüència.

Aquesta espectroscòpia IR sobretot ens permetrà identificar grups funcionals de molècules orgàniques perquè cada grup absorbeix a una freqüència diferent.

Per anàlisis identificatius de grups funcionals es fa un escombrat o escanning a diferents longituds d'ona d'una mateixa mostra.El registre ens dóna les mesures d'absorbàncies davant d'intensitats després d'haver fet l'escombrat.Els pics són bastant aguts.Cada pic representa l'absorció d'un enllaç. Per ex: un carbonil C=O absorbeix al voltant de 1700 cm-1.(pag1 fig3).

Una característica dels espectres de l'IR és que són molt rics en senyals.Això es degut a l' existència d'acoblaments entre enllaços dels àtoms veïns. Ademés això també té conseqüències sobre el interval en el qual pot sortir un pic.

Absorbirà a 3100cm-1 i l'altre a 3150 cm-1; aquesta diferència de distància entre l'absorció d'un mateix enllaç ve donada a que aquest enllaç està unit en cada partícula a una partícula diferent.(Pag 2 fig. 1 i 2).

Com els espectres són molt complicats se sol dividir per la meitat. La part de l'esquerra se'n diu la regió de la freqüència de grup, i la dreta s'anomena la regió de l'empremta digital.

La major part de grups funcionals tenen pics d'absorció característics a la regió de freqüència de grup (que ademés és una zona més neta), a excepció dels halògens que la tenen a la regió de l'empremta digital.

La regió de l'empremta digital és molt rica en pics, és més complexa i es característic de cada substància (d'aquí prové el nom).

El problema de les mostres ; com fem d'utilitzar les nostres mostres per fer anàlisis típics.

Les mostres han de ser pures i s'ha de tenir en compte que espectroscòpia a IR es molt sensible, és a dir, que disminuint la quantitat de mostra ja dóna espectre.

Els gasos atmosfèrics interfereixen a excepció dels homonuclears (02 i N2) per tant, hem de tenir en compte que la mostra estigui dessecada i lliure d'anhídrid carbònic.

* mostres líquides: es poden analitzar en forma pura entre dues plaques de ClNa

formant un fil líquid.

L'avantatge es que és molt ràpid i molt senzill.

El problema es que si conté H2O hi haurà problemes d'interferències i fa malbé la peça. S'utilitza cristalls de ClNa perquè són transparents a la radiació IR.

* mostres sòlides: hi ha bastants opcions:

a) Utilització de dissolvents. Els dissolvents que se solen utilitzar són CCl4, S2C, CHCl3 . els dissolvents que se solen utilitzar tenen un inconvenient que es que absorbeixen, però normalment s'utilitzen dissolvents que tenen un espectre bastant net (que tenen sol 2 o 3 pics) i es mira que a la nostra mostra els pics que siguin crítics no coincideixin amb el dissolvent. La utilització dels dissolvents es fa més per verificar el que sabem que no pas per identificar.

b) Utilització de dispersants. Normalment són olis minerals o sintètics. Es fa triturant uns polsets de la mostra amb aquests olis. Ex. d'olis: fluoruluble i nujol. Absorbeixen però van bé perquè tenen un espectre bastant net.

c) Utilització de comprimits. S'utilitza el KBr.

En mostres líquides s'utilitza majoritàriament film líquid, i en mostres sòlides s'utilitzen comprimits.

Els comprimits es fan utilitzant KBr en excés.S'agafa el morter d'àgata i es posa 50-100 mg de KBr (sec i puríssim) i es posa " 1 mg de mostra. Es tritura tot per homogeneïtzar. Quan està molt ben dispersat agafem una mica i ho posem en uns cartronets que tenen un foradet amb forma de rectangle al mig i es fica el cartronet sobre una peça de Fe i sobre una altra peça. Llavors es posa a la premsa, al comprimir-se queda una espècie de pastilla transparent. Es fica el comprimit en un suport adequat per poder analitzar (fer passar la llum).

4.4.APLICACIONS QUANTITATIVES:

a- Espectroscòpia IR per transformada de Fourier (FT-IR)

b- Espectroscòpia de gasos

c- Espectroscòpia de reflectància difosa al IR proper (NIR).

a.- FT-IR : són els de gamma més alta al mercat. Serveixen per identificar i per quantificar. Són molt ràpids i tenen molta resolució, molt precisos i molt cars.

b.- Gasos : s'utilitzen sobretot per l'anàlisi de gasos contaminats i són típicament quantitatius. El que defineix aquesta espectroscòpies és el portamostres. Es caracteritza perquè conté un tub amb dos finestres i una obertura per fer-li el buit.

