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Instituto técnico de Moçambique Técnico de Farmácia Discentes: Amélia Cumbane Hélio Cumbane Mário Manjate Vanília Obadias Cumbi Gravimetria Maputo, Junho, 2022 Discentes: Amélia Cumbane Hélio Cumbane Mário Manjate Vanília Obadias Cumbi Gravimetria . Docente: Arlindo Nhavotso Maputo, Junho, 2022 Trabalho de Química a ser apresentado no curso técnico de Farmácia, ITM como requisito parcial para efeitos de avaliação turma A. Índice 1.Introdução .................................................................................................................................. 4 1.1.Objectivos ............................................................................................................................... 4 1.1.1.Geral: .................................................................................................................................... 4 1.1.2. Específicos: ......................................................................................................................... 4 1.1.3.Metodologias ........................................................................................................................ 4 2. Gravimetria ............................................................................................................................... 5 2.1Métodos Gravimétricos ............................................................................................................ 5 2.2 Tipos métodos Gravimétricos ................................................................................................ 6 2.2.2.Etapas do procedimento ....................................................................................................... 6 2.3. Príncipios gerais da Análise Gravimétrica ............................................................................. 8 2.3.1 tipos fundamentais de análise gravimétrica: ........................................................................ 9 2.3.2 Aplicações dos métodos gravimétricos ............................................................................... 9 2.3.3 Cálculos em Análise Gravimétrica ....................................................................................... 9 2.3.Factor gravimétrico ............................................................................................................... 10 2.4. Características de um bom precipitado ................................................................................ 10 2.4. 1 Condições de Precipitação: ............................................................................................... 11 2.4.2 Métodos de precipitação..................................................................................................... 11 2.4.3 Contaminação de precipitados ........................................................................................... 11 2.4.4.Vantagens ........................................................................................................................... 12 2.4.5.Desvantagens ...................................................................................................................... 12 2.4.6 Diferenças entre a co-precipitação (cp) e a pós-precipitação (pp) ..................................... 13 2.4.8 Digestão de precipitados cristalinos ................................................................................... 13 2.4.9 Tipos de precipitados ......................................................................................................... 13 2.4.10 Separações quantitativas baseadas nos métodos de precipitação .................................... 14 2.5 Agentes precipitantes ............................................................................................................ 14 2.5.1 Características dos agentes precipitantes ........................................................................... 14 3. Conclusão ................................................................................................................................ 16 4. Referências bibliográficas ....................................................................................................... 17 4 1.Introdução Análise gravimétrica, ou gravimetria, é um processo de análise química que utiliza a grandeza de massa para quantificar um analito. O termo “gravimétrica” é dado a este procedimento pelo fato a gravidade dar à massa a possibilidade de ser pesada. Existem diversos tipos de análise gravimétrica, os principais são Gravimetria por precipitação, gravimetria de volatilização, e eletrogravimetria, Abordar-se-á o mais usado que é gravimetria por precipitação. 