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IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 1 Horário: Quinta-feira, 08:50 às 11:45 hrs. Teoria: Sala 27 J; Prática: Laboratório 35 E. 3. Avaliações A disciplina será avaliada por quatro notas. Cada nota terá contribuição igualitária de avaliações da teoria e da prática. 3.1. Teoria As avaliações da teoria serão realizadas através de provas convencionais sobre os assuntos abordados na sala de aula. As avaliações constarão dos seguintes conteúdos: 3.2. Prática A nota da parte prática será formada pela combinação das seguintes ações: 1. Uma prova teórica sobre as práticas (Valendo 70 % da nota); 2. Freqüência, pontualidade, conduta no laboratório, uso do avental, durante as aulas práticas, etc (valendo 30% da nota da prática); IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 2 É obrigatório o uso de avental durante as aulas práticas, assim como sapatos fechados e cabelos longos presos. Permite-se um atraso de no máximo 15 minutos. Após o início da prática não será permitida a entrada de alunos retardatários. 3.3. Assuntos das provas Bimestre Teoria Prática Primeiro Estatística aplicada à Quim. Anal. Concentrações das soluções Segundo Análise Volumétrica e Volumetria de Neutralização Práticas sobre volumetria de Neutralização Terceiro Volumetria de Precipitação e Volumetria de Complexação Práticas sobre Volumetria de Precipitação e Volumetria de Complexação Quarto Volumetria de Oxidação-redução Práticas sobre Volumetria de Oxidação-redução 4. Recomendação Cada aluno deve possuir uma calculadora científica, especialmente durante as avaliações. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 3 PARTE 1. TEORIA IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 4 Capítulo 1. INTRODUÇÃO À QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA 1.1. INTRODUÇÃO A Química Analítica envolve a identificação e determinação das quantidades relativas das espécies químicas presentes em uma amostra da matéria. Análise Qualitativa – revela a identidade química das espécies na amostra. Responde à pergunta (O que ?). Análise Quantitativa – estabelece a quantidade de uma ou mais destas espécies, ou analitos, em termos numéricos Responde à pergunta (Quanto?). 1.2. O PAPEL DA QUÍMICA ANALÍTICA NAS CIÊNCIAS A química analítica é uma ciência antiga. Tem aplicações na indústria (controle de qualidade das matérias-primas e do produto final, estabelecer a composição de novos produtos); medicina (diagnóstico de doenças e controle da saúde das pessoas); ecologia (controle da poluição ambiental) e outras ciências. 1.3. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE ANÁLISE QUANTITATIVA Os resultados de uma análise quantitativa são calculados a partir de duas medidas: a primeira é a massa ou volume da amostra a ser analisada e a segunda é a medida de alguma quantidade que é proporcional à quantidade do analito na amostra. Vários parâmetros podem ser utilizados na classificação de um método analítico: 1.3.1. quantidade da amostra tomada para análise: Macroanálise – amostras pesam 0,1 g ou mais. Microanálise – amostras pesam entre 1 mg e 10 mg (0,001 – 0,010 g) Mesoanálise (Semimicroanálise) – amostras pesam entre micro e macro (0,01 – 0,1 g). Submicroanálise – amostras entre 0,1 – 1 mg. Ultramicroanálise – amostras pesam menos que 0,1 mg. 1.3.2. Tipo de medida final. Método Gravimétrico – método em que a determinação final é a medida exata do peso do analito ou algum composto quimicamente relacionado a ele. Método Volumétrico – método em que a determinação final é a medida do volume de uma solução que contém um reagente que vai interagir completamente com o analito Métodos Físico-químicos – métodos baseados na medida de alguma propriedade física ou química. Esses métodos necessitam de instrumentos especiais para fazer a medida e são conhecidos como métodos instrumentais. 1.3.3. Cronologia (Tempo): Métodos Clássicos – são os métodos de análise mais antigos. Compreende os métodos graviméticos e volumétricos. Métodos Modernos – são os métodos físico- químicos. “O bom químico de análises deve sempre apreciar a importância de desenvolver suas habilidades através da prática dos métodos clássicos para melhorar a qualidade dos procedimentos instrumentais” (Vogel) 1.4. ETAPAS DE UMA ANÁLISE QUANTITATIVA O processo total de análise consiste de 6 etapas. 1. DEFINIÇÃO, 2. AMOSTRAGEM, 3. MÉTODO, 4. SEPARAÇÃO, 5.QUANTIFICAÇÃO, 6. AVALIAÇÃO. 1.4.1. DEFINIÇÃO No curso de Técnicas de Química Analítica vocês trabalharão com amostras puras, mas as amostras reais são muito mais complexas. 1.4.2. AMOSTRAGEM É a obtenção de uma pequena quantidade do material cuja composição represente exatamente o todo do material que está sendo amostrado (Escolha de amostra representativa). Outro aspecto importante é a forma de transporte da amostra do campo para o laboratório sem alterações. 