Actualment s'estan fen anàlisis de gasos contaminats per espectroscòpia d'emissió a IR (no d'absorció). Però existeix un problema tècnic, per a què es produeixi una emissió, la substància ha d'estar en un estat excitat que passarà a un estat fonamental per a emitir fotons. Però la única emissió es troba a la sortida de les xemeneies de fums calents que estan en un estat de vibració, al sortir es refreden emitin radiació IR perquè passen de cop cap a l'estat fonamental (al sortir al exterior es troben a Tª ambient i allí es produeix una emissió suficient perquè es pugui detectar: Efecte de vigilància.

Per observar això s'utilitzen una espècie de telescopi (serveix per saber si les fàbriques desprenen gasos tòxics).

c.- NIR : és una tècnica diferent perquè no treballa en la regió del IR mitjà, treballa en el IR proper.

S'utilitza en indústries com a mètode analític ràpid sobretot en productes sòlids polvorulents encara que també amb modificacions de paràmetres es pot utilitzar per pastes i per líquids.(pag 4 fig. b).

La llum penetra en la superfície de la mostra llavors la llum arriba a la mostra. La llum interactua amb les molècules i provoca una refractària, i la llum refractada va rebotant dins de la càpsula fins que arriba a uns detectors. La llum difosa porta informació sobre la mostra perquè ha excitat a les molècules de les substàncies de la mostra. I variant la  de la radiació el nivell d'excitació de les substàncies de la mostra donaran diferents absorcions i per tant donaran diferents senyals.La senyal que rep el detector depèn de .

Amb el NIR obtenim unes gràfiques amb les quals podrem fer gràfiques de patrons amb mostres conegudes.

Llavors un cop feta la calibració podrem ficar una mostra però li trèiem un compost que té per exemple l'aigua i al veure la pràctica podrem apreciar la disminució d'un pic i per tant, deduirem que aquell pic es característic de l'aigua, humitat.

Cada pic correspon a cada component de la mostra com més alt sigui el pic voldrà dir que n'hi ha més i si no hi ha pic vol dir que no hi ha aquella substància.

Hi ha una relació directa entre la intensitat del senyal i la concentració de la mostra.

Per a fer la calibració haurem de repetir el procés molts cops, uns 50. Aquest procés consisteix en agafar la mostra i per mètodes convencionals buscar el porcentatge de cada substància que componen la mostra i a continuació fem l'espectre i obtenim la gràfica i relacionem l'espectre amb els porcentatges obtinguts.Llavors al ficar-li una mostra el NIR farà el gràfic i compararà el gràfic amb el porcentatge que li havíem indicat anteriorment i sabrem el porcentatge de cada espècie.

I si un pic apareix més petit o no apareix l'aparell ho corregeix i dóna un porcentatge de 100 total, fa les variacions corresponents.

Si li posem un altre tipus de mostra l'aparell no ens ho farà bé. Hem de fer calibració i biblioteca per a cada mostra, un NIR pot contenir diverses biblioteques.

El grau de maduració de la mostra influeix en la lectura de la gràfica. Alhora de fer la calibració hem de mantenir sempre el mateix molde i mirar que no sigui massa vell. Hem de fer sempre moldures iguals.

Aplicacions per espectroscòpia:

El NIR no és una tècnica exacta ni precisa però un cop feta la calibració és un mètode molt ràpid i simultàniament permet fer determinacions de molts components majoritaris. Aquest mètode s'utilitza en indústries per a fer anàlisis ràpids no per a conèixer amb exactitud els components però si per a saber si compleix el porcentatge mínim contractat. Aquesta màquina sol estar a peu de fàbrica.

4.5.ESPECTROSCOPIA RAMAN:

És una tècnica amb poques aplicacions, funciona dins del IR mitjà. Aquesta espectroscòpia fa lectures de les radiacions dispersades per la mostra per això també s'anomena espectroscòpia per dispersió de Raman.

La major part de les dispersions tenen una  igual que la de la llum inicial però a determinades  del IR i determinades substàncies s'aprecia una lleugera diferencia de , entre la que incideix i la que surt dispersada.Aquesta diferencia l'origina els canvis vibracionals de les molècules, es a dir, els mateixos canvis amb que es formularan els espectres del IR.

Les molècules dispersades es llegiran en un = 90º.

El espectre del Raman tenen característiques semblants als del IR i dóna informació complementaria.

