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22 Universidade Federal de Juiz de Fora Campus Governador Valadares Departamento Farmácia APOSTILA DE AULAS PRÁTICAS DISCIPLINA: QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL EXPERIMENTAL Versão: período suplementar Responsável: Prof. Dr. Jeferson Gomes da Silva Contribuições: Prof. Dr. Erly Guilherme Azevedo Governador Valadares 2 SUMÁRIO 1. REGRAS DE SEGURANÇA E NORMAS DE TRABALHO EM LABORATÓRIO .....03 2. ORIENTAÇÕES GERAIS SOBRE AS AULAS PRÁTICAS ................................ ............04 3. ORIENTAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DE RELATÓRIO ................................ ............07 4. ROTEIROS DE AULAS PRÁTICAS ...................................................................... ............10 INSTALAÇÃO E UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA ORIGIN® .............................. ............10 UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA ORIGIN® - APLICAÇÕES EM QUÍMICA ANALÍTICA ...................................................................................................................................... ............14 PRÁTICA 1: TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DE UM ÁCIDO FRACO TRIPRÓTICO COM BASE FORTE .................................................................................................... ............16 PRÁTICA 2: TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA – DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO .................................................................................... ............18 PRÁTICA 3: TITULAÇÃO CONDUTIMÉTRICA - DETERMINAÇÃO DE IODETO EM XAROPE EXPECTORANTE ...................................................................................... ............20 PRÁTICA 4: CONDUTIMÉTRICA DIRETA - DETERMINAÇÃO DE CLORETO DE SÓDIO EM SORO FISIOLÓGICO ............................................................................. ............23 PRÁTICA 5: ESPECTROCOPIA NA REGIÃO DO ULTRAVIOLETA-VISÍVEL - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE UMA AMOSTRA DESCONHECIDA DE CORANTE ................................................................................................................... ............25 3 1. REGRAS DE SEGURANÇA E NORMAS DE TRABALHO EM LABORATÓRIOS Normas gerais: Seja consciente do que está sendo proposto pelo professor e de qual sua postura para executar a tarefa; Procure conduzir as técnicas e procedimentos de acordo com o especificado pelo professor; Procure organizar um protocolo das atividades que serão realizadas durante a aula prática; Ao término das atividades, recoloque os materiais nos locais de que foram retirados; O acesso ao laboratório deverá ser limitado ou restrito, quando houver aula prática em andamento; É expressamente proibido pipetar com a boca qualquer tipo de produto; Utilize ferramentas e materiais adequados a cada tipo de atividade; Nunca sopre uma pipeta para eliminar os restos de líquidos existentes; Prevenção de acidentes: Sempre utilize o equipamento de proteção individual (EPI) especificado para o experimento a ser realizado; Separe e verifique a integridade de todos os materiais a serem utilizados no experimento; Tenha atenção e concentração ao executar os experimentos no laboratório; Não tenha pressa em terminar o experimento; Evite usar relógio de pulso e outros adereços durante as atividades; Caso ocorra quebra de material, providencie a limpeza imediata e evite apanhar cacos de vidro com pano ou com as mãos; Jamais corra no ambiente de trabalho; Não utilize vidrarias trincadas ou quebradas, comunique ao responsável pelo laboratório; Nunca coloque material aquecido em superfícies desprotegidas; Nunca segure garrafas ou frascos somente pelo gargalo ou tampa. Eletricidade: Não trabalhe em condições de iluminação impróprias; Não utilize equipamentos que apresentem seus componentes alterados; Jamais coloque equipamentos elétricos em superfícies molhadas ou úmidas; Verifique sempre as voltagens dos aparelhos antes de conectá-los à rede elétrica; Apague as luzes sempre que a sala não for mais utilizada. Manuseio de produtos químicos: Leia com atenção o rótulo dos reagentes antes de abri-los; Evitar contato com olhos, pele e mucosas; Conservar os frascos tampados, para evitar a contaminação e a evaporação de substâncias voláteis; Sempre manipule produtos químicos cancerígenos e teratogênicos e/ou substâncias que desprendem fumaça tóxica em cabine de segurança química; Não tente cheirar nem provar qualquer produto químico utilizado ou produzido durante o experimento; 4 Ao derramar uma substância, providenciar a limpeza de forma adequada imediatamente; Se precisar diluir ácido, despejá-lo lentamente sobre uma quantidade da água empregada na diluição e homogeneizar; Não misturar substâncias ao acaso; Manter o rosto sempre afastado de um recipiente onde está ocorrendo uma reação química ou um aquecimento; Não use substâncias inflamáveis próximas à chama. O que fazer em caso de acidente: Qualquer acidente deverá ser comunicado ao professor; Em todos os casos deve-se consultar um médico. 