1.4.3. MÉTODO O químico deve conhecer todos os métodos disponíveis e só então decidir qual o mais adequado para o seu problema. É necessário pois fazer uma pesquisa bibliográfica. Na escolha do método analítico é necessário levar em conta os seguintes aspectos. Exatidão Limite de Detecção – é a quantidade mínima do analito que pode ser detectada. Seletividade – leva em consideração as interferências de outras espécies químicas na sua análise. Esta interferência pode ser para mais (causando erro positivo), ou para menos (causando erro negativo). 1.4.4. SEPARAÇÃO OU MASCARAMENTO Quando o método não é muito seletivo deve-se incluir uma etapa de separação de interferentes. 1.4.5. MEDIDA Medida de uma quantidade ou sinal relacionado com o analito. 1.4.6. TRATAMENTO DOS DADOS Cálculo e avaliação estatística do resultado. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 5 Capítulo 2. ERROS E TRATAMENTO ESTATÍSTICO DOS RESULTADO 2.1. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS São os dígitos necessários para exprimir uma medida ou um resultado calculado com a incerteza correta. Incluem todos os algarismos certos e o primeiro incerto. 2.1.1. REGRAS PARA SE DETERMINAR O No DE ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS DE UM VALOR MEDIDO a) O dígito zero não é significativo quando situado à esquerda do número. Exemplo 2.1. As medidas: 0,0005432; 0,005432; 0,5432, todos têm _______ algarismos significativos. b) O dígito zero é significativo quando situado no meio do número ou à sua direita. Exemplo 2.2. Quantos algarismos significativos aparecem nos seguintes valores? 0,0054032 __________ 0,000540320 _________ 0,000543200_________ 54320__________ c) Não confundir número de algarismos significativos com número de casas decimais. Exemplo 2.3: 0,00054320 - tem ____ algarismos significativos e ____ casas decimais. d) Deve-se tomar cuidado com a utilização de zeros à direita. Exemplo 2.4: Ao se transformar 2,45 g quando em mg, resulta:_______ mg. 1.2. REGRAS PARA ARREDONDAMENTO a) Se o dígito que segue o último algarismo significativo é menor que 5, o último algarismo significativo é mantido sem alteração Exemplo 2.5: Apresentar os valores seguintes com 2 algarismos significativos: 0,5432__________ 0,00054320__________ 54320__________ b) Se o dígito que segue o último algarismo significativo é igual ou maior que 5, o último algarismo significativo é aumentado em uma unidade. Exemplo 2.6: Apresentaros valores seguintes com 2 algarismos significativos: 0,5462________ 0,0005462_______ 54520________ 2.3. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS DE UM RESULTADO CALCULADO a) SOMA OU SUBTRAÇÃO - O resultado da soma ou subtração deve apresentar o mesmo número de casas decimais do número com menos casas decimais. Exemplo 2.7: Apresentar o resultado das seguintes operações com o número correto de algarismos significativos: 0,44 + 0,592 + 0,810597 + 0,03822= 2,55872 – 0,35 = b) MULTIPLICAÇÃO OU DIVISÃO - O resultado da multiplicação ou divisão deve apresentar o mesmo número de algarismos significativos do número com menos algarismos significativos. Exemplo 2.8: Apresentar o resultado das seguintes operações com o número correto de algarismos significativos: 324,68 x 0,012= 13,47 : 32,4726 = Exemplo 2.9: Calcular a massa molar do CaF2 com o maior número de algarismos significativos possíveis. ERRO E EXATIDÃO ERRO ABSOLUTO DE UMA MEDIDA - é a diferença entre o valor medido e o valor verdadeiro: Vi XXE onde: E = erro absoluto; Xi = valor medido; XV = valor verdadeiro. O erro absoluto apresenta a unidade da medida e possui sinal. ERRO RELATIVO, ER - é a relação entre o erro absoluto e o valor verdadeiro. O erro relativo é adimensional e comumente expresso em % ou ‰ (partes por mil). 𝐸𝑅 = 𝐸 �̅� ∙ 100 𝑜𝑢 ∙ 1000 O erro de uma medida informa sobre a exatidão daquela medida. Quanto maior o erro menor a exatidão. Exemplo 2.10: O valor verdadeiro para o teor de sulfato em uma amostra é 80,00%. Uma turma de Química Analítica Experimental encontrou o valor 76,87 %. Calcular o erro absoluto e o erro relativo da determinação. 2.5. DESVIO E PRECISÃO Geralmente o valor verdadeiro de uma medida não é conhecido, é costume então tomar a média aritmética de N determinações como uma boa estimativa do valor verdadeiro. Para N medidas da mesma grandeza, X1, X2, X3,..., XN N X...XXX =X N321 IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 6 Onde: X = média aritmética DEVIO ABSOLUTO, d - é a diferença entre o valor medido e a média. XX=d i DESVIO RELATIVO, dR - é a relação entre o desvio absoluto e a média. 100 X d =dR (em percentagem) ou x 1000 (em partes por mil, ‰) O desvio de uma medida informa sobre a precisão da medida. Quanto maior o desvio menor a precisão e vice-versa. Exatidão e precisão são conceitos distintos. É possível ocorrer precisão sem exatidão mas o contrário não pode ocorrer. A Fig. 2.1 ilustra esses dois conceitos. Fig.2.1. Exatidão e precisão a) Medidas precisas e exatas b) Medidas precisas mas inexatas c) Medidas imprecisas e inexatas. 2.6. CLASSIFICAÇÃO DOS ERROS Os erros podem ser de dois tipos: erros determinados ou sistemáticos; erros indeterminados. 