Els espectres de Raman tenen l'avantatge que l'aigua no interfereix podem treballar en solucions aquoses i ademés podem fer anàlisi d'espècies inorgàniques (també orgàniques) i també podrem fer anàlisis de productes biològics.

Aquesta màquina es cara, és una tècnica bona però té problema d'interferències.(pag 3).

TEMA 5. ESPECTROSCÒPIA D'ABSORCIÓ ATÒMICA DE FLAMA I ELECTRO TÈRMICA.

Les espectroscòpies atòmiques només treballen amb l'uv-vis. Quan il·luminem àtoms amb l'uv-vis, els electrons de valència passen d'un estat fonamental a un estat excitat.

Li 1s2 2s2

Fonament d'aquesta tècnica : quan il·luminem els àtoms, al fer aquesta transició els electrons absorbeixen E.

Aquesta tècnica serà útil per anàlisi d'elements químics (metalls, sobretot i amb l'ajut de tècniques complementaries podem identificar algun no metall: Ge, Ar, Se.)

5.2.- ATOMITZACIÓ DE FLAMA:

Per la tècnica de flama podem determinar nivells de metalls de l'ordre dels ppm i per alguns, dècimes de ppm. Per algunes tècniques especials i per alguns elements podem baixar a l'ordre de ppb. Aquesta tècnica la podem qualificar amb límits de detecció mitjans, però més bons que els convencionals.

Un espectrefotometre d'aquestes característiques (pag 6b):

-Font:

La font de radiació ha de ser especial: discontinua concretament, es a dir utilitzar una làmpara de càtode buit. El càtode està format pel mateix element que nosaltres volem utilitzar.(pag 6B fig. 2)

A dins hi ha un gas inert (Argon). Es fa passar corrent. En determinats moments, l'Ar cedeix un electró al ànode i es produeix una expulsió d'aquest electró cap al càtode.Si la làmpara és de Zn, electró arranca àtoms de Zn i crea un vapor atòmic.Els àtoms de Zn passen de l'estat fonamental a diferents nivells d'energia excitats perquè reben calor, immediatament passen a un estat fonamental emitin energia, cada electró que s'emiteix ho fa amb una freqüència diferent.

La necessitat d'utilitzar aquesta font és perquè és discontínua, monocromàtica.(són fonts d'emissió de radiació).

Ex: si estic analitzant Ni i Cu al mateix temps, en un lloc determinat (450-450'02) estaré analitzant els dos alhora. Tindrà que tenir un monocromador capaç de separar 0'2nm. La làmpara de càtode buit aquesta separació la fa automàticament (no hi ha interferències).

La radiació que surt del càtode és discontinua i és pròpia i característica d'aquest metall.

Aquestes làmpares són cares, hi ha làmpares multielements en les quals en el càtode hi ha 2-3 elements químics; aquestes làmpares tenen un cost inferior però es gasten més aviat i podem donar algun problema. Aquestes làmpares han de tenir línies d'emissió no coincidents.

-Sistema d'atomització:

(pag 6B fig3)Per aconseguir els àtoms en estat lliure s'aspira la mostra en forma líquida (solució aquosa àcida) per un tub capil·lar (a través d'un venturi amb gas oxidant: aire); polvoritzem la mostra a dins la camera, per fer les gotes més petites fiquem una bola d'impacte, que al xocar les gotes es fan més petites. Aquestes gotes impulsades per un gas combustible van avançant fins arribar a unes pantalles (làmines de plàstic). Les gotes més grans al xocar amb la pantalla s'escorren i surten pel tub de drenatge. Les gotes que passen a través d'aquestes pantalles són molt petites i de la mateixa mida. Surten cap a dalt on hi ha el encenedor, s'encen la flama.(pag 6B, fig. a)

Mostra _# ___# ____# ____#

líquida

-Cremador:

Es bastant sensible perquè ha d'estar molt ben dissenyat (per dins de teflón i per fora de Ti o acer inoxidable). La línia del cremador (per on surten els gasos) ha de ser uniforme. La flama ha de tenir un perfil perfectament homogeni (si la flama no cremés uniformement afectaria a la repetitivitat dels anàlisis). La longitud pot ser o molt llarg o molt curt.

Si es el més llarg possible hi haurà molt àtoms que absorbiran i la senyal serà més sensible. Aquesta longitud està estandarditzada.Normalment l'estàndard per flama aire-acetilé és una flama de 10cm.

Per òxid nitrós la flama és de 5cm d'amplada. A la pràctica es fa servir el de 5 cm perquè serveix pels dos combustibles (a pesar de ser l'estàndard 19cm).