5 2. ORIENTAÇÕES GERAIS SOBRE AS AULAS PRÁTICAS Das aulas práticas: No início de cada aula prática será exposto pelo professor os aspectos teórico-práticos relacionados ao roteiro, bem como técnicas de preparação e cálculos. Posteriormente, cada aluno ou grupo deles deverão realizar os experimentos solicitados pelo professor. No decorrer da aula, cada aluno deverá fazer anotações a respeito da aula para confecção do relatório. Os alunos serão avaliados pela participação e postura em aula, pela confecção de relatórios de cada aula prática e através de uma avaliação teórico-prática do conteúdo ministrado. Dos pertences do aluno: Todos os materiais pertencentes aos alunos deverão ficar no local pré-estabelecido no primeiro dia de aula prática. É permitido deixar sobre a bancada: material de anotações, calculadora e polígrafo de aulas práticas. Do uso de EPIs: Normas gerais: O uso de jaleco (fechado) é indispensável no laboratório; É proibida a realização de experimentos do laboratório com calçado aberto; Sempre que necessário, use luva adequada; Sempre que necessário, faça uso de máscara facial adequada ao manipular produtos que possam gerar aerossóis, respingos ou nuvem de pó; Sempre que necessário, faça uso de óculos de proteção; Ao sair do laboratório retire o jaleco e demais EPIs; Sempre descarte, em local adequado, as luvas cirúrgicas após o fim do experimento; Observações: cada aluno deverá providenciar os EPIs necessários para as aulas práticas: jaleco de mangas longas, tocas, máscaras, luvas descartáveis e óculos de proteção. Das medidas de higiene: Normas gerais: Lavar as mãos antes e após cada atividade; É imprescindível manter as unhas sempre curtas; Não tente coçar os olhos, o nariz, o ouvido ou a boca, com as mãos calçando luva; Não é recomendado o uso de lentes de contato durante às práticas; Se você possui cabelos longos mantenha-os presos; Mantenha o local limpo; Procure não aplicar perfumes e desodorantes fortes; Nunca faça refeição no ambiente de trabalho; Mantenha o jaleco sempre limpo; Não manuseie maçanetas, telefones e outros objetos comuns usando luvas durante a execução das suas atividades. Procedimento para lavagem das mãos: 1. Retirar anéis, relógios, pulseiras... 2. Abrir a torneira e molhar as mãos; 6 3. Ensaboar com sabonete líquido todas as faces das mãos, dedos, espaços interdigitais, articulações e unhas; 4. Enxaguar no sentido dos dedos para o punho; 5. Secar com papel-toalha descartável no mesmo sentido; 6. Fechar a torneira com o papel-toalha. Procedimento para a antissepsia das mãos: Uso do álcool 70 %. Da organização e limpeza da materiais nolaboratório: Antes de cada aula prática, todo o material para sua execução (reagentes e vidrarias) foi previamente separado, cabendo ao aluno ou grupo, apenas, localizar sua disposição no laboratório. Cada aluno ou grupo é responsável pelos materiais disponíveis em sua bancada. No laboratório haverá um frasco com água destilada e/ou álcool etílico 70 % que poderá ser utilizado na limpeza da bancada antes e após a aula. Caso haja alguma vidraria suja ou quebrada na bancada, comunique ao professor. Com o término da prática, o aluno ou grupo deverá fazer a limpeza das vidrarias e deixá-las de forma organizada. Da seleção do lixo: No laboratório existem cestas diferentes para: Lixo seco reciclável: para papéis, plásticos, etc. Material contaminado: para todo material que entrar em contato com material químico, tais como papel toalha, papel de pesagem, luvas, máscaras e tocas descartáveis, etc. Do procedimento para pesagem: Balança semi-analítica: 1. Verifique a limpeza da balança; 2. Verifique se a balança está ligada; 3. Ligar a balança na tomada da voltagem correta (110 ou 220 V); 4. Colocar o papel e “zerar” (tarar a balança); 5. Efetuar a pesagem; 6. Retirar o material da balança; 7. Limpar o prato com um pincel; 8. “Zerar” novamente a balança. Observação: Verificar se a espátula está limpa e se é compatível com o material a ser pesado. 7 3. ORIENTAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DE RELATÓRIO Todas as práticas experimentais serão seguidas de um relatório experimental individual. Durante os experimentos os alunos devem fazer suas anotações individuais contendo um resumo do experimento, descrição dos equipamentos utilizados, dificuldades e resultados. Norma geral: os relatórios deverão ser digitados em word, fonte arial 12, justificado e com espaçamento simples. As tabelas deverão ser numeradas e apresentar título antes da tabela, em negrito. As figuras deverão ser numeradas e apresentar título após a figura. Consulte as orientações para elaboração de trabalhos científicos adotada pela UFJF (http://www.ufjf.br/biblioteca/files/2008/11/Manual-de-normaliza%C3%A7%C3%A3o- V%C3%A2nia-2011.pdf). Capa: Instituição; Departamento; Professor; Título da prática; Local e data; Nome do(s) estudante(s) (1 página). 