2.6.1. ERROS DETERMINADOS - São aqueles cuja origem pode ser determinada. O erro pode então ser evitado ou pode-se medir a grandeza do erro e corrigir o resultado. Os erros determinados podem ser: 2.6.1.1. ERROS DE MÉTODO - São erros inerentes ao próprio método. Não importa que o analista trabalhe cuidadosamente, o erro continua a ocorrer. Ex: Solubilidade de um precipitado na solução em que é precipitado ou no líquido de lavagem. Decomposição de um precipitado durante a calcinação, etc. 2.6.1.2. ERROS OPERACIONAIS - São erros provocados pela inexperiência ou por falta de cuidado do analista. Ex: Perda de material durante a análise. Contaminação do material durante a análise, etc. 2.6.1.3. ERROS PESSOAIS - São erros causados pela incapacidade do analista fazer determinadas observações com segurança. Ex: Certas pessoas têm dificuldades em perceber a mudança de cor de alguns indicadores. Outro tipo é o erro de pré- julgamento. 2.6.1.4. ERROS DEVIDOS A REAGENTES E EQUIPAMENTOS - São erros causados pela utilização de instrumentos imperfeitos ou a reagentes impuros. Ex: Usar aparelhos, pipetas, balões ou pesos não calibrados. 2.6.2. ERROS INDETERMINADOS - São erros cuja origem não pode ser detectada. Quando se faz uma medida, mesmo após se ter eliminado todas as fontes de erro determinado, verifica-se uma pequena variação em medidas sucessivas. Essa flutuação é causada pelos erros indeterminados. Fig. 2.2. Distribuição de Gauss A equação da curva normal de frequência é: 2 -X 2 1 - 1/2 e )(2 1 =Y onde: Y = frequência de ocorrência de um desvio; X- = desvio (sendo X o valor medido e a média verdadeira); = desvio padrão. Na Fig. 2.2 observa-se que: A média verdadeira da população, , divide a curva em duas partes simétricas; Desvios positivos e negativos são igualmente prováveis; Os menores desvios são mais prováveis que os desvios maiores; A média aritmética é o valor mais provável. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 7 2.7. MEDIDAS DE PRECISÃO 2.7.1. PRECISÃO DE UMA MEDIDA 2.7.1.1. DESVIO PADRÃO, s - é o desvio cujo quadrado é igual à média dos quadrados dos desvios. 1-N X = 2 i X s na qual : N-1 = graus de liberdade 2.7.1.2. VARIÂNCIA, s2 Em termos relativos: 2.7.1.3. DESVIO PADRÃO RELATIVO, sR 100 X s sR (em %) ou 1000 (em ‰, partes por mil) 2.8. REJEIÇÃO DE DADOS - TESTE Q Teste estatístico para decidir se um valor suspeito deve ou não permanecer em uma série de dados. Como Usar: a) Colocar os dados em ordem crescente; b) Calcular a diferença entre o valor suspeito e seu vizinho mais próximo (em módulo); c) Calcular a faixa (diferença entre o maior e o menor valor da série de dados); d) Calcular o coeficiente Qcalc. dividindo o valor calculado na letra b pela faixa; e)Comparar esse valor de Q com o valor tabelado, Q90%. Q90% = Coeficiente de Rejeição Q, com limite de Confiança de 90 %. Conclusão: Se Qcalc.>Q90 % o valor suspeito deve ser rejeitado. Se, por outro lado, Qcalc.≤ Q90 % o valor suspeito deve ser mantido. Tabela 2.1. Valores de Q90% N Q90 % 3 0,94 4 0,76 5 0,64 6 0,56 7 0,51 8 0,47 9 0,44 10 0,41 Exemplo 2.11: Os resultados obtidos por uma turma de alunos durante a determinação da acidez de um vinho foram (em g/100 mL): 0,591; 0,562; 0,443; 0,582; 0,589; 0,558; 0,614 a) Verificar com o teste Q se algum resultado deve ser rejeitado; Calcular: b) a média aritmética; c) o desvio padrão absoluto e relativo de uma determinação; d) o desvio padrão absoluto e relativo da média; e) a variância; f) o erro relativo, considerando-se que o valor verdadeiro é 0,580 %. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 8 Capítulo 3: ANÁLISE VOLUMÉTRICA 3.1. INTRODUÇÃO Numa determinação volumétrica mede-se o volume de uma solução de concentração exatamente conhecida que reage quantitativamente com o constituinte da amostra que se deseja determinar. Essa solução de concentração exatamente conhecida é chamada SOLUÇÃO PADRÃO. O processo de adição da solução padrão à solução amostra é chamado TITULAÇÃO. Na titulação, um volume conhecido da amostra (alíquota) é colocado em um erlenmeyer e a solução padrão é adicionada gradativamente, através de uma bureta, até que se observe (por algum método apropriado) que a quantidade adicionada do reagente é equivalente ao constituinte contido no erlenmeyer. Esse ponto é chamado PONTO DE EQUIVALÊNCIA. Para uma titulação envolvendo a reação geral: aA + bB cC + dD Sendo A a solução titulada e B a solução titulante, e, a, b, c e d os coeficientes estequiométricos da reação balanceada. No ponto de equivalência: b x quant. matéria titulado = a x quant.matéria titulante b x quant. matéria A = a x quant. matéria de B 3.2. VANTAGENS DA ANÁLISE VOLUMÉTRICA Grande exatidão (equivalente a da gravimetria); Rapidez ( maior que na gravimetria); Simplicidade (utiliza aparelhagem mais simples). 3.3. REQUISITOS DA REAÇÃO VOLUMÉTRICA Uma reação química deve apresentar os seguintes requisitos para que possa ser utilizada num método volumétrico: Possuir equação química bem definida; Ser extremamente rápida; Permitir a detecção do ponto de equivalência. 3.4. SOLUÇÃO PADRÃO É uma solução cuja concentração é conhecida com exatidão. Existem duas maneiras para se preparar uma solução padrão. Algumas substâncias possuem certas propriedades que fazem com que suas soluções padrões sejam preparadas facilmente. Basta fazer o cálculo da quantidade requerida, pesar essa quantidade com exatidão na balança analítica, dissolvê-la adequadamente e diluir até a marca de aferição do balão volumétrico. Essas substâncias são chamadas de PADRÕES PRIMÁRIOS. 