-Flama:

Perquè hagi una combustió ha d'haver dos substàncies: un comburent (oxidant) i un combustible.

Combustibles: (útils per absorció de flama) butà, propà, acetilè, hidrogen.

Comburents: aire, òxid nitrós (N2O), oxigen.

Nosaltres podem utilitzar:

Butà

Propà

Acetilè

Hidrogen

Aire

Òxid nitrós

Oxigen

Les barreges típiques són:

Acetilè - aire :per treballar normal

Acetilè- òxid nitrós: A Tª molt elevades perquè les molècules són difícils de dissociar i atomitzar utilitzem la flama d'òxid nitrós i acetilè. Aquesta flama arriba a 2500-3000ºK.S'ha de vigilar amb aquesta flama perquè el N2O té efecte hilarant (deixa atontat i dona ganes de riure).

L'absorció típica de flama és una tècnica quantitativa i això permet fer corbes de calibració amb concentracions altes.

El mètode d'addició estàndard : ajustem els punts en línia recta pel mètode dels mínims quadrats. (Però sempre hi haurà un grau d'incertesa).

5.3.INTERFERÈNCIES:

N'hi ha de varis tipus:

a) Espectrals: aquestes es produeixen quan coincideix una línia d'absorció de l'analit amb una línia d'absorció d'un element present a la mostra.

Si analitzo Fe i la meva mostra també conté aquest metall l'absorció que ens donarà serà la suma de la senyal del Fe i la senyal del metall, llavors tindrem un error sistemàtic (perquè els patrons estan fets amb Fe pur), perquè sempre trobaré valors més alts dels que són realment.

Implica que jo tinc que saber que tingui aquest segon metall, ademés també saber quin.

Solució: per solucionar aquest problema hem de saber que contenim aquest metall que ens donarà problemes espectrals. Aquests problemes es donen en pocs casos, i tots són coneguts.

El que fem per solucionar-lo es treballar a una altra  (la 2ª línia d'emissió més gran). El nostre anàlisi perdria sensibilitat però evitaria aquest problema.

b) Químiques: un dels passos imprescindibles perquè hagi absorció ha de ser que els àtoms estiguin lliures, en estat fonamental.

Tenim una interferència química quan no aconseguim de forma total o parcial l'atomització perfecta dels àtoms ( es a dir, que aquests àtoms formin part de molècules).

Si en l'atomització no es dóna l'últim pas, el de dissociació, llavors el que tenim es un vapor de sals, i per tant, no es produeix absorció.

Cal saber que hi ha per un cantó metalls i per un altre anions que tenen tendència a formar sals de difícil dissociació, aquestes sals que costen de trencar-se s'anomenen sals refractàries.

- les sals dels metalls alcalinoterris (Ca, Sr, Ba) tenen tendència a ser refractaries. També els seus òxids, el Al i també el seu òxid.

- pel que fa als anions : els fosfats, silicats, aluminats, òxids i hidròxids metàl·lics solen ser refractaris (amb tots excepte amb els alcalins).

Seran més refractaris si ajuntem cations amb anions refractaris.

Solució: per solucionar aquest problema el que podem fer es augmentar la Tª de la flama, al ser la flama més calorífica trenquen la molècula. Això ho aconseguirem posant una flama de N2O amb acetilè (té uns 200-500º més que la flama d'aire- acetilè).

Si no tenim bombona de N2O, una altra alternativa és utilitzar una solució d'un metall que té més afinitat pels anions que no el nostre analit, aquest metall és el Lantà (La).

Aquest metall té una molt alta capacitat de formar refractaris. És un catió que es combina amb els anions.

Ex: si tenim fosfat de calci, afegim La, llavors es forma el refractari de fosfat de lantà, deixant de banda el Ca per poder-lo analitzar.

No hi ha problema amb la presència de més d'un metall perquè no es molesten entre ells.

c) Físiques: sol ser una interferència menor, no solen ser tan greus. Solen venir donades per les diferències de viscositat entre les dissolucions patró i la mostra.

Regulant l'aire aspirarà més o menys i, per tan a la flama hi ha més o menys àtoms.

Si nosaltres fem una escala de patrons, corba de calibració, amb una determinada viscositat.Quan aspirem una mostra potser pot contenir coure inclòs una concentració salina elevada. Llavors és més viscós, i per tant, la velocitat d'aspiració és més lenta i aspira menys, i per tant, a la flama hi haurà menys àtoms.

