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Métodos Analíticos baseados em Medidas de Massa Gravimetria por Precipitação – analito é separado de uma solução da amostra como um precipitado e é convertido a uma espécie de composição conhecida que pode ser pesada; Gravimetria de Volatilização – analito é isolado dos outros constituintes da amostra pela conversão a um gás de composição química conhecida( peso desse gás serve então como uma medida de concentração do analito); Eletrogravimetria – analito é separado pela disposição em um eletrodo por meio do uso de uma corrente elétrica, a massa desse produto fornece então uma medida da [ ]; Titulação Gravimétrica – massa do reagente, com concentração conhecida, necessária para reagir completamente com o analito; Espectrometria de Massa - espectrômetro de massas para separar os íons gasosos formados a partir dos elementos que compõem uma amostra da matéria. ANÁLISE GRAVIMÉTRICA – PRECIPITAÇÃO Análise gravimétrica ou gravimetria, é um método analítico quantitativo cujo processo envolve a separação e pesagem de um elemento ou um composto do elemento na forma mais pura possível. O elemento ou composto é separado de uma quantidade conhecida da amostra ou substância analisada. Determinação do ANALITO ANALITO separado da amostra (comp. conhecida) PESADO Relações Estequiométricas Exemplo: Determinação do teor de Ag em uma amostra Redução Ag+ 1é Ag AgClCl-Precipitação Ag+ Precipitação ANÁLISE GRAVIMÉTRICA Volatilização do analito (Determinação do teor de umidade) Formas de separação do ANALITO (elemento, composto) da amostra: Vantagens -operações são de fácil execução e de boa reprodutibilidade; -equipamentos simples e baixo custo; A gravimetria é um método de extensa aplicação na determinação de macroconstituintes de uma amostra (%) Desvantagens -Tempo de execução é muito longo; - grande nº de operações para execução, erros cumulativos; - Falta de sensibilidade no método ANÁLISE GRAVIMÉTRICA POR PRECIPITAÇÃO ANALITO REAGENTE PRECIPITANTE PRECIPITADO POUCO SOLÚVEL FILTRADO LAVADO AQUECIMENTO PESADO Análise Gravimétrica por Precipitação Determinação Quantitativa Necessário saber a estequiometria da reação Formação de um precipitado de composição definida, puro e pouco solúvel Facilmente filtrável e lavável Não arrastar impurezas da solução Exemplo; Determinação de chumbo na água: Pb+2 (aq) + 2Cl - (aq) PbCl2(s) Adicionando excesso de cloreto para uma amostra, essencialmente todo o Pb+2 irá precipitar como PbCl2. A massa de PbCl2 é então determinada e utilizada para determinar a Pb+2 na solução original. Mecanismo de Formação dos Precipitados Íons de solução supersaturada Solução supersaturada ppt Solução saturada Nucleação Partículas Coloidais não filtráveis por filtros comuns Colóides Estabilizados (Fe(OH)3) Cristais pequenos, filtráveis com filtros muito finos Cristais Grandes, filtráveis com filtros médios ou maiores BaSO4 Aglomerados Cristalinos BaSO4 (precipitação inadequada) Coagulados Coloidais Formação de Precipitados Um agente precipitante deve reagir especificamente, ou pelo menos seletivamente com o analito. Exemplo: AgNO3 (precipita em meio ácido Cl -, Br-, I-, SCN-) Dimetilglioxima (precipita apenas Ni 2+ em soluções alcalinas. O reagente precipitante ideal deve provocar uma reação com o analito para formar um produto que seja: Facilmente filtrado e lavado para evitar contaminação; Solubilidade suficientemente baixa, para que não haja perda significativa do analito durante a filtração e lavagem; Não reativo com os constituintes da atmosfera; Composição química conhecida após a sua secagem, ou calcinação. Formação de um precipitado processos físicos e químicos. Processos físicos nucleação e o crescimento de cristais. Formação de Cristais Tamanho médio das partículas depende da velocidade da relação entre a velocidade de nucleação e a velocidade de crescimento. Nucleação – alguns íons ou moléculas juntam-se para formar um sólido estável. Nucleação predomina - precipitado contendo uma grande número de pequenas partículas; Crescimento predomina - um número pequeno de partículas grandes é produzido. Suspensões Coloidais – tamanho das partículas 0,1 µm a 1nm Suspensão Cristalina – maiores que 0,1 nm Fatores que Influenciam no Tamanho do Precipitado Supersaturação é minimizada pelos seguintes fatores: •Aumento de temperatura ; •Soluções diluídas e adição lenta do reagente precipitante; •Velocidade com que eles são misturados; •Controle do pH, se a solubilidade depender do pH; Minimizar o grau de Supersaturação •Precipitação a partir de soluções diluídas do precipitante; •Adição lenta do reagente precipitante e com