3.4.1. Requisitos da Substância Padrão Primário Ser quimicamente Pura; Ser Estável no estado sólido ou em solução; Ser de Fácil Obtenção; Possuir Peso Equivalente-Grama Elevado. Para se preparar uma solução padrão de um reagente que não é padrão primário o procedimento é iniciado da mesma forma citada acima só que a concentração da solução preparada não é exata, é apenas aproximada. A concentração exata só poderá ser determinada através de uma titulação com outra solução padrão. Esse é o caso das soluções de NaOH e/ou HCl. 3.5. CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS VOLUMÉTRICOS Os métodos volumétricos podem ser classificados em 4 grupos principais de acordo com o tipo de reação que ocorre: VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO - compreende as determinações volumétricas baseadas em reações ácido-base.Ex: Determinação do teor de ácido acético no vinagre. VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO - são determinações volumétricas baseadas em reações de precipitação. Ex: Determinação de Cloreto na água potável pelo método de Mohr. VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO - envolve as determinações volumétricas baseadas em reações de complexação. Ex: Determinação de íons metálicos por titulação com EDTA. VOLUMETRIA DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO - utiliza reações de oxidação-redução. Ex: Determinação de Fe2+ com Permanganato de Potássio. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 9 PREPARAÇÃO PARA O CAPÍTULO 4 EQUILÍBRIOS ÁCIDO–BASE EM SOLUÇÃO AQUOSA 1. TEORIAS SOBRE OS EQUILÍBRIOS ÁCIDO- BASE 1.1. TEORIA DE ARRHENIUS ÁCIDOS – compostos que se ionizam em solução aquosa, produzindo o íon hidrogênio, H+, também chamado de próton . H + Responsável pelas propriedades ácidas; Radical funcional dos Ácidos Exemplos: BASES OU HIDRÓXIDOS – compostos que se ionizam em solução aquosa, produzindo o íon Hidróxido, OH-, também chamado de Oxidrila ou Hidroxila . OH- Responsável pelas propriedades básica; Radical funcional das Bases. Exemplos de substâncias básicas: NaOH Na+ + OH- Ca(OH)2 Ca2+ + 2 OH- Al(OH)3 Al3+ + 3 OH- A neutralização resulta da reação de um ácido com uma base produzindo uma molécula de água. H+ + OH- ⇄ H2O 1.2. TEORIA DE BRÖNSTED-LOWRY Essa teoria foi apresentada em 1923 independentemente por Johannes Brönsted (da Dinamarca) e Martin Lowry (da Inglaterra). ÁCIDO - espécie capaz de doar ou transferir um próton para outra espécie; BASE - espécie capaz de aceitar um próton de outra espécie. A dissociação do HCl pode ser representada por: HCl + H2O ⇄ H3O+ + Cl – ácido 1 base2 ácido 2 base 1 As duas espécies HCl/Cl- e H3O+/H2O são pares conjugados ácido-base. A dissociação da amônia pode ser escrita como: NH3 + H2O ⇄ NH4 + + OH- base 1 ácido 2 ácido 1 base 2 1.3. TEORIA DE LEWIS Com a finalidade de explicar o comportamento ácido-base de compostos que não contêm prótons, o químico norte-americano Gilbert N. Lewis lançou em 1923 sua teoria ácido-base. BASE - substância que pode doar um par de elétrons e formar uma ligação covalente; ÁCIDO - substância que pode aceitar um par de elétrons para formar uma ligação covalente. Um exemplo simples de uma reação ácido-base de Lewis é a reação de um próton com um íon hidróxido: A teoria de Arrhenius é a mais restrita, mas é ainda utilizada pela Química Analítica no estudo de soluções aquosas. A teoria de Brönsted-Lowry é a mais empregada pela Química Analítica. A teoria de Lewis é mais aplicada na Química Orgânica e Inorgânica. 1.4. AUTOPROTÓLISE DA ÁGUA A água pura é um pouco ionizada porque uma molécula de água é capaz de aceitar um próton de uma segunda molécula de água: H2O + H2O H3O+ + OH- A expressão do equilíbrio, escrita em termos das concentrações em mol L-1 é: 𝐾𝑤 = [𝐻3𝑂+][𝑂𝐻−] Onde: Kw = constante de autoionização ou constante de autoprotólise da água. A 25oC, Kw = 1,00x10-14. 1.5. OS CONCEITOS DE pH E pOH pH = - log [H+] pOH = - log [OH-] pH = potência hidrogeniônica pOH = potência hidroxiliônica a 25 oC pH + pOH = 14 Soluções aquosas Ácidas Neutras Básicas [H + ] > [OH - ] > 10 -7 mol L-1 [H + ] = [OH - ] = 10 -7 mol L-1 [H + ] < [OH - ] < 10 -7 mol L-1 pH < 7 pH = 7 pH > 7 1.6. EXERCÍCOS IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 10 1.7. CÁLCULOS DE pH 1.7.1. SOLUÇÕES DE ÁCIDOS FORTES Em soluções aquosas, os ácidos fortes encontram- se completamente dissociados. Ex: HCl, HClO4, HNO3. Em uma solução de um ácido forte a [H+] = C Onde C é a concentração do ácido em mol L-1. Exemplo 1: Calcular o pH e as concentrações de todas as espécies em uma solução de HCl 0,1 mol L -1. 1.7.2. SOLUÇÕES DE BASES FORTES As bases fortes também estão completamente dissociadas em solução aquosa. Ex: NaOH, KOH, Ca(OH)2. No caso de soluções de NaOH, a [OH-] = C. Onde C é a concentração da base em mol L-1. Exemplo 2: Calcular o pH em uma solução de NaOH 0,1 mol L-1. 