1) Introdução. Fazer uma revisão do assunto da aula prática na literatura identificando as principais inovações técnicas e tecnológicas encontradas relacionadas ao tema estudado (máximo 3 páginas). Descrever a importância desse conhecimento para a área de trabalho do seu curso (1 página). 2) Objetivo. Descrever o objetivo da experiência. 3) Materiais e equipamentos. Detalhar os equipamentos e utensílios utilizados para a execução da aula prática. 4) Procedimento experimental. Descrever, em detalhes, todo o procedimento experimental, ou seja, as etapas envolvidas no experimento. Tire fotos dos equipamentos e do que mais você achar interessante para ilustrar a prática (máximo 2 páginas). 5) Apresentação dos resultados. Todos os cálculos deverão ser detalhados no relatório. Elaborar gráficos e tabelas com os dados experimentais tabelados e compará-los com os dados teóricos encontrados na literatura. Se tiver efetuado medições, pesagens, observado reações químicas e/ou enzimáticas, registre todas as observações e as apresente como resultados experimentais. Ilustrar com fotografias do experimento, se necessário. Relatar as dificuldades encontradas na realização da prática e as sugestões para a melhoria experimental. Se tiver executado medições e cálculos, calcule o erro médio padrão, variância, covariância, etc. (máximo 3 páginas). 8 6) Discussão dos resultados. Discutir os resultados encontrados comparando-os com dados da literatura especializada obtidos em artigos, teses, etc. Fazer comentários e sugestões das dificuldades e macetes envolvidos nos experimentos (sem limite de páginas). 7) Conclusão Conclusão da prática. Conclua se o objetivo da prática foi alcançado. Conclusão individual. Registrar aqui como era o seu conhecimento antes de realizar essa prática e fazer o estudo desse tema e como está o seu conhecimento agora, após realizar o estudo experimental. Se quiser, coloque uma nota que demonstre o quanto você aprendeu. Não se esqueça de falar sobre a importância dessa prática para a sua atuação na área de alimentos enquanto profissional farmacêutico. Conclusão individual de cada membro do grupo (sem limite de páginas). 8) Referências (segundo a ABNT). Consulte as orientações para elaboração de trabalhos científicos adotada pela UFJF. Não serão admitidas referências de livros do ensino fundamental ou médio, Wikipédia e ou sites não científicos e/ou não tecnológicos similares (máximo 2 páginas). 9) Apêndices/Anexos (se houver). As perguntas que estiverem no roteiro de aula prática ou que forem inseridas pelo professor durante a aula experimental deverão ser respondidas como APÊNDICE 1, o qual será colocado logo após as referências consultadas (sem limite de páginas). IMPORTANTE 1) Os relatórios devem conter no máximo 10 páginas e ser entregues impressos. Devem conter figuras (podem ser tiradas fotos com celular e anexadas) e tabelas diversas contendo as informações sobre os resultados da experiência. 2) O relatório deverá ser entregue na aula seguinte à da realização da prática. Não serão aceitos relatórios fora da data especificada. 3) O aluno que faltar a aula não terá o relatório avaliado. Se a ausência na aula prática for por motivo de saúde, deverá o aluno seguir o procedimento do art. 35 do RAG UFJF junto à secretaria do Departamento de Farmácia. Fica a critério do professor, acatar ou não a solicitação do aluno. Em caso afirmativo, o professor poderá elaborar uma atividade para substituir a nota da aula prática em que esteve ausente. A seguir, está apresentado um breve esquema para confecção de um relatório: 9 CAPA NOME DO(S) AUTOR(ES) EM ORDEM ALFABÉTICA (Centralizado) TÍTULO SUBTÍTULO, SE HOUVER (Centralizado negritado) Cidade Ano (Centralizado) CONTEÚDO 1. Introdução 2. Objetivo 3. Materiais e equipamentos 4. Procedimento Experimental 5. Resultados 6. Discussão 7. Conclusão 8. Referências 9. Apêndices/Anexos (se houver) 10 4. ROTEIROS DE AULAS PRÁTICAS INSTALAÇÃO E UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA ORIGIN® 1.1 Introdução O Origin® 8.0 é um dos softwares matemáticos mais utilizados nas universidades em todo o mundo. Devido à sua versatilidade é possível utilizá-lo para diversas tarefas, como cálculos avançados (diferenciais e integrais), cálculos estatísticos, regressão linear e polinomial, bem como plotar os mais diversos tipos de gráficos, provenientes de diversas fontes, tais como equipamentos de laboratório: CLAE (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência), espectrofotômetros (UV-VIS, Infravermelho), potenciostatos (voltametria, amperometria, impedância); e também a partir de tabelas criadas no mesmo ou de arquivos separados por vírgula (csv) e outras extensões. Com uma ferramenta tão poderosa, é necessário um conhecimento básico de informática para usufruir todo o seu potencial. Pensando nisso, realizaremos algumas praticas a fim de adquirir os conhecimentos básicos para a utilização do mesmo no tratamento dos dados obtidos na presente disciplina. 1.2 Objetivo Instalar e utilizar as principais funções do programa Origin®. 