agitação; Manter alta a solubilidade Precipitação à quente em seguida a solução é resfriada e o precipitado é formado quantitativamente; Variação da acidez do meio (Exemplo do Ca) Precipitação de uma solução homogênea (PSH) Precipitados Coloidais Suspensão coloidal Adsorção preferencial Dupla camada iônica Partículas coloidais são tão pequenas que não podem ser retidas em filtros comuns. Suspensão coloidais são estáveis porque todas as partículas de um colóide são + ou - carregadas. Coagulação pode ser obtida: Aquecimento; Agitação; Adição de eletrólito ao meio; A B Células Espectrofotométricas A – água B – Solução amido Feixes lasers (vermelho e verde) Figura 1 – Partícula coloidal em uma suspensão de AgCl presente em um solução com excesso de AgNO3. Camada de adsorção primária (Ex: Ag+) Camada de adsorção secundária (Ex: NO3 -) Dupla camada elétrica Precipitação a partir de uma Solução Homogênea (PSH) Processo no qual o precipitado é formado pela geração lenta de um reagente precipitante de forma homogênea em toda a solução. Sólidos formados por precipitação a partir de uma solução homogênea são mais puros e mais fáceis de ser filtrados; Nos precipitados gerados por meio de adição direta do reagente a solução do analito isto não ocorre. Figura 2- Hidróxido de ferro (III) formado pela adição direta de amônia (esquerda) e pela produção homogênea do hidróxido (direita). Procedimento da análise gravimétrica é constituído das seguintes etapas: 1-Preparo da solução da amostra 2-Precipitação 5-Lavagem 3-Digestão (Envelhecimento) 6-Secagem ou calcinação 4-Filtração 7-Pesagem 1- Preparo de Soluções da Amostra Análise Gravimétrica: Elemento desejado deve estar em solução Prepara-se uma solução da amostra (geralmente é um sólido) através de um tratamento químico ABERTURA O tratamento químico a ser usado deve ser escolhido de acordo com a natureza da amostra a ser analisada. Este pode ser com água, ácido ou em meio básico, e ainda por fusão. Amostra Homogênea Representativa Evitar erros causados por perdas de material durante o aquecimento com ácido ou na fusão. Preparação das soluções de amostra 1-) Solubilização com água – utilizada para sais solúveis em equipamento de vidro. Ex: NaCl. 2-) Solubilização com HCl- solubilização de materiais carbonatados, óxidos e alguns metais. Ex: CaCO3 (calcário);Fe2O3 3-) Solubilização com HNO3 - solubilização de óxidos e metais Ex: CuO, Cu, Pb e Ag metálicos 4-) Solubilização com àgua-régia - utilizada para solubilização de metais Ex: CuO, Cu, Pb, Ag e Au metálicos. 5-) Solubilização com HF - utilizada para análise de materiais silicosos. Amostra – finamente dividida e bem homogênea (representativa). 2- Precipitação Analito é separado da solução através da formação de um precipitado. Escolha do reagente precipitante: Solubilidade - Formação de precipitado pouco solúvel Usar o reagente precipitante em excesso (efeito do íon comum) exceto em alguns casos. Características Físicas Conhecer previamente o tipo de precipitado a ser formado; Pode indicar a necessidade ou não de uma digestão; Pureza Obter sempre um precipitado o mais puro possível Precauções quanto aos reagentes usados Velocidade de adição dos reagentes Para formação do precipitado adição lenta dos reagentes agitação 3- Digestão Precipitado formado permanece em contato com a solução em que foi gerado (água-mãe) para obter precipitados com partículas maiores, facilmente filtráveis e mais puro possível. T leva a recristalização (impurezas passam para a água mãe, obtendo um precipitado mais puro) A digestão pode ou não ser necessária, isto vai depender do tipo de precipitado, por isso a necessidade de se conhecer as características físicas e a solubilidade do precipitado formado. Formação de precipitados coloidais - poucos minutos de aquecimento para se obter um precipitado formado e de boa filtrabilidade. Se esse composto fosse submetido a uma digestão mais prolongada, sofreria uma contaminação através de um processo de absorção devido a sua alta superfície específica. Envelhecimento de Precipitados Precipitado formado pode sofrer modificações estruturais irreversíveis quando deixado em contato com a solução água mãe por um determinado tempo antes de ser filtrado – DIGESTÃO Partículas de precipitados cristalinos quando formados rapidamente. Superfícies muito imperfeitas (cavidades, cantos) – superfície ativa. Amadurecimento de Ostwald Redução da área superficial e Aumento do tamanho médio do precipitado; Partículas pequenas (mais solúveis) tendem a dissolver e a reprecipitar sobre a superfície de cristais maiores; Crescimento de partículas maiores a custa de dissolução das partículas