1.7.3. SOLUÇÕES DE ÁCIDOS FRACOS Os ácidos fracos dissociam-se parcialmente em solução aquosa. Quanto mais forte o ácido maior a extensão da dissociação. Ex: HC2H3O2, HF, HCN, HCOOH, etc. Em soluções de ácidos fracos a [H+] é dada por: [𝐻+] = √𝐾𝑎 𝑥 𝐶 Onde C é a concentração do ácido em mol L-1 Exemplo 3: Calcular o pH de uma solução de ácido acético, HC2H3O2 0,1 mol L -1. 1.7.4. SOLUÇÕES DE BASES FRACAS As bases fracas também estão dissociadas parcialmente em solução aquosa. Ex: NH3, N2H4, etc. A [OH-] é dada por: [𝑂𝐻−] = √𝐾𝑏 𝑥 𝐶 Onde C é a concentração da base em mol L-1 Exemplo 4. Exemplo: Calcular o pH de uma solução de NH3 0,1 mol L-1. 1.7.5. SOLUÇÃO TAMPÃO 1.7.5.1. Tampão ácido É uma solução que resiste a variações no pH. É constituída por um ácido fraco e sua base conjugada ou uma base fraca e seu ácido conjugado. Ex: HC2H3O2/ NaC2H3O2; NH4Cl/NH3. Para um tampão ácido, a [H+] é dada por: [𝐻+] = 𝐾𝑎 𝑥 𝐶𝑎𝑐 𝐶𝑠𝑎𝑙 Exemplo 5: Calcular o pH de uma solução tampão formada por ácido acético 0,1 mol L-1 e acetato de sódio 0,1 mol L-1. 1.7.5.2. Tampão básico Para um tampão básico, a [OH-] é dada por: [𝑂𝐻−] = 𝐾𝑏𝑥 𝐶𝑏 𝐶𝑠𝑎𝑙 Exemplo 6: Calcular o pH de uma solução tampão formada por amônia, NH3, 0,1 mol L-1 e cloreto de amônio, NH4Cl, 0,1 mol L-1. 1.7.6. SOLUÇÕES DE SAIS 1.7.6.1. Sal de ácido forte e base forte. Ex: NaCl; KCl, KNO3. Nem o cátion e nem o ânion alteram o pH da água, logo, estas soluções têm pH = 7,0. Exemplo 7. Qual o pH de uma solução de NaCl 0,1 mol L-1? 1.7.6.2. Sal de ácido fraco e base forte. O cátion não participa de reações ácido-basemas o ânion age como uma base e participa de uma reação chamada Hidrólise: Por exemplo: para o acetato de sódio, o íon acetato se hidrolisa, de acordo com a reação abaixo: CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- Íon Acetato Ácido Acético 𝐾ℎ = 𝐾𝑤 𝐾𝑎 = [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻][𝑂𝐻−] [𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂−] IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 11 E a [OH-] é dada por: [𝑂𝐻−] = √𝐾ℎ 𝑥 𝐶𝑠𝑎𝑙 Exemplo 8. Qual o pH de uma solução de acetato de sódio, CH3COONa 0,1 mol L-1? 1.7.6.2. Sal de base fraca e ácido forte. Ex: NH4Cl (cloreto de amônio) O ânion não participa de reações ácido-base mas o cation age como um ácido e participa de uma reação chamada Hidrólise: Por exemplo: para o NH4Cl , o íon amônio, NH4 +, se hidrolisa, de acordo com a reação abaixo: NH4 + + H2O NH3 + H3O+ Íon Amônio Amônia 𝐾ℎ = 𝐾𝑤 𝐾𝑏 = [𝑁𝐻3][𝐻3𝑂 +] [𝑁𝐻4 +] A [H+] é dada por: [𝐻+] = √𝐾ℎ 𝑥 𝐶𝑠𝑎𝑙 Exemplo 9. Qual o pH de uma solução de cloreto de amônio, NH4Cl,1 mol L-1? IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 12 CAPÍTULO 4. VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO 4.1. INTRODUÇÃO Já foi visto que a volumetria de neutralização baseia-se numa reação ácido-base ou reação de neutralização. A determinação quantitativa de uma substância ácida é feita através de titulação com uma solução padrão alcalina na presença de uma pequena quantidade de um indicador ácido-base apropriado enquanto que para a determinação de uma substância alcalina emprega-se uma solução padrão ácida como titulante. O ácido mais utilizado nesse tipo de volumetria é o HCl e pelo lado das bases emprega-se mais o NaOH. Como nenhum dos dois é padrão primário é preciso padronizar suas soluções com soluções de substâncias padrões primários apropriadas. As principais substâncias padrões primários utilizadas na volumetria de neutralização são: Padrões Primários para padronização de: ÁCIDOS: Na2CO3; Bórax (Na2B4O7.10H2O). BASES:Biftalato de potássio (KHC8H4O4); Ácido Oxálico Bihidratado (H2C2O4.2H2O). 4.2. CÁLCULO DE RESULTADOS NA VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO O resultado de qualquer titulação pode ser calculado a partir da igualdade no número de equivalentes- grama entre as substâncias titulada e titulante já apresentada anteriormente. Para uma titulação envolvendo a reação geral: aA + bB cC + dD Sendo A a solução titulada e B a solução titulante, e, a, b, c e d os coeficientes estequiométricos da reação balanceada. No ponto de equivalência: b x quant. matéria titulado = a x quant. matéria titulante b x quant. matéria A = a x quant. matéria de B quantidade de matéria = M . V (L) = massa (g) MM Para qualquer titulação: b x (Mtitulado. Vtitulado ) = a x (Mtitulante . Vtitulante) b x massatitulado(g) = a x (Mtitulante . Vtitulante (L)) MM Nas quais: M = concentração analítica em mol L-1; MM = massa molar; V = volume. 4.2.1. Exemplos 1. Para titular 0,5000 g de bórax (Na2B4O7.10H2O) foram gastos exatamente 34,10 mL de uma solução de HCl. Qual a concentração do ácido em mol L-1 e em g L-1? MMBórax = 381,37 2. Dez mililitros de uma solução de HCl foram diluídos a 250 mL. 20,8 ml da solução resultante foram titulados com 22,8 ml de uma solução de NaOH 0,0933 mol L-1. Calcular a concentração do ácido original em mol L-1 e em g L-1. MMHCl = 35,5. 3. Uma amostra de soda (carbonato de sódio, Na2CO3) pesando 0,4800 g consome 30,00 de solução de HCl 0,1081 mol L-1 para sua neutralização completa. Calcule a porcentagem de Na2CO3 na amostra. MMNa2CO3 = 106,0. 