El problema físic es basa en la diferencia de viscositat entre la escala de patrons que nos fem (ex. Ca amb H2O) i la mostra (maionesa). Com que la maionesa és més viscosa, costa molt d'aspirar, la quantitat que arriba a la flama és molt poca, i per tant, no troba Ca.

Potser perquè la mostra sigui menys viscosa que l'escala de patrons. Un exemple es que la mostra estigui amb dissolvents orgànics. La solució és fer patrons amb el mateix dissolvent.

d) Ionització: es donen en el cas dels metalls alcalins i els de la part de baix de la taula periòdica dels alcaliterris (Sr, Ba, Ra).

Tenim les gotes de sal evaporada, que es fusionen i vaporitzem, atomitzem i finalment tenim àtoms. Aquests àtoms estan al mig de la flama a " 2000ºK i absorbeixen, però a aquestes Tª hi ha determinats àtoms (els abans anomenats) que tenen prou energia perquè s'ionitzin.

Si jo analitzo sodi, el que m'interessa es tenir sodi en estat atòmic perquè així quan jo il·lumino passi a un nivell excitat. (Ex. del orbital 2s al 2p) i jo tinc una senyal d'absorbància. El que no m'interessa és que aquests àtoms estiguin en un medi tan energètic (com ja tanta Tª) que en lloc de passar a un estat excitat (Na*) passi a Na+ (ió sodi).

El que m'ha de produir la transició a una forma excitada ha de ser la llum, si en lloc de la llum el que provoca aquesta transició és la Tª de la flama és quan ja no m'interessa perquè els promocionarà tan que perdrà els electrons de l'última capa. Si escalfo ademés de donar aquesta transició que envia l'ió fora, fa que el sodi estigui a la flama en ió sodi. Llavors tenim senyals molt més baixes de les que correspondrien.

Solucions: una de les solucions es treballar a Tª més baixes, una Tª suficientment baixa perquè es doni l'atomització però no la ionització, per exemple la flama d'aire- butà. (No s'aplica, només als fotòmetres de flama senzills).

El que realment s'utilitza són Supressors de ionització; subministren molts electrons perquè desplacin l'equilibri en sentit contrari.

Ex. Per analitzar K, aquest dóna senyals baixes perquè té problemes d'atomització, el que fem és analitzar una gran quantitat de Li. Com que he posat molt Li i aquest s'ionitza, produeix moltíssims electrons i aquests s'ajunten amb els electrons de K i fa que l'equilibri es desplaci en direcció contraria formant una altra vegada K.

c) Inespecífiques: (corrector de fons) no se sap moltes vegades de que són però normalment són degudes a la presència d'espècies moleculars presents a la flama. HC"CH + O2 ! CO2 + H2O

La regió a l'u-v el O2 i N2 i altres gasos que poden absorbir i es produeixen absorcions moleculars, obtenim absorcions més altes de les que hauríem de tenir. I ens interessa que només absorbeixin els àtoms. Obtenim una senyal més baixa.

Solucions: es soluciona amb el corrector de fons. (A les absorcions que donen aquestes substàncies no desitjades se li'n diu fons)

El fons s'elimina amb un dispositiu encarregat d'eliminar la senyal de fons, que es el corrector de fons; hi ha de diferents tipus:

1.-Làmpara de deuteri: (absorció atòmica de flama) aparell de gamma baixa. La làmpara ho absorbeix tot i et resta la senyal de fons donant l'absorció de l'analit.

2.-Corrector de Zeeman: (absorció atòmica electrotèrmica de forn de grafit). Es millor i està basada en la separació de línies espectrals degut a un camp magnètic.

3.-Corrector Schimt-Hieffte: s'utilitzen perquè el corrector a la mateixa làmpara de càtode buit i s'utilitza poc perquè disminueix la vida de la làmpara.

5.4.TÈCNIQUES COMPLEMENTARIES EN AAF:

1.-Generació d'hidrurs volàtils de metalls i semimetalls:

Determinats elements es combinen amb H i alguns hidrurs són volàtils.

Hidrurs volàtils: Al, Se, Te, Sn, Pb, Sb, Bi, As més H.

Es fa una reacció química entre aquestes sals d'aquests elements .

Ex. El borhidrur sòdic, és un reactiu que genera hidrurs. NaBH4 ! AlH3 !

Escalfant aquesta solució on s'ha produït aquesta reacció el demés es queda i el AlH3 es volatilitza.

Aquest mètode és una manera de separar Al de tota la resta de components de la mostra. És un mètode que no dóna problemes d'interferències i podem aconseguir baixar molt els límits de detecció. Tècnica que s'utilitza molt.