1.3 Procedimentos 1.3.1: Instalação do programa Uma versão gratuita do ORIGIN para teste encontra-se disponível na página do produto para download após um breve cadastro. Link: http://www.originlab.com/. Para instalação de versões anteriores do programa verifique se a versão do processador (se 32 bits ou 64 bits) da máquina é compatível com a versão do programa. Isso será importante para sabermosque versão do software deve ser instalada em seu computador. A versão 8.0 do ORIGIN e anteriores funcionam melhor em computador com processadores 32 bits, enquanto a versão 9.0 e posteriores funcionam melhor em computadores com processadores 64 bits. Para verificar a versão do seu processador uma das formas é seguindo o caminho: Windows > painel de controle > sistema. 1.3.2: Utilização do programa A utilização deste programa não necessita de um conhecimento aprofundado sobre nenhum assunto específico, mas de um esforço do usuário para aprende sobre sua principais http://www.originlab.com/ 11 funcionalidades. Além disso, para muitas situações encontramos, e com certa facilidade, vídeos tutoriais demonstrando com utilizá-lo para criar gráficos e ou tratar dados. A seguir temos um tutorial de como utilizar esse programa para gerar um gráfico e tratar os dados do gráfico através de um ajuste linear. Abra o Origin Pressione o botão Windows. Depois, pressione duas vezes (sempre com o botão esquerdo do mouse) no ícone que diz ORIGIN. Se não existir o ícone, entre no gerenciador de arquivos, localize o diretório em que está instalado o Origin e clique duas vezes sobre o arquivo executável do programa. Ao final deverá aparecer uma janela semelhante à abaixo. Adicione os dados no Origin Ao abrir o programa, deverá aparecer uma tabela na qual deverão ser inseridos os dados. Se por acaso não aparecer a tabela de dados, clicar em “FILE” do menu superior e, no sub- menu que deverá aparecer, clique em “NEW”. Para se movimentar dentro das diferentes células da tabela, usar TAB para mudar de coluna e as setas do teclado para ir para cima e para abaixo. Digite o conjunto de dados da tabela 1.1 no Book1. Na coluna A coloque os dados do eixo X e na B os do eixo Y. Tabela 1.1. Dados de concentração versus absorbância para uma amostra arbitária. C (mol L-1) Abs (u.a.) 2 0,174 10 0,203 20 0,248 50 0,357 100 0,543 200 0,894 500 1,750 12 Crie os gráficos Após digitar os dados, clique em “PLOT”, do menu superior. Escolha a opção “LINE” (para obter um gráfico na forma de uma linha ligando os pontos consecutivos) ou “SCATTER” (para apresentar apenas os pontos) ou “SCATTER+LINE” (para apresentar ambos). Para esta prática escolha “SCATTER”. Aparecerá uma nova janela em que você devera indicar qual coluna corresponde ao eixo X e qual ao eixo Y. Normalmente a coluna A é indicada como sendo o eixo X. Clique então sobre B e depois na seta que indica para a direita onde diz Y COLUMNS. Finalmente clique sobre “OK”. Deverá então aparecer o gráfico. Coloque os títulos nos eixo e legendas Clique duas vezes sobre o texto do eixo X. Aparecera uma janela. Na parte inferior da janela substituí-lo pelo título desejado. No caso desta prática “Concentração (mol L-1)”. Clicar OK. Com eixo Y proceda da mesma maneira e substituía o texto por absorbância. No canto superior direito da tela aparece uma aba cujo título é TOOLS. Clique sobre a letra T e depois no lugar que você desejar, e então poderá inserir o texto que desejar no gráfico. Aparecera uma janela similar à que apareceu quando foi modificado o título dos eixos. No caso desta prática coloque a seguinte legenda “FIG. 1: Absorbância do corante em 665 nm em função da concentração”. Cada vez que você quiser adicionar um texto repita a mesma sequência. OBSERVAÇÕES: - Para mudar a posição de qualquer legenda, clique sobre a legenda e mantenha o botão do mouse pressionado. Arraste o título para o lugar que você quiser. - Para mudar o tamanho clique duas vezes sobre a legenda. Deverá aparecer uma janela. Clique na seta ao lado do item Pt. Deverá aparecer uma lista de tamanhos de letra. Ajuste linear dos dados Clique no menu superior em “Analisys”. No menu “FITTING”, clique sobre “LINEAR FIT”. Depois em “Open Dialog” e depois “OK”. Automaticamente deverá aparecer reta que melhor se ajusta aos dados. Aparecerá uma janela com a equação da reta Y=A+B*X e abaixo os valores de A e B. Nesta prática faça a regressão linear dos dados. Para mover os dados no gráfico clique sobre o quadro e o mantenha pressionado para mover (mesmo procedimento realizado com as legendas). Grave os dados Clique em “FILE” do menu e escolha “SAVE AS”. Aparecerá uma janela. Onde diz FILE NAME, digite por exemplo GRAF1.ORG. Clique OK. Depois que foi dado nome ao gráfico, as gravações posteriores poderão ser feitas usando a opção SAVE do FILE. Nunca esqueça de salvar o arquivo ao final, senão perderá todo o seu trabalho. 