4. Uma amostra contendo BaCO3 é titulada com 25,00 mL de HCl 0,120 mol L-1. Qual a massa de BaCO3 na amostra? MMBaCO3 = 197,3. 5. Calcule a porcentagem de CaCO3 em uma amostra de 0,5000 g, se após ter sido tratada com 50,00 mL de HCl 0,2000 mol L-1, a titulação do HCl residual consumiu 10,00 mL de uma solução de NaOH. 4.3. INDICADORES ÁCIDO-BASE São ácidos ou bases orgânicos fracos que apresentam a propriedade de possuir uma certa cor quando estão na forma ionizada e outra cor quando não estão ionizados. Considere um indicador ácido, HIn, em solução aquosa: HIn + H2O H3O+ + In- Forma Ácida Forma Básica Cor Ácida Cor Básica HIn InOH Ka 3 In HIn KOH a3 Que também pode ser escrita na forma logarítmica. HIn In pKpH a log A faixa é chamada de Zona de Transição do indicador. Zona de Transição do indicador – é a faixa de pH na qual o indicador muda de cor. 1 apKpH IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 13 A tabela 1 apresenta as zonas de transição dos indicadores mais utilizados na química analítica. Indicador ZT Cor ácida Cor básica Alaranjado de metila 3,1-4,4 vermelho amarelo Vermelho de metila 4,4-6,2 vermelho amarelo Fenolftaleína 8,0-10,0 incolor vermelho Exemplo: Para o indicador vermelho de fenol pKa = 7,2. Calcule a zona de transição do vermelho de fenol. 4.4. TITULAÇÃO DE ÁCIDO FORTE COM BASE FORTE 4.4.1. Curva de Titulação A curva de titulação ácido-base é uma representação gráfica da variação que ocorre no pH da solução titulada durante a titulação. O conhecimento desta curva é importante na escolha do indicador mais adequado para uma certa titulação. Considere a titulação de V0 mL de solução de um ácido forte com concentração analítica C0 mol L-1 com V mL de solução de uma base forte com concentração analítica C mol L-1. Para a construção da curva de titulação é necessário que se calcule o pH da solução em vários momentos da titulação: Reação: HCl + NaOH NaCl + H2O a) V = 0,0 mL. Antes de começar a titulação. Trata- se de uma solução de um ácido forte com concentração analítica C0 mol L-1. 0][ CH b) V < V’’ . Antes do ponto de equivalência. A solução contém o sal e o ácido que ainda não reagiu e cuja concentração é dada por: VV CVVC H 0 00][ c) V = V’. No Ponto de equivalência. Trata-se de uma solução de NaCl cujo pH = 7,00 V’ é o volume de equivalência. d) V > V’. Após o ponto de equivalência. Prevalece o excesso de base forte cuja concentração é dada por: VV VCCV OH 0 00][ Exemplo: Para a titulação de 50,00 mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 com solução de NaOH com a mesma concentração analítica, calcule o pH da solução nas seguintes situações: a) VNaOH = 0,00; b) VNaOH = 20,00; c) VNaOH = 50,00; d) VNaOH = 52,00mL. Fig. 4.1. Curvas da titulação de 50,00 mL de soluções de HCl com soluções de NaOH. Curva a: 0,1000 ; Cuva b: 0,0100 mol L-1. A Fig 4.1 apresenta a curva da titulação acima. Observa-se que no início da titulação o pH varia lentamente mas à medida em que o ponto de equivalência vai se aproximando a variação torna- se cada vez maior, até que muito próximo do PEq o pH varia bruscamente. Pela forma da curva de titulação pode ser visto que qualquer indicador com zona de transição na região vertical da curva de titulação não causará erro de titulação. 4.5. TITULAÇÃO DE BASE FORTE COM ÁCIDO FORTE O cálculo é semelhante ao caso anterior. A curva obtida é também semelhante só que invertida. O pH começa alto e vai diminuindo durante a titulação. 4.6. TITULAÇÃO DE ÁCIDO FRACO COM BASE FORTE 4.6.1. CURVA DE TITULAÇÃO Considere a titulação de V0 mL de solução de um ácido fraco, Ácido Acético, CH3COOH, com concentração analítica C0 mol L-1; com V mL desolução de base forte com concentração analítica C mol L-1. Reação: CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Ác. Acético Acetato de Na Aqui também são consideradas as várias situações que prevalecem na solução durante a titulação: a) V = 0,0 mL. Antes de começar a titulação. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 14 Trata-se de uma solução de um ácido fraco com concentração analítica C0 mol L-1. A [H+] é dada por: 0][ CKH a b) V < V’’ . Antes do ponto de equivalência. A solução contém o sal formado e o ácido que ainda não reagiu. Como se trata de um ácido fraco e seu sal, configura-se uma solução tampão, cuja [H+] é dada por : CV CVVC KH a 00][ c) V = V’. No Ponto de equivalência. Trata-se de uma solução de NaA, um sal de base fraca e ácido forte. O cátion não participa de reações ácido-base mas o ânion age como uma base e participa de uma reação chamada Hidrólise: CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- Íon Acetato Ácido Acético ][ ]][[ A OHHA K K KK a w hb Por este motivo no ponto de equivalência o pH é alcalino. A [OH-] é dada por: [𝑂𝐻−] = √𝐾ℎ 𝐶0𝑉0 𝑉0 + 𝑉′ d) V > V’. Após o ponto de equivalência. Prevalece o excesso de base forte cuja concentração é dada por: VV VCCV OH 0 00][ Exemplo: Para a titulação de 50,00 mL de solução de ácido acético 0,1000 mol L-1 com solução de NaOH com a mesma concentração analítica, calcule o pH da solução nas seguintes situações: a) VNaOH = 0,00; b) VNaOH = 20,00; c) VNaOH = 50,00; d) VNaOH = 52,00mL. A Fig. 4.2 apresenta a curva de titulação do ácido acético juntamente com a curva do ácido clorídrico. Observa-se que a curva do ácido fraco começa a pH mais alto o salto do pH nas proximidades do PE é menor. O pH do ponto de equivalência é > 7,0. Fig. 4.2. Curvas de titulação: ____ ácido fraco; - - - - ácido forte com base forte. 