2.-Tècnica del vapor fred:

S'utilitza bàsicament en el cas del Hg (el Hg dóna moltes interferències i es busca com a contaminant).

Permet fer un enriquiment de Hg.

S'aprofita la circumstància de que el Hg a una Tª una mica superior a la Tª ambient ja està atòmic i es volàtil. Llavors s'agafa la mostra i es fa un tractament previ per passar la sal de Hg que nos tinguem a Hg elemental; aquesta reacció d'ox-red la fem amb un reductor com el SnCl. S'agafa aquest i es barreja amb el Hg, s'escalfa i dóna Sn0 i Sn4+ .

Sn2+ + Hg2+ ! Hg0 + Sn4+

Aquest Hg0 és volàtil i es posa igual que abans en un tub de quars. Arriba un moment que tot el Hg2+ passa pel espectrofotometre, (encara que sigui de l'ordre dels ppb, hem detectarà igual, el que compta es que tinguem tot l'Hg).

Una variació (per arribar a límits de detecció per sota de ppb) es utilitzant un acumulador d'or (un recipient amb viruta d'or). El Hg amb contacte amb l'or es forma una amalganea i s'acumula a l'acumulador. Quan tot el Hg s'ha quedat a l'or escalfem molt depressa i molt intensament l'acumulador, i el que fa es expulsar de cop tot el Hg.

! Hg + Au ! Hg - Au -->![Author:x] Au + Hg !

(amalgama)

Els límits de detecció seran fins a ppt. ( sensibilitat màxima)

3.- Stat:

Tècnica per augmentar la sensibilitat cap al element que volem analitzar; per determinats metalls.

Consisteix en utilitzar uns tubs de quars cilíndrics que es col·loquen damunt de la flama. A la part de baix tenen una ranura per on entra la flama i amb això aconseguim que els àtoms del nostre analit estigui més temps a dins, s'hi acumulin.

Si tanquem els àtoms en un tub de quars, tenim més senyal perquè els aguantem més temps.

5.5.ATOMITZACIÓ ELECTROTÈRMICA:

S'aconsegueix l'atomització escalfant directament la mostra en un forn d'alta Tª. Normalment aquests forns són de grafit.

Es fa una dilució amb la mostra i es posa directament al forn.

S'utilitzen quantitats més petites de mostra que al de flama, normalment de l'ordre de l. Permet treballar amb menys quantitat de mostra.

El temps de l'anàlisi és molt més llarg (entre 3-4 min per cada vegada que posem la mostra), però això està compensat en que no cal preparar la mostra com en el cas de AAF.( A l'AAF s'ha de ficar a la mufla, llavors les cendres es dissolen en àcid i fem la dissolució que ficarem a espectrofotometre).

L'automatització és més fàcil.

El personal cal que sigui especialitzat ja que els mètodes són complexes i diferents per cada mostra.

Els límits de detecció estan de l'ordre de 100 vegades per sota de l'AAF(ppb).

Els aparells són molt més cars (10-20 mill) i els costos de manteniment també són elevats.

També té problemes d'interferències i són més difícils de solucionar que AAF. (Pag 6C).

Està format per una carcassa metàl·lica. A dins de la carcassa es troba el tub de grafit que està, en el moment de l'anàlisi, sense aire (perquè no es produeixi combustió).

A vegades passa per dins del tub i sempre per fora un gas, l'Argó, que serveix per mantenir el tub sense oxigen.(Pag6C).Posem una gota al tub i es comença a escalfar el forn. Mentre fem passar Ar per fora (per refrigerar l'exterior de la carcassa) i per dins (perquè comença la fase d'eixugat i la corrent d'Ar absorbeix la humitat.

Per tant, l'Ar té dos funcions:

- evitar la presència d'oxigen

- treure tots els gasos i vapor d'aigua que es van generant

Escalfem durant 1 min, la corrent d'Ar s'emporta el vapor d'aigua una vegada que la mostra està eixuta augmentem molt la Tª de 120º a 500º, i llavors tota la matèria orgànica es descomposa. A l'interior es formen fums (com aquestos no ens interessen perquè ha de passar la llum) la corrent d'Ar, que es continua, s'emporta els fums, quedant les cendres (els minerals).