13 Atividades a serem entregue como o relatório desta prática Atividade 1 Construa dois gráficos. O primeiro seguindo o tutorial acima. O segundo com a regressão linear apenas no intervalo concentrações de 2 a 200 mol L-1. Atividade 2 (um gráfico) Em uma prática um aluno fez várias medidas de absorbância de alguns corantes comerciais em função de concentrações definidas dos mesmos (Tabela 1.2). Tabela 1.2. Dados de concentração versus absorbância para algumas amostras de corantes comerciais. Concentração (mol L-1) Corante azul Abs (u.a.) Corante verde Abs (u.a.) Corante amarelo Abs (u.a.) 0 0,0007 0,0970 0,0888 2 0,0100 0,1540 0,2000 10 0,0488 0,2960 0,2120 50 0,0108 0,9808 0,2884 75 0,0108 1,3993 0,3189 100 0,2011 1,8558 0,3683 200 1,1334 3,4830 0,5243 300 2,3337 4 0,6794 400 3,9994 3,8561 0,8439 500 4 4,2175 1,0045 Construa um gráfico de absorbância em função da concentração (SCATTER +line) como feito na atividade anterior. Represente ainda cada corante com um símbolo diferente na sua respectiva cor e apresenta as legendas de forma adequada no gráfico. UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA ORIGIN® - APLICAÇÕES EM QUÌMICA ANALÍTICA 2.1 Introdução Nesta aula continuaremos a construir gráficos usando o programa Origin®. 2.1 Procedimento 2.1.1 Obtenção de uma curva de calibração 14 Tabela 2.1. Dados de uma curva de calibração. Trate os dados da tabela 2.1 conforme o exemplo abaixo. 1) Dados. 2) Inserir dados no programa. 3) Construir o gráfico. 4) Realizar o regressão linear e determinar a equação da reta. 2.1.2 Obtenção de curvas para titulação potenciométrica Um aluno fez uma titulação de um ácido poliprótico utilizando NaOH como titulante. Os dados obtidos durante a titulação estão no quadro abaixo. [Ni] mg/Kg Abs (valor médio) desvio padrão (n=5) 0 0,0041 0,0007 0,7101 0,0162 0,0011 1,3922 0,0324 0,009 2,0988 0,0487 0,0002 2,7747 0,0631 0,0012 3,472 0,0786 0,0017 4,1747 0,0942 0,0009 4,8743 0,1092 0,0002 15 Quadro com os dados da titulação do ácido poliprotico com o NaOH. Volume (mL) pH Volume (mL) pH Volume (mL) pH Volume (mL) pH Volume (mL) pH 0 1,817 9,833 3,937 11,072 6,045 19,482 8,167 20,344 10,272 2,3 2,032 9,906 4,147 11,659 6,257 19,678 8,378 20,56 10,482 4,325 2,246 9,957 4,358 12,488 6,47 19,804 8,588 20,902 10,693 5,998 2,459 9,997 4,568 13,56 6,684 19,886 8,799 21,442 10,904 7,286 2,672 10,037 4,779 14,799 6,897 19,941 9,009 22,281 11,116 8,215 2,883 10,086 4,989 16,055 7,11 19,983 9,219 23,554 11,328 8,853 3,094 10,155 5,2 17,174 7,322 20,021 9,43 25,426 11,54 9,275 3,305 10,259 5,411 18,068 7,534 20,064 9,64 28,122 11,752 9,547 3,516 10,423 5,622 18,725 7,745 20,122 9,851 32,065 11,964 9,721 3,726 10,678 5,833 19,18 7,956 20,209 10,061 38,317 12,175 Plote a curva de pH em função do volume do titulante (line ou line+scatter). Use a ferramenta do origin para calcular a primeira e segunda derivada dos valores de pH em relação ao volume (dpH/dV e d2pH/dV2) e plote separadamente as curvas de dpH/dV versus volume de titulante e d2pH/dV2 versusvolume do titulante. 16 PRÁTICA 1: TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DE UM ÁCIDO FRACO TRIPRÓTICO COM BASE FORTE 1 Introdução Ácidos polipróticos são aqueles que apresentam mais de um hidrogênio ionizável (H+). A ionização ocorre por etapas, ou seja, o ácido cede um próton (H+) por vez. Dentre esses ácidos um que apresenta grande importância na indústria de alimentos pelo seu papel como acidulante é o ácido ortofosfórico (H3PO4). As constantes de dissociação ácida para H3PO4 são respectivamente: Ka1= 7,1.10-3; Ka2 = 6,32.10-8 e Ka3 = 4,5. 10-13. Observa-se que sua neutralização ocorre preferencialmente, pelo segundo salto potenciométrico, pois, de acordo com as suas constantes de ionização, verifica- se que o 3º H+ deste ácido, praticamente, não sofre ionização. As técnicas de titulação potenciométrica são largamente aplicadas e podem se basear em vários tipos de reação: neutralização ácido-base, precipitação, oxirredução e complexação. Como nos métodos clássicos, essas reações têm que ser relativamente rápidas e completas. Do mesmo modo, as soluções em análise têm que ter concentrações relativamente altas, embora o método potenciométrico possa dosar teores um pouco menores do que o método clássico. O problema crítico em uma titulação é sempre a identificação do ponto em que as espécies que reagem estão em quantidades equivalentes. Na titulação potenciométrica, esse ponto deve coincidir com o ponto de inflexão da sigmoide que se origina de E (mV) × V (mL), onde E (mV) é o potencial lido e V (mL) é o volume de titulante adicionado. Determinar esse ponto na curva pode induzir a erro. Pode-se determinar o ponto de variação máxima de potencial (ponto de inflexão) com mais segurança pelo método da 1ª derivada. Para que esse método seja factível, é necessário que em torno do ponto de equivalência hajam muitas medidas de potencial, isto é, adições de volume muito pequenas antes e depois desse ponto. Para construir o gráfico da 1a derivada, temos que obter uma nova série de pontos a partir dos valores de E e V, que virão da operação ΔE/ΔV, isto é, a ordenada de um ponto menos a ordenada do ponto anterior, dividida pela abcissa do mesmo ponto menos a abcissa do ponto anterior. Isto traduz o quanto a função E (V) variou entre cada ponto. Obtém-se assim uma nova ordenada que deve ser plotada contra a mesma abcissa. Isto dá origem a uma nova série de dados. Além disso, pode-se obter a 2ª derivada fazendo uma operação semelhante. Nesse caso, apenas subtrai-se a ordenada de um ponto da ordenada do ponto anterior, fazendo-se a operação Δ2E/Δ2V. A nova ordenada é também plotada contra a abcissa V(mL). Nesse caso, a própria curva obtida corta, no eixo das abcissas, o volume que corresponde ao ponto final da titulação. 