4.7. FATORES QUE AFETAM A CURVA DE TITULAÇÃO 4.7.1. CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES Quanto maior a concentração dos reagentes, maior o salto do pH nas proximidades do ponto de equivalência. 4.7.2. FORÇA DO ÁCIDO Conforme pode ser visto na Fig. 4.3, quanto maior a força do ácido maior o salto do pH nas imediações do ponto de equivalência. Fig. 4.3. Dependência da curva de titulação com a força do ácido. 4.8. TITULAÇÃO DE BASE FRACA COM ÁCIDO FORTE Os cálculos são semelhantes ao caso anterior e a curva de titulação também é semelhante, só que invertida. 4.8.1. CURVA DE TITULAÇÃO Considere a titulação de V0 mL de solução da base fraca amônia, NH3, com concentração analítica C0 mol L-1; com V mL de solução do ácido forte, HCl, com concentração analítica C mol L-1. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 15 Aqui também são consideradas as várias situações que prevalecem na solução durante a titulação: a) V = 0,0 mL. Antes de começar a titulação. Trata-se de uma solução de uma base fraca com concentração analítica C0 mol L-1. A [OH-] é dada por: 0][ KbCOH b) V < V’’ . Antes do ponto de equivalência. A solução contém o sal formado e a base que ainda não reagiu. Como se trata de uma base fraca e seu sal, configura-se uma solução tampão, cuja [OH-] é dada por: [𝑂𝐻−] = 𝐾𝑏 𝐶0𝑉0 − 𝐶𝑉 𝐶𝑉 c) V = V’. No Ponto de equivalência. Trata-se de uma solução de NH4Cl, um sal de base fraca e ácido forte. O ânion não participa de reações ácido-base mas o cáion age como um ácido e participa de uma reação chamada Hidrólise: NH4 + + H2O NH3 + H3O+ (hidrólise do cátion) 𝐾𝑎 = 𝐾ℎ = 𝐾𝑤 𝐾𝑏 = [𝑁𝐻3][𝐻3𝑂+] [𝑁𝐻4 +] Por este motivo no ponto de equivalência o pH é ácido. A [H+] é dada por: [𝐻3𝑂+] = √𝐾ℎ𝐶𝑠𝑎𝑙 = √𝐾ℎ 𝐶0𝑉0 𝑉0 + 𝑉′ d) V > V’. Após o ponto de equivalência. Prevalece o excesso de ácido forte cuja concentração é dada por: VV VCCV H 0 00][ Exemplo: Para a titulação de 50,00 mL de solução de amônia, NH3, 0,1000 mol L-1 com solução de HCL com a mesma concentração analítica, calcule o pH da solução após adição dos seguintes volumes do titulante: a) V = 0,00; b) V = 20,00; c) V = 50,00; d) V = 52,00mL. Figura 4.4. Curvas de titulação de NaOH e NH3 com HCl. 4.9. TITULAÇÃO DE ÁCIDOS POLIPRÓTICOS FRACOS Os ácidos polipróticos apresentam mais de um íon hidrogênio ionizável. O H3PO4 pode ser tomado como exemplo de um ácido poliprótico fraco. A Fig. 4.5 apresenta a curva de titulação deste ácido com NaOH. Pode-se observar que apenas os dois primeiros pontos de equivalência podem ser deterninados. O íon HPO4 2- é um ácido extremamente fraco e sua titulação não fornece um ponto de equivalência distinguível. Figura 4.5. Curva de titulação de solução de H3PO4 com solução de NaOH. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 16 PREPARAÇÃO PARA O CAPÍTULO 5 EQUILÍBRIOS DE SOLUBILIDADE E PRECIPITAÇÃO 1. INTRODUÇÃO Este capítulo trata do equilíbrio que existe em uma solução aquosa saturada de um sal pouco solúvel. Ex: AgCl (s) Ag+ + Cl- Kps = [Ag+][Cl-] Kps = Constante do produto de solubilidade Exemplos: Escrever a expressão do equilíbrio e o Kps para as seguintes substâncias: Mg(OH)2; Ag2CrO4; Ca3(PO4)2 Quanto menor o Kps menor a solubilidade da substância. Tabela com valores de Kps Composto Kps Composto Kps Al(OH)3 2x10-33 PbS 7x10-27 BaCO3 8,1x10-9 Mg(OH)2 1,2x10-11 BaCrO4 2,4x10-10 MgC2O4 8,6x10-5 BaF2 1,7x10-6 Mn(OH)2 4,5x10-14 BaSO4 1,5x10-9 MnS 7x10-16 CdS 3,6x10-29 Hg2Cl2 2x10-18 CaCO3 9x10-9 HgS 1,6x10-54 CaF2 1,7x10-7 NiS 2x10-21 2. CÁLCULOS DE SOLUBILIDADE 2.1. Calculo do Produto de Solubilidade a partir dos dados de Solubilidade. Exemplo 2. A 25oC a solubilidade do BaSO4 em água é 3,9x10-5 mol/L. Calcule Kps do BaSO4. Exemplo 3. A 25oC solubilidade do Pb(IO3)2 é 4,0x10-5 mol/L. Calcule Kps deste sal. 2.3.2. Cálculo da Solubilidade a partir do Kps Exemplo 5. Calcular a solubilidade molar do AgCl em água a 25oC. Kps = 1,7x10-10. Exemplo 6. Quais as concentrações de Ag+ e CrO4 2- em uma solução saturada de Ag2CrO4 a 25oC. Kps = 1,9x10-12. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 17 CAPÍTULO 5. VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO 5.1. INTRODUÇÃO É a análise volumétrica que utiliza uma reação de precipitação. Aplicação: determinação de haletos, tiocianato e alguns sais de mercúrio, chumbo e zinco. 