1.1.Objectivos 1.1.1.Geral: Compreender os Príncipios gerais da Análise Gravimétrica 1.1.2. Específicos: Definir gravimetria. Explicar a gravimetria por precipitação. Descrever os tipos de gravimetria Indicar as vantagens e desvantagens da gravimetria 1.1.3.Metodologias Para realização deste trabalho recorreu-se a internet, onde fez a recolha de informação relativa ao tema do trabalho e consultas bibliográficas que estão citadas nas referências bibliográficas. 5 2. Gravimetria Gravimetria é a medição quantitativa de uma substância por pesagem numa forma pura e sólida da substância a analisar. Obtenção de sólidos puros a partir de soluções contendo uma quantidade desconhecida de um ião de metal é feita por precipitação O termo “gravimétrica” é dado a este procedimento pelo fato da gravidade dar à massa a possibilidade de ser pesada. Gravimetria inclui todos os métodos de análise, em que o sinal analítico é uma medição da massa ou uma alteração na massa. A Gravimetria consiste em operações para se determinar a quantidade de um constituinte de uma amostra, por pesagem directa do elemento puro ou de um de seus derivados, cuja composição é conhecida e bem definida. No método gravimétrico utiliza-se a separação de um composto estável e puro, de composição conhecida, que contenha o analito, em seguida ocorre a pesagem. Utilizando as massas molares dos compostos (pesado e analito) e a massa pesada, relaciona-se à estequiometria, assim pode-se quantificar o analito. Muitas vezes ocorre a presença de substâncias nas amostras a serem analisadas, isto deve ser eficazmente resolvido posto que a massa sofrerá influência considerável a partir desta interferência, assim é necessário utilizar métodos para minimizar o máximo possível de probabilidade de erros que possam ser causados por tais interferências. Um método “contra interferência” comum é a diminuição do pH na determinação de Ca2+ em amostras que possam conter metais (exceto alcalinos e magnésio, Mg). A diminuição do pH acarreta diminuição da interferência, um dos motivos é a diminuição ou inexistência da presença de compostos que não apresentam o analito em sua constituição, no estado a ser analisado (líquido, vapor). Algumas aplicações, segundo (SKOOG, 2012), determinação ânions e cátions inorgânicos, espécies neutras (H2O, SO2, CO2, I2); na indústria farmacêutica: lactose e silicatos (síntese farmacêutica), fenolftaleína em laxantes; organomoléculas: colesterol em cereais e benzaldeído em extratos de amêndoas. 2.1Métodos Gravimétricos Toda a análise gravimétrica depende de alguma determinação finalde peso como um meio de quantificação de uma substância. 6 Já que o peso pode ser medido com maior precisão do que quase qualquer outra propriedade fundamental, análise gravimétrica é potencialmente uma das classes mais precisas de métodos analíticos disponíveis. Estes métodos estão entre as mais antigas de técnicas analíticas, e eles podem ser demorado e enfadonho. As amostras podem ter que ser extensivamente tratados para remoção de substâncias interferentes. Como resultado, apenas uma muito poucos métodos gravimétricos são actualmente utilizados em análise ambiental. 2.2 Tipos métodos Gravimétricos 2.2.1 Gravimetria por Precipitação Neste método, o analito é, com a adição de um precipitante, precipitado como um composto estável, de composição conhecida e de baixa solubilidade, posteriormente, este é filtrado e lavado (processo de remoção de impurezas), e, se preciso, convertido a outro composto, geralmente por tratamento térmico, em alguns casos para desidratação (alguns compostos complexos ou sais podem estar hidratados), posteriormente, pesa-se o composto (very espuma I ); utilize-se a Massa molar do composto e do analiticoo, a Massa pesada e cálculos estequiométricos para a quantificação do analito. É bastante utilizado em quantificação metálica no solo e na água. Uma aplicação comum deste método é a quantificação de Ferro no solo. 2.2.2.Etapas do procedimento Pesagem da amostra (balança analítica Solubilização (digestão) Precipitação (p.ex., oxidação, etc) Filtração (separação do precipitado) / lavagem (cuidados!) Secagem ou calcinação (sem perdas do precipitado) Resfriamento / pesagem do precipitado Cálculos Ilustração 7 Exemplo: Uma amostra de 1,0 grama é analisada; o Fe2+ é oxidado a Fe3+ ; adiciona-se hidróxido de amônio, NH4OH, como precipitante, forma-se oxido de ferro hidratado, Fe2O3 . x H2O; filtra-se e lava-se; aquece-se para formar Fe2O3; pesa-se (considerando um 0,48 g); faz-se a análise mássica estequiométrica. Considerando que 2 mols de Fe3+ são necessários para a produção de 1 mol de Fe2O3 (observações dos coeficientes, considerando MM como massa molar e o facto de que há precipitante em excesso), pode fazer a seguinte relação. 2 mol de Fe3+ --------------- 1 mol de Fe2O3 2 MM de Fe3+---------- 1 Massa Molar de Fe2O3 Massa de Fe -------------- Massa de Fe2O3 Massa Fe = 0, 3357 g 2.2. 