3.2 Reagentes Solução padronizada de NaOH ~ 0,40 mol/L Solução de H3PO4 ~ 0,015 mol/L Soluções indicadoras (vermelho de metila 1%, fenolftaleína 1%) Micropipeta de volume variável de 1000 μL. Micropipeta de volume variável de 1000 μL. 17 potenciômetro e calibrar com as soluções padrão pH 7,0 e 4,0. Transferir em triplicata 100 mL da solução do ácido poliprótico para um béquer de forma alta. Adicionar 2 gotas da solução indicadora vermelho de metila. Medir e registrar o pH da solução antes da adição do titulante. Titule as alíquotas de ácido fosfórico fazendo adições de 0,25 mL do titulante até atingir pH 3,5. A partir deste ponto faça adições de 0,05 mL. Anote o valor de pH medido para cada adição do titulante (sugestão de tabela abaixo). Anote o ponto em que foi observada a mudança de cor do indicador. Tabela XX. Dados da titulação potenciométrica. Vol NaOH Adicionado (mL) Vol NaOH Total (mL) pH 0,0 0,0 2,0 0,25 0,25 2,0 0,25 0,50 2,1 0,25 0,75 2,1 ⁞ ⁞ ⁞ Após a viragem do indicador, adicione 2 gotas da solução indicadora de fenolftaleína e continue a titulação com adições de 0,25 mL do titulante até o pH atingir ~7,5. A partir deste ponto faça adições de 0,05 mL. Anote o valor de pH medido para cada adição do titulante. Anote o ponto em que foi observada a mudança de cor do indicador. 3.4 Cálculos e resultados Escreva as equações das reações envolvidas. Para cada titulação, construa uma curva de pH X Volume do titulante. Construa também as curvas de1ª e 2ª derivadas. Determine, graficamente, o valor das constantes de dissociação do ácido fosfórico. Calcule a concentração da solução de H3PO4 e compare com os resultados obtidos pelos métodos do indicador visual e potenciométrico. Indique a diferença entre a precisão dos métodos visual e potenciométrico. 18 PRÁTICA 2: TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA – DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁCIDO ACETILSALICÍLICO 4.1 Introdução O ácido acetilsalicílico (Figura 4.1) (em latim acidum acetylsalicylicum) é um fármaco do grupo dos anti-inflamatórios não esteroides comumente utilizado como antipirético, anti-inflamatório, analgésico e também como antiplaquetário. Em estado puro, ele é encontrado como um pó de cristalino branco ou de cristais incolores que apresenta baixa solubilidade em água, mas facilmente solúvel em solventes orgânicos como álcoois e éter. Figura 4.1. Representação estrutural do ácido acetilsalicílico MM = 180,16 g mol-1. Eletrodo de prata-cloreto de prata é o eletrodo de referência mais utilizado tanto como em eletrodos de referência externo quanto em eletrodos de referência embutido (eletrodos combinados). Este eletrodo consiste de um fio de prata (Ag) recoberto por AgCl, imerso em uma solução de cloreto de potássio de concentração que pode variar de 0,1 até 1 mol L-1. Eletrodo combinado de vidro é o eletrodo de indicador mais utilizado em determinações do valor de pH de uma solução (Figura 4.2). O eletrodo de vidro é constituído de um bulbo de vidro fino contendo no seu interior uma solução de ácido clorídrico de concentração que pode variar de 0,1 até 1 mol L-1 na qual está imerso um fio de platina e em conjunto com um eletrodo de referência. O eletrodo assim montado passa a funcionar como um medidor da concentração hidrogeniônica. Figura 4.2. Esquema do eletrodo combinado de vidro para medidas de pH. http://pt.wikipedia.org/wiki/Latim http://pt.wikipedia.org/wiki/Antipir%C3%A9tico http://pt.wikipedia.org/wiki/Anti-inflamat%C3%B3rio http://pt.wikipedia.org/wiki/Analg%C3%A9sico http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcool http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89ter 19 4.2 Reagentes Solução padronizada de NaOH ~ 0,40 mol/L. 10 comprimidos de AAS 500 mg. 4.3 Procedimentos Pesar individualmente 5 comprimidos de AAS e determinar o peso médio. Triturar em um gral os 5 comprimidos até obter um pó fino e homogêneo. Pesar (em triplicata) exatamente o equivalente ao peso médio de um comprimido e transferir para um béquer de 100 mL. Adicionar 10 mL de álcool etílico PA. Manter sob agitação até dissolução completa do pó. Adicionar em seguida 50 mL de água destilada. Utilizando uma pipeta automática, titule as alíquotas fazendo adições de 0,3 mL do titulante até pH 4,3. A partir deste pH fazer adições de 0,1 mL. Anote o valor de pH medido para cada adição do titulante (Siga modelo da Tabela abaixo) Tabela XX. Dados da titulação potenciométrica. Vol NaOH Adicionado (mL) Vol NaOH Total (mL) pH 0,0 0,0 2,0 0,25 0,25 2,0 0,25 0,50 2,1 0,25 0,75 2,1 ⁞ ⁞ ⁞ 4.4 Cálculos e resultados Escreva a equação química relacionada à titulação. Construa uma curva de pH X Volume do titulante. Construa também as curvas de 1ª e 2ª derivadas. Calcule o teor de AAS na amostra e compare com o valor rotulado. 