Una vegada que queden les cendres sense matèria orgànica, hi ha un augment de Tª fins a 2000º. Llavors en aquest moment el flux d'Ar de dins es para (a aquesta Tª hi ha una dissociació de les sals). Ens trobem que per uns instants (1'6s) els àtoms que estaven en aquestes cendres, al dissociar-se, es passen a forma de vapor atòmic. Durant aquest temps es quan es fa passar la llum i produeix una absorció.La dissociació és molt ràpida però no és instantània, comença a fer una dissociació poc a poc.

El màxim d'absorció que ens donarà la màquina, coincidirà quan hagi el màxim d'àtoms de metall a l'interior del tub.

Amb aquest mètode el que s'avalua són les àrees de absorbàncies respecte al temps.(pag 6A).

Una àrea molt petita significa que hi ha molt pocs àtoms dissociats.

Una corba de calibració es pot fer ficant en el eix de les Y les absorbàncies màximes o les àrees, al eix de les X sempre hi haurà l.

Com a corrector de fons es fa servir el corrector Zeeman (electroimans que separem en tres línies).

T.6. ESPECTROSCÒPIA D'EMISSIÓ ATÒMICA EN FLAMA, PLASMA, ARC I XISPA.

6.1.FOTOMETRES DE FLAMA.(EAR). APLICACIONS.

Treballa a unes Tª relativament baixes de l'ordre de 1500º K que correspon a una flama d'aire-butà. Hi ha un sistema de nebulització semblant al AAF. Hi ha una aspiració de la mostra, a la flama s'atomitza la mostra i els elements que s'analitzen (a la Tª de la flama estan en estat excitat) el que es fa es analitzar-se la llum que emeten els electrons- quan tornen al estat fonamental.

Els electrons absorbeixen energia calorífica (de la flama) i la tornen a cedir (remissió) en forma de radiació (fotons).

Aplicacions d'emissió atòmica:

En principi servirien pels mateixos que AA però a la practica no perquè aquesta emissió no va tota en una sola direcció de l'espai i ens trobem amb problemes de sensibilitat (hi ha baixes sensibilitats). Per això no es útil per la majoria dels metalls, sol ens es útil amb elements que tenen línies d'emissió molt intenses. Es fa servir el Na, K, Ca i algun més.

Són típics fotòmetres que es fan servir per analítica clínica. (Pag 5).

Una aventatge es que els equips són barats, les tècniques són senzilles i gairebé no hi ha interferències.

6.2.FOTOMETRES DE PLASMA.(ICP)

La font de radiació és una antorxa de plasma.

La espiral d'aquesta el que fa es calentar el Argon fins 10000º K. A aquesta Tª la mostra es volatilitza i els àtoms de la mostra no estan en un estat fonamental sinó en un estat excitat i no tan sols excitat sinó que passen a un estat iònic.

A ! "

A !  ++ e-

La segona reacció no passa perquè l'Ar al estar en un estat de plasmes dóna molts electrons i fa de supresor de ionització perquè desplaça l'equilibri cap a l'esquerra.

Ar ! Ar+ + e-

L'estat excitat és inestable i lo que fan els electrons es passar de l'estat excitat a l'estat fonamental donant un fotó. Si fiquem un monocromador i un detector amb la flama tenim un ICP.

El problema bàsic és la sensibilitat molt baixa.

Avantatges:

- Amb l'ICP s'aconsegueix la determinació de la majoria dels elements químics de la taula periòdica (excepte C, N, O, F, gasos nobles)

- Degut a les Tª tan elevades no hi han interferències químiques per formació de refractaris.

- No cal ser tan rigorós en la preparació de la mostra.

- Té límits de detecció millors que l'AAF.

- No presenta límits d'autoabsorció ja que la “flama” del ICD és més uniforme en quan a Tª que la flama de AAF.

- El Ar és un gas inert i no modifica ni l'analit ni res. No provoca senyals de fum perquè és inert.

- Té bona exactitud i sensibilitat. La precisió és acceptable.

- Té un rang de treball més ample i , per tant, les corbes de calibració són més llargues.

Inconvenients:

- És molt cara (també el tractament). .

- Necessita personal especialitzat.

Característiques:

Té límits de detecció de ppb i els límits de detecció estan entre els AAF i la d'A electrotèrmica.(pag15)

Una tècnica complementaria al ICP: s'acobla un espectroscopi de masses que el que fa es determinar el pes atòmic del element que surt per l'antorxa.

6.3. ESPECTROSCÒPIA D'EMISSIÓ PER ARC I XISPA.

Tècnica d'emissió d'alta Tª des de 15000º K fins a 100000º K.

Són tècniques que s'utilitzen per quantificar i identificar.