3 Gravimetria de Volatilização Este método utiliza a volatilidade do analito, utiliza-se energia química ou térmica para volatilizá-lo de modo que seu vapor entre em contato direto com um absorvedor de massa previamente conhecida, assim, após toda a volatilização, mede-se a massa do absorvedor e a subtração da massa final da inicial resulta na massa do analito, este é o método de volatilização direta. Porém isto deve ser feito quando apenas o analito é volátil na amostra e que o absorvedor tenha afinidade apenas com o analito. Ao método onde massa da amostra da amostra é medida antes da vaporização e a massa do analito é igual a subtração da massa inicial pela final da amostra, dá-se o nome de método 8 indireto. O analito deve ser o único volátil. São bastante utilizados na determinação de água de dióxido de carbono, CO2 2.2.4 Eletrogravimetria Ocorre em um sistema oxido-redução, a aplicação de uma corrente elétrica que causa a dissociação de substâncias analito (geralmente metais), no catodo os cátions depositam- se, contra-íons podem depositar-se no ânodo. A massa do eletrodo é conhecida antes do funcionamento do sistema e depois ao seu término, assim calcula-se: massa do analito = massa eletrodo final massa eletrodo inicial 2.3. Príncipios gerais da Análise Gravimétrica Uma classificação rígida dos reagentes orgânicos é difícil, porém, os mais importantes são os que formam quelatos complexos, com um ou mais anéis (normalmente de 6 átomos,incluindo o íon metálico). A formação de anéis aumenta consideravelmente a estabilidade.Pode-se classificar estes reagentes levando em consideração o número de prótonsdeslocados de uma molécula neutra durante a formação do anel. A aplicação dos reagentes orgânicos na análise baseia-se no estudo da constituinte de formação do compostocoordenado (que é uma medida de sua forma de estabilidade dos complexos e dosequilíbrios de precipitação envolvidos, particularmente na produção de quelatos neutros). Nem sempre o constituinte pode ser pesado na mesma forma química de precipitação, as vezes o precipitado resultante pode ser pesado após secagem na temperatura adequada. Em outros casos a composição do precipitado tem de ser convertida (por calcinação), ao óxido metal. Em poucos casos pode-se usar um método titrimétrico que utiliza o complexo orgânico precipitado quantitativamente. Nem sempre o precipitado obtido está em uma forma adequada para a pesagem: O precipitado não possuir uma composição definida. O precipitado não suportar o processo de dessecação ou secagem por aquecimento. O precipitado não possuir uma composição definida (SKOOG, 2014). 9 2.3.1 tipos fundamentais de análise gravimétrica: gravimétrica física, termogravimetria, análise gravimétrica precipitative, e electrodeposição. Estes diferem na preparação da amostra antes da pesagem da substância a analisar. gravimetria física é o tipo mais comum usado em engenharia ambiental. Ela envolve a separação física e classificação da matéria em amostras ambientais com base na volatilidade e tamanho de partícula (por exemplo, sólidos suspensos totais). Termogravimetria, as amostras são aquecidas e as mudanças na massa da amostra são gravadas. análise de sólidos voláteis é um importante exemplo deste tipo de análise gravimétrica. precipitação gravimetria baseia-se na precipitação química de uma substância a analisar. Sua aplicação mais importante no campo ambiental é com a análise de sulfito. A electrodeposição envolve a redução electroquímica dos iões de metal a um cátodo, e a deposição simultânea dos iões sobre o cátodo. 2.3.2 Aplicações dos métodos gravimétricos Análise de padrões, para no teste e calibração de técnicas instrumentais. Análise de alta precisão. O tempo necessário para análise gravimétrica, entretanto,limita esta aplicação, a um número pequeno de determinações. 2.3.3 Cálculos em Análise Gravimétrica Os cálculos realizados em gravimetria são relativamente simples, devendo ter-se cuidado especial com a correspondência de unidades, de modo geral: A análise gravimétrica envolve duas medidas de massa, a pesagem da amostra tomada para análise e a pesagem de uma substância de composição química definida derivada do constituinte desejado, ou seja, do analito. A percentagem em peso de um constituinte ou analito na amostra é dada por: 10 2.3.Factor gravimétrico Quando o constituinte não é pesado na forma química em que o resultado será expresso, é necessário utilizar o factor gravimétrico ou o factor de conversão para a forma química desejada. O factor gravimétrico é representado pela razão entre a massa atómica ou massa molecular da substância procurada (numerador) e a massa da substância pesada (denominador). Tabela 1: Alguns elementos determinados por gravimetria substância analisada precipitado formado