20 PRÁTICA 3: TITULAÇÃO CONDUTIMÉTRICA - DETERMINAÇÃO DE IODETO EM XAROPE EXPECTORANTE 5.1 Introdução A condutimetria baseia-se em medições de condutância das soluçõesiônicas. Essa condutância resulta da soma da contribuição individual de cada íon presente na solução; trata- se, portanto, de uma propriedade que não depende de reações específicas ao nível de um eletrodo. A condutância específica ou condutividade (k) está relacionada com a área dos eletrodos (A), a distância (d) entre eles e a resistência do sistema (R). A expressão matemática que relaciona estes parâmetros pode ser escrita como: k = d/RA. A análise condutimétrica pode ser direta, quando a concentração do eletrólito é determinada através de uma única medição de condutância da solução, ou relativa (titulações condutimétricas), quando se procedem medições das variações da condutância no decorrer de uma titulação e, através delas, estabelece-se o ponto final da titulação. As medidas condutimétricas diretas só podem ser procedidas mediante calibração da célula condutimétrica. Esta calibração é feita por imersão da células em solução de KCl de concentrações conhecidas e a condutividade tabelada é ajustada no condutivímetro. A principal utilização da condutimetria direta está na análise e controle de qualidade das águas. Fatores que afetam a medida de condutividade são: as distância entre os eletrodos, a área dos eletrodos, a temperatura do sistema, a viscosidade, a concentração dos íons e a natureza dos íons. Titulações condutimétricas A titulação condutimétrica é baseia-se em medidas de condutividade de uma solução após a cada adição de titulante. Nesta técnica a célula condutimétrica não precisa estar calibrada, bastando que o os eletrodos fiquem em posição fixa durante a operação. O ponto final é assinalado por uma descontinuidade na curva de condutividade em função do volume do titulante. A adição da solução padrão ocasiona um aumento de volume e, portanto, um efeito de diluição se reflete na diminuição da condutividade. O efeito da diluição deve ser corrigido multiplicando a condutividade medida k pelo fator de diluição: Kcorr = kmed (Vsol +Vadic)/Vsol onde: Vsol = Volume da solução original; Vadic = Volume do padrão adicionado. 21 Os dados da titulação são plotados para obter a curva de condutividade em função do volume do titulante. Esta curva deverá apresentar no mínimo dois ramos: um ramo da reação), dá a variação da condutividade desde o início da titulação até o ponto de equivalência e outro ramo (do reagente) dá a variação após o ponto de equivalência. A interseção dos dois ramos corresponde ao ponto de equivalência. Esta técnica pode ser utilizada para reações de neutralização, precipitação e de complexação para concentrações variando de 10-1 a 10-4 mol/L. INFORMAÇÕES SOBRE O KI MM = 166,00 Da. Densidade: 3,12 g/cm³. Ponto de fusão: 681 °C. IUPAC: iodeto de potássio. Ponto de ebulição: 1.330 °C. Iodeto de potássio é adicionado a sal de cozinha em pequenas quantidades para "iodá- lo" (sal iodado). Em uma solução saturada, pode ser usado como um expectorante para tratar congestão pulmonar. Todos os estados a que se impõe um efeito mucolítico direto sobre as secreções brônquicas, bronquite, asma brônquica, efisema, bronquiectasia. Como expectorante e antitussígeno. Também usado como tratamento adjuvante em cistite fibrosa, sinusite crônica. Em regiões onde o iodeto é pouco obtido através de dieta, iodeto é completamente eficaz contra o hipotireoidismo. Apenas pequenas doses são necessárias. 5.2 Reagentes Solução padronizada de AgNO3 0,05 mol/L. Xarope expectorante de KI (20 mg/mL). 5.3 Procedimentos Transferir 10 mL do xarope expectorante para um balão volumétrico de 100 mL e complete o volume com água destilada. Transferir 20 mL desta solução para um béquer de 100 mL de forma alta. Adicionar 100 mL de água destilada (usar pipeta) (Vsol = 120 mL). Inserir a célula condutimétrica na solução. Medir a condutividade inicial da solução e proceder a titulação com a adição de 0,5 mL do titulante (utilizando pipeta automática). http://pt.wikipedia.org/wiki/Expectorante 22 Realizar os procedimentos em duplicata. Anotar os dados em uma tabela (siga o modelo da tabela abaixo). Tabela XX. Dados da titulação condutimétrica. Volume de AgNO3 (mL) k1 (mS/cm) K2 (mS/cm) 0,5 1,0 1,5 2,0 ⁞ 8,5 9,0 9,5 10,0 5.4 Cálculos e resultados Escreva as equações das reações envolvidas. Apresente as curvas de condutividade em função do volume de titulante. Determine graficamente o ponto final para a titulação. Calcule a concentração de iodeto de potássio na amostra (mesma unidade da bula). Compare os resultados obtidos com o valor da bula. 23 PRÁTICA 4: CONDUTIMÉTRICA DIRETA - DETERMINAÇÃO DE CLORETO DE SÓDIO EM SORO FISIOLÓGICO 6.1 Introdução O cloreto de sódio, popularmente conhecido como sal ou sal de cozinha, é uma substância largamente utilizada, formada na proporção de um átomo de cloro para cada átomo de sódio. A sua fórmula química é NaCl. O sal é essencial para a vida animal e é também um importante conservante de alimentos e um popular tempero. O sal é produzido em diversas formas: sal não refinado (como o sal marinho), sal refinado (sal de cozinha), e sal iodado. É um sólido cristalino e branco nas condições normais. Cloreto de sódio e íons são os dois principais componentes do sal, são necessários para a sobrevivência de todos os seres vivos, incluindo os seres humanos. O sal está envolvido na regulação da quantidade de água do organismo. O aumento excessivo de sal causa risco de problemas de saúde como hipertensão arterial sistêmica. 