Amb Tª els àtoms s'ionitzen. Antigament es feia amb pel·lícules de fotografia.

Aquesta tècnica s'utilitza per elements refractaris (ceràmiques refractaries).

La diferència entre arcs i xispes es que l'arc treballa a menys Tª que la de xispa i la xispa és això mentre que l'arc és un raig electrònic de uns quants segons.

T.11. INTRODUCCIÓ A LA CROMATOGRAFIA.

11.1.CONCEPTE.

Tècnica de separació de barreges. És un procediment per separar els components d'una mostra ! cromatografia.

11.2. FONAMENT DELS MÈTODES DE SEPARACIÓ CROMATOGRÀFICA.

- Fase estacionària: una part del sistema cromatogràfic està unit al suport, a les columnes als tubs (sòlid o líquid).

- Fase mòbil: el dissolvent que es desplaça i actua com a flux (gas, líquid).

El que té molt poca afinitat baixarà fàcilment, en canvi el que té molta afinitat es quedarà enganxat a la fase estacionària.Sortirà per separat les diferents concentracions dels diferents complements.

La fase estacionària està continguda en algun recipient o suport (potser un tub de vidre, d'acer o de plàstic; potser una làmina d'Al o de plàstic o fins i tot hi ha vegades que la fase estacionària es el propi suport).La fase estacionària potser sòlida o líquida però sempre inert.

- sòlida ! s'utilitza micrograns

S'utilitza també l'òxid d'Al (Alúmina). Cel·lulosa microcristal·lina.

Polímers (SePhadex®, etc...)

- líquids ! generalment són líquids d'elevat punt d'ebullició.

Silicones.

Parafines

Hidrocarburs fluorats.

De fases mòbils tenim:

- gasos (molt estable): Nitrogen, gasos nobles, hidrogen i de vegades CH3.

- líquids : tots els dissolvents.

Segons el dispositiu que nos utilitzem i segons la fase mòbil o estacionària que utilitzem tindrem diferents tipus de cromatografia.(Pag 8a).

11.3.CLASSIFICACIÓ DE TÈCNIQUES CROMATOGRÀFIQUES.

Hi ha diferents tipus: de paper, de capa fina, d'electroforesi capil·lar.

11.4.PARÀMETRES CROMATOGRÀFICS.

1.- Eficiència.

2.- Resolució

Eficiència: és la capacitat que té un sistema cromatogràfic de separar els components d'una barreja.

El cromatograma ens diu que es eficient o no i això vol dir que he escollit una bona fase estacionària i un bon mètode.

El cromatograma anterior no es corrent perquè només tenim quatre analits i tenim afinitats molt separades. Potser que els pics estiguin solapats i llavors el mètode no és eficient.

Un cas amb baixa eficiència i baixa resolució seria un altre.

Perquè tingui una bona resolució els components han de baixar en el mínim de temps possible i separats.

En la cromatografia en columna hi han altres paràmetres com són:

Temps de retenció: és el temps que tarda l'analit des de que s'injecta l'analit fins que arriba a la senyal màxima aquell analit.

Aquest és un paràmetre característic perquè per un mateix àmbit, puc estacionaria i mòbil i fer unes condicions cromatogràfiques definides el temps de resolució és un paràmetre construït per aquell analit. Això hem permet mitjançant patrons, identificar substàncies (encara que es una tècnica de separació).! Àrea i alçada de pic.

Hi ha una certa proporcionalitat entre la senyal i la quantia d'analit que ens dona la senyal. (Aquesta proporcionalitat no sempre es compleix).

Si la quantia de senyal ha de ser indicatiu de la quantitat d'analit hi han dues maneres per avaluar aquesta quantitat de senyal:

a) mesurar l'alçada de la senyal

b) mesurar l'àrea de la senyal

a) mesurar l'alçada seria mesurar la distància entre el punt màxim i la línia de base.

Per definir la línia de base necessitem més paràmetres.

Amplada de banda: temps que tarda des de que apareix un pic fins que s'acaba.

L'alçada seria la distància entre el màxim del pic fins que tallem la línia que uneix els dos punts de l'amplada de banda.

b) mesurar l'àrea del pic és mesurar l'àrea que compren entre la corba que defineix el pic i la línia d'amplada de banda.

Temps de retenció ! identificar

Alçada ø quantificar

Àrea ø

Sempre es millor treballar amb àrees que no pas amb alçades.

Primer hem de fer una calibració àrees- concentracions de patrons i després fins passar la mostra i el resultat (en àrea) ho passo a la recta de calibració i de la senyal.