precipitado pesado interferencias Ba BaCrO4 BaCrO4 Pb SO42- BaSO4 BaSO4 NO3-, PO43-, ClO3- Cl- AgCl AgCl Br-, I-, SCN-, CN-, S2-, S2O32- Ag AgCl AgCl Hg(I) PO43- MgNH4PO4 Mg2P2O7 MoO42-, C2O42-, K+ Ni Ni(dmg)2b Ni(dmg)2 Pd 2.4. Características de um bom precipitado a) O precipitado deve ser insolúvel o bastante para que não ocorram perdas apreciáveis na filtração. b) O precipitado deve ser separado facilmente da solução por filtração e pode ser lavado para a eliminação completa das impurezas solúveis. c) O precipitadodeve poder ser convertido em uma substância pura de composição química definida. Exemplos 11 Determinação de Fe (III) em minérios: Tratamento com NH4OH. Determinação de Ca2+ em águas naturais: Tratamento com C2O42- Determinação de Ba2+: Tratamento com SO42- Determinação de Cl- em água do mar: Tratamento com AgNO3 2.4. 1 Condições de Precipitação: Soluções diluídas devem ser usadas, pois reduzem os erros devido a coprecipitação. A mistura lenta dos reagentes com agitação constante promove a formação decristais maiores. Soluções aquecidas, quando (as características do precipitado permitem): apresentam melhor uniformidade do espalhamento dos reagentes, pois ocorreaumento dasolubilidade, reduzindo o grau de supersaturação. A coagulação é favorecida com a diminuição da formação do soluto. A velocidade de cristalização é aumentada levando a cristais mais perfeitos. 2.4.2 Métodos de precipitação Precipitação em soluções homogêneas: Ao invés de ser adicionado um reagente, o agente precipitante é gerado lentamente na própria solução por meio de uma reação químicahomogênea. a) Vantagem Elimina os efeitos indesejáveis da elevação da concentração. O precipitado resultante é denso e prontamente filtrável. A coprecipitação é reduzida a um mínimo. É possível alterar a aparência do precipitado pela variação da velocidade da reação. 2.4.3 Contaminação de precipitados Co-precipitação : contaminação do precipitado por substâncias que sãonormalmente solúveis na água mãe. 2.4.3.1 tipos 12 Co-precipitação Adsorção na superfície das partículas: Qualquer precipitado tende a arrastar substâncias estranhas em consequência de adsorção superficial. Este tipo de co-precipitação tende a ser apreciável no caso de precipitados com grande área superficial, mas não é significativo em precipitados cristalinos. Os precipitados grumosos e gelatinosos são os que apresentam maior contaminação por co-precipitação (SKOOG, 2014). Co-precipitação oclusão de substâncias estranhas durante o processo de formação do cristal. A contaminação por co-precipitação pode ser minimizada: Diminuindo a concentração dos interferentes, durante a precipitação. Utilizando técnica de precipitação em meio homogêneo - agente precipitante é gerado na solução da amostra. Precipitação a quente - produz precipitados mais puros e perfeitos Pós-precipitação : ocorre na superfície do primeiro precipitado após a suaformação, ocorre com substâncias pouco solúveis que formam soluçõessupersaturadas, têm usualmente um íon em comum com o precipitado inicial Ex.: Precipitação de cálcio com oxalato na presença de magnésio. O oxalato de magnésio não precipita de imediato porque apresenta uma tendência de formar soluções supersaturadas. Assim, se o precipitado de cálcio for filtrado imediatamente, pouco ou nenhum magnésio será arrastado. Mas, se a solução for deixada em repouso por algum tempo (mais que uma hora) o oxalato de magnésio vai pós-precipitar e contaminar o precipitado de oxalato de cálcio (BACCAN, 2008). 2.7.Vantagens O método permite exactidão elevada; Instrumentação simples e barata; O método é absoluto e não depende de padrões. 2.8.Desvantagens Procedimentos laboratoriais demorados; Não é aplicável a análise de traços; Erros no processo de precipitação; Perdas de precipitados nas etapas de transferência, filtração, lavagem e secagem. 13 2.4.4 Diferenças entre a co-precipitação (cp) e a pós-precipitação (pp) Na pp a contaminação aumenta com o tempo de contato do precipitado com asolução- mãe, na cp a contaminação diminui. Na pp a contaminação aumenta com a rapidez da agitação, na cp dá-se o oposto. A grandeza da contaminação na pp pode ser muito maior. 2.4.5 Digestão de precipitados cristalinos Deve ser efetuada no maior tempo possível (exceto nos casos em que possa ocorrer pós- precipitação. Banho-maria é recomendável e decresce o efeito da coprecipitaçãoe induz precipitados mais filtráveis (a digestão tem pequeno efeito sobre o precipitados amorfos ou gelatinosos). De preferência o precipitado deve ser lavado com uma solução diluída apropriadade um eletrólito. A água pura pode causar a peptização (passagem do precipitado aoestado de solução coloidal). Se houver contaminação do precipitado, o erro pode ser eliminado pela dissoluçãodo precipitado em um solvente adequado para depois ser re-precipitado. 