6.2 Reagentes Solução padronizada de NaCl (20% m/v). Amostras de soro fisiológico 0,9% m/v. 6.3 Procedimentos Preparar a partir da solução padronizada de NaCl as soluções contidas na tabela 4.1 em balões de 100 mL, completando o volume com água destilada. Transfira as soluções dos balões para tubos de ensaio. Medir a condutividade de cada solução padrão e das amostras de soro fisiológico anotando os resultados na tabela 6.1 e 6.2 Tabela 6.1 – Preparo da curva analítica. Balão C NaCl V NaCl K (mS/cm) 1 0,00 2 1,25 3 2,50 4 3,75 5 5,00 6 6,25 7 7,50 8 10,00 9 15,00 10 25,00 http://pt.wikipedia.org/wiki/Sal http://pt.wikipedia.org/wiki/Sal_de_cozinha http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo http://pt.wikipedia.org/wiki/Cloro http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3dio http://pt.wikipedia.org/wiki/Conservante 24 Tabela 6.2 – Valores de condutividade para as amostras de soro fisiológico. Amostra k1 (mS/cm) K2 (mS/cm) K3 (mS/cm) Replicata 1 Replicata 2 Replicata 3 6.4 Cálculos e resultados Construa a curva analítica para a determinação do NaCl. Determine a faixa linear de trabalho. Determine a equação da reta e o r2. Determine a concentração de NaCl nas amostras de soro fisiológico. Compare os resultados obtidos com o valor da bula. 25 PRÁTICA 5: ESPECTROCOPIA NA REGIÃO DO ULTRAVIOLETA-VISÍVEL - DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE UMA AMOSTRA DESCONHECIDA DE CORANTE 8.1 Reagentes Corante (azul de metileno) MM = 319,85 g/mol. 8.2 Procedimentos 8.2.1 Preparo das soluções padrão de corante para curva de calibração 1o. Preparar uma solução de 2,5 mg de corante em um balão volumétrico de 10 ml de álcool etílico. Anotar corretamente a massa pesada de corante. Está será a solução-mãe. 2o. Diluir a solução-mãe em água destilada em um balão volumétrico de 50 mL de tal forma a obter uma solução de corante a 50 ppm. Está será a solução diluída. 3o. Preparar as seguintes as soluções de trabalho: i. Adicionar 1 mL da solução diluída em um balão volumétrico de 50 mL e completar o volume com água destilada. Está é a solução de trabalho 1 (S1). ii. Adicionar 2 mL da soluçãodiluída em um balão volumétrico de 50 mL e completar o volume com água destilada. Está é a solução de trabalho 2 (S2). iii. Adicionar 3 mL da solução diluída em um balão volumétrico de 50 mL e completar o volume com água destilada. Está é a solução de trabalho 3 (S3). iv. Adicionar 4 mL da solução diluída em um balão volumétrico de 50 mL e completar o volume com água destilada. Está é a solução de trabalho 4 (S4). v. Adicionar 5 ml da solução diluída em um balão volumétrico de 50 mL e completar o volume com água destilada. Está é a solução de trabalho 5 (S5). 8.2.2 Leitura das absorbâncias das soluções de trabalho para construir a curva de calibração. Analisar as soluções de trabalho (S1 a S5) no espectrofotômetro de UV-Vis (anotar dados do equipamento). Serão adquiridos espectros no modo de varredura na faixa de 200 a 900 nm. A calibração será feita colocando-se uma cubeta água com branco. Para as soluções de trabalho escolher o comprimento de onda máximo (λmáx.) e anotar o valor da absorbância neste ponto (conforme tabela 8.1). Construir a curva de calibração (Abs versus concentração de corante). 8.2.3 Leitura da absorbância da amostra desconhecida Repetir o procedimento utilizado na leitura de uma das soluções de trabalho para o caso para a solução desconhecida. Fazer em duplicata a medida. Tabela 8.1. Dados da curva analítica e amostras. 26 amostra Concentração em ppm concentração em mol/L Absorbância no λmáx. escolhido Absortividade molar calculada a 665 nm S1 S4 S2 S3 S5 Amostra 1 Amostra 2 8.3 Cálculos e resultados Concentração em ppm da solução-mãe. Volume em mL mecessário para preparar uma solução estoque de corante a 50 ppm, utilizando um balão de 50 mL. Concentração em ppm e em mol/L de cada uma das soluções de trabalho Tabela 8.1 preenchida. Gráfico mostrado a sobreposição dos espectros de UV-Vis das soluções de trabalho (S1 a S5). Curva de calibração de Abs em função da concentração a solução de trabalho em mg/L no λmáx. selecionado. Apresentar os coeficientes de ajuste. Concentração de corante na amostra desconhecida em utilizando a curva de calibração. Concentração de corante usando o dados tabelado para o absortividade molar a 665 nm do azul de metileno que é 6559 mol-1 L cm-1. Correlacionar e discutir os resultados obtidos.
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