menores. Amadurecimento interno de Ostwald Dissolução de material dos vértices e arestas do cristal que se depositam sobre a superfície do mesmo. Redução da área superficial Exemplo: O PbSO4 quando recém precipitado - partículas imperfeitas e floculosas. Após o envelhecimento - perfeitas e compactas. Ocorre a dissolução de material dos vértices e arestas do cristal que se depositam sobre a superfície do mesmo. Contaminação dos Precipitados Precipitados podem arrastar da solução outros constituintes que nem sempre são removidos por simples lavagem – contaminação Fonte de erros na análise gravimétrica Impurezas no Precipitado As impurezas podem estar adsorvidas ou absorvidas no precipitado. Adsorção Impurezas na superfície Absorção Impurezas no interior do cristal Inclusões Oclusões Impureza Tipos de Contaminação Coprecipitação - Processo em que impurezas solúveis se incorporam ao precipitado durante a sua formação. -Formação de soluções sólidas (cristal misto) -Adsorção na superfície - Oclusão o composto é aprisionado durante o crescimento rápido de um cristal. Formação de soluções sólidas íon (cátion ou ânion) da rede cristalina do precipitado. Ocorre por íons do mesmo tamanho e carga – não provocam distorções no precipitado e formam cristais mistos Ex: PbSO4 e BaSO4 BaSO4 e BaCrO4 Contaminação difícil de ser removida Ocorre por íons de mesmo tamanho e carga diferente – leva a imperfeições no cristal Íon contaminante substitui Adsorção na superfície Impurezas são adsorvidas na superfície do precipitado a medida que as partículas crescem , o íon contaminante fica aprisionado; Estes íons não formam parte do retículo – aparecem imperfeições na estrutura cristalina do composto; Precipitados cristalinos – impurezas vão ficando presas dentro do cristal e não podem ser arrastadas por lavagem dos precipitados; Precipitados coloidais – as impurezas também ficam presas, no entanto as partículas não crescem além do tamanho das partículas coloidais. Assim as impurezas adsorvidas podem ser arrastadas por lavagem do precipitado. Precipitados Coloidais – devem ser lavados com eletrólitos para evitar a peptização e ajudar a deslocar as impurezas adsorvidas; Ex: Lavagem de Fe(OH)3 utiliza-se NH4NO3 . Oclusão Contaminante é incorporado dentro de imperfeições existentes no precipitado. -Tipo de contaminação comum em precipitados coloidais e raros em precipitados cristalinos por serem bem formados; -Quantidade de impureza arrastada por inclusão tende a diminuir com a digestão devido ao intenso processo de reprecipitação; Pós-precipitação Quando o precipitado é deixado em repouso em contato com a solução água mãe, uma segunda substância pode precipitar lentamente por reação com o agente precipitante e depositar-se sobre a superfície do precipitado de interesse. Ex: Precipitação de oxalato de cálcio na presença de Mg. Maneiras de minimizar as impurezas 1-Velocidade de Nucleação e Crescimento - Cristais grandes apresentam maior pureza, pois inclusões e oclusões são menores; 2-Envelhecimento – digestão. Remoção de impurezas do cristal e aumenta o tamanho do Cristal 3- Filtração Processo de separação do precipitado do meio em que ele foi formado. O tipo de filtração vai depender do tratamento a que o precipitado será submetido – secagem ou calcinação. 4- Lavagem Remover parte da água mãe ainda retida no precipitado; Eliminar impurezas solúveis ou não voláteis na temperatura de secagem ou de calcinação; Usar pequenas porções (+ eficiente); O líquido de lavagem pode conter um eletrólito para evitar a peptização (coagulado coloidal suspensão coloidal). Ca2+ + 2 RH sólido Mn2+ + 6CN- Mn(CN)64- Agente Mascarante Agente precipitante 5-Adicionar um agente mascarante - Mantém impurezas solúveis durante a precipitação do analito Eletrólitos dever ser voláteis - HNO3, HCl, NH4NO3, etc. - Lavar com soluções eletrolíticas; - Evita a quebra e redissolução dos precipitados (peptização) 6- Secagem ou Calcinação Secagem (T 250oC): usado para remoção da água de lavagem residual Realizada em estufa O precipitado é pesado sob a forma obtida na precipitação Calcinação (T 250oC): Realizada em mufla Eliminar resíduo da solução de lavagem e proceder a uma transferência do precipitado para uma forma bem definida para pesagem. 7- Pesagem Etapa final da análise gravimétrica Os cadinhos após a secagem ou calcinação devem ser mantidos em dessecadores para posterior pesagem. Gravimetria por Volatilização Os dois métodos mais comuns baseados na volatilização para determinar H2O e CO2 Figura 2-Determinação de Na2CO3 em comprimidos antiácidos por volatilização gravimétrica.
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