2.4.6 Tipos de precipitados Precipitados cristalinos – são os mais favoráveis para fins da análise gravimétrica. As partículas do precipitado são cristais individuais bem desenvolvidos. Elas são densas e sedimentam rapidamente, são facilmente recolhidos por filtração e, em geral, não se deixam contaminar. Finamente cristalinos (Precipitados pulverulentos) – constituem os agregados de finos cristais. São densos e sedimentam rapidamente. Às vezes, oferecem dificuldades à filtração, pois a presença de pequenos cristais obriga ao uso de filtros com poros pequenos e de filtração lenta. Precipitados grumosos – resultam da floculação de colóides hidrófobos. São bastante densos, pois eles arrastam pouca água. Precipitados gelatinosos – resultam da floculação de colóides hidrófilos. São volumosos, tem a consistência de flocos e arrastam quantidades consideráveis de água. Oferecem dificuldades à filtração e lavagem (VOGEL, 1981). 14 2.4.7 Separações quantitativas baseadas nos métodos de precipitação Precipitação fracionada: Quando os produtos de solubilidade de dois sais poucosolúveis tendo um íon comum diferem suficientemente, um sal precipitará quasecompletamente antes que o outro comece a precipitar. Ex.: soluções de cloreto e iodeto. Precipitação e separação de hidróxidos em concentração de íon hidrogênio: em pHcontrolado vários elementos são precipitados: TABELA 1 – Valores de pH para a precipitação dos hidróxidos pH íon metálico pH íon metálico 3 Sn+2, Fe+3, Zn4+ 7Fe2+ 4 Th4+ 8Co2+, Ni2+, Cd2+ 5 Al3+ 9Ag+, Mn2+, Hg2+ 6 Zn+2, Cu+2, Cr+3 11Mg+2 2.5 Agentes precipitantes Um agente precipitante gravimétrico deve reagir especificamente, ou pelo menos selectivamente com o analito. 2.5.1 Características dos agentes precipitantes Além da especificidade e da selectividade, o reagente precipitante ideal deve reagir com o analito para formar um produto que seja: 15 Facilmente filtrado e lavado para remoção de contaminantes (formar produto puro). De solubilidade suficientemente baixa para que não haja perda significativa do analito durante a filtração e a lavagem (precipitado obtido deve ser altamente insolúvel). Não-reactivo com os constituintes da atmosfera. De composição química conhecida após sua secagem ou, se necessário, calcinação (estável, não higroscópico, não ser volátil). Reacção completa nas condições de análise. Tabela 2 – Alguns agentes precipitantes orgânicos Reagente estrutura metais precipitados dimetilglioxima Gravimetria Ni(II) em NH3 ou tampão acetato Pd(II) em HCl (M2++2HR=MR2+2H+) alfa-benzoinoxima (cupron) Gravimetria Cu(II) em NH3 e tartarato Mo(VI) e W(VI) em H+ (M2++H2R=MR+2H+; M2+ = Cu2+, MoO2+, WO22+) óxido metálico pesado hidroxilamina nitrosofenilamonium (cupferron) Gravimetria Fe(III), V(V), Ti(IV), Zr(IV), Sn(IV), U(IV) (Mn++nNH4R=MRn+nNH4+) óxido metálico pesado 16 3. Conclusão Os métodos gravimétricos são os mais abrangentes; sua medida é possível graças à gravidade (por isto o seu nome); é necessário tomarmos cuidaddo a erros que podem tornar-se notorios pelo fato de haver muitas etapas. É fundamental atentar-se às interferências que geram diferenças nas massas. São métodos analíticos largamente utilizados, desde na determinação-quantificação de analitos inorgânicos ou orgânicos,espécies catiônicas, aniônicas e até neutras. Na Gravimetria por precipitação química, o analito é convertido numa substância pouco solúvel. O precipitado é filtrado e lavado para remoção de impurezas e convertido, quando necessário, geralmente por meio de um tratamento térmico adequado, em um produto de composição química conhecida. O produto é então pesado 17 4. Referências bibliográficas BACCAN, N.; Andrade, J. C.; Godinho, O. E. S.; Barone, J. S.; Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª ed., Edgard Blücher Ltda: São Paulo, 2001; FARIAS, A., Gravimetria de Volatização. Mód. 03 HUSSEIN, F. R. G. S.; FERNANDES, N. S., Gravimetria. Aula 6. Set. 2008. MONJANE, Armindo Ruben; Química Analítica, Kieu 29 de Julho de 2003;. PINTO, G. M., Química Analítica Quantitativa 2005. Disponível em: <http://www.academia.edu/6397410/Prof_Quimica_Analitica_Quantitativa>. Acesso em 30 abr. 2014. Química Analítica Quantitativa Elementar Vol. Único, Ed. 1. São Paulo: Edgard Blücher, 1979. SKOOG, Douglas A.; WEST, Donald M.; HOLLER, F. James; CROUCH, Stanley R., Fundamentos de Química Analítica Vol. Único, 8 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2012. SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH, Fundamentos de Química Analítica, tradução da 9ª Edição norte-americana, Editora Trilha, São Paulo-SP, 2014; VOGEL, Arthur Israel. Química Analítica Qualitativa. Trad. Antônio Gimero. 5 ed. rev. (português). São Paulo:Editora Mestre Jou, 1981.
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