5.2. TITULAÇÃO DE CLORETO COM ÍON PRATA 5.2.1. Construção da Curva de Titulação Considerar a titulação de Vo mL de solução de NaCl Co mol L-1 com V mL de solução de AgNO3 C mol L- 1. Exemplo. Para a titulação de 50,00 mL de solução NaCl 0,1000 mol.L-1 com solução de AgNO3 0,100 mol L-1 , Calcular pAg e pCl após a adição dos seguintes volumes do titulante: a) 0,00; b) 10,00; c) 50,00; d) 55,00 mL. Kps(AgCl) = 1,56x10-10 Fig. 5.1. Curva de titulação de solução de AgNO3 0,100 mol L-1 com NaCl 0,100 mol L-1 5.2.2. Fatores que Afetam a Curva de Titulação Fig. 5.2. a) Titulação de NaCl 0,100 mol L-1 com AgNO3 0,100 mol L-1; b) Titulação de NaCl 1,00x10- 3 mol L-1 com AgNO3 1,00x10-3 mol L-1. b) Solubilidade do Precipitado Formado Quanto menor a solubilidade do precipitado mais favorável é a titulação. Fig. 5.3. Dependência da curva de titulação com a solubilidade do precipitado. a) AgI; b) AgCl; c) AgBrO3. AgI AgCl AgBrO3 Kps 1,56x10-10 1,56x10-10 1,56x10-10 5.3. DETECÇÃODO PONTO FINAL 5.3.1. Método de Mohr – Formação de um Precipitado Colorido. Aplicações: Determinação de Cl- e/ou Br-. Princípio: A solução neutra do haleto é titulada com solução de AgNO3 na presença do indicador K2CrO4. Reações: Cl- + Ag+ - AgCl(s) (precipitado branco) Br- + Ag+ - AgBr(s) (precipitado branco amarelado). No ponto final: 2 Ag+ + CrO4 2- - Ag2CrO4(s) (precipitado vermelho-tijolo) 5.3.1.1. Quantidade do Indicador Para a titulação considerada no exemplo do item 5.2.1. utiliza-se 1 mL do indicador K2CrO4 0,10 mol L-1. Restrições ao Método: 1) Deve-se evitar pH ácido pois a pH < 6,5 o equilíbrio abaixo desloca-se para a direita: 2 CrO4 2- + 2 H+ Cr2O7 2- + H2O 2) Deve-se evitar pH alcalino pois a pH > 10,5 ocorre a seguinte reação: 2 Ag+ + OH- 2 AgOH Ag2O + H2O IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 18 Fig. 5.4. Erro da titulação no Método de Mohr 5.3.2. Método de Volhard – Formação de um Complexo Colorido 5.3.2.1. Método Direto Aplicação: Determinação de Ag+ Princípio: Titulação de Ag+ com solução padrão de SCN- em meio ácido. Reação: Ag+ + SCN- -- AgSCN(s) (pptado branco) Indicador: Sulfato Férrico Amoniacal No Ponto Final: Fe3+ + SCN- FeSCN2+ 5.3.2.2. Método Indireto Aplicações: Determinação de Cl-, Br e I--. Princípio: Adiciona-se à amostra excesso conhecido de uma solução padrão de AgNO3 e o excesso deste é determinado por titulação por retorno com solução padrão de AgNO3. O indicador é o mesmo de cima. Problema: no ponto final o precipitado de AgCl está em uma solução que contém excesso de SCN-. O AgSCN é menos solúvel que o AgCl, logo, algum AgCl transforma-se em AgSCN: AgCl + SCN- - AgSCN + Cl- Em consequência, gasta-se mais solução de tiocianato e a % de Cl- calculada é muito mais baixa. Para evitar este erro: Separa-se o precipitado, através de filtração, antes da titulação com tiocianato ou então adiciona-se nitrobenzeno à solução. O nitrobenzeno envolve o precipitado isolando-o da solução. Com o Br- e I- este problema não ocorre. 5.3.3. Indicadores de Adsorção São corantes orgânicos com caráter de ácidos ou bases fracos (aniônico ou catiônico respectivamente) que acusam o ponto final da titulação através da mudança de cor sobre o precipitado. A mudança de cor deve-se à adsorção ou dessorção do corante devido a mudança na dupla camada elétrica em torno das partículas do precipitado após o ponto de equivalência. Exemplo de indicador de adsorção: fluoresceína. Fig. 5.5. Partícula coloidal de AgCl na presença de excesso de: a) Cl-. Na titulação de Cl- com AgNO3 na presença de flluoresceína o íon fluoresceinato não é adsorvido até o ponto de equivalência e a solução apresenta cor verde amarelada. Após o ponto de equivalência as partículas de AgCl adquirem carga positiva (devido a adsorção de Ag+) e os ânions do corante são adsorvidos secundariamente. No ponto final o precipitado passa de branco a vermelho devido a adsorção de fluoresceinato na superfície do precipitado. 5.3.3.1. Outros Indicadores de Adsorção Aniônicos = Vermelho de alizarina (SCN- com Ag+); Azul de bromofenol (Cl- com Ag+). Catiônicos = Azul de difenilamina (Cl- ou Br- com Ag+); Rodamina (Ag+ com Br-). (complexo solúvel vermelho-tijolo) IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 19 CAPÍTULO 6. VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO 6.1. INTRODUÇÃO Uma reação de complexação é uma reação entre um íon metálico, M, e um ligante, L, resultando na formação de um complexo, ML. A reação que forma um complexo 1:1 é: M + L ML Obsv: As cargas das espécies foram omitidas a fim de simplificar a representação. A constante de equilíbrio dessa reação é chamada constante de estabilidade (ou constante de formação), Kf. Kf = __[ML]__ [M] [L] Os métodos complexométricos mais antigos são conhecidos desde a metade do século passado, são: Método de Liebig - titula CN- com solução de AgNO3, formando Ag(CN)2 -. Mercurimetria - titula Cl- e Br- com solução de nitrato de mercúrio (II) com formação de precipitados de haletos de Hg(II). Atualmente o EDTA é o reagente complexante mais utilizado como titulante. 6.2. TITULAÇÕES COM EDTA EDTA é a designação abreviada e mais polular do ácido etileno-diaminotetracético cuja fórmula é: (CH2COOH)2NCH2CH2N(CH2COOH)2. A estrutura do EDTA é apresentada na folha das figuras em anexo. O EDTA é um ácido tetraprótico fraco que também pode ser representado por H4Y. A ionização em etapas do EDTA suas respectivas constantes são apresentadas abaixo: H4Y + H2O H3O+ + H3Y- K1 = 1,02x10-2 H3Y- + H2O H3O+ + H2Y2- K2 = 2,14x10-3 H2Y2- + H2O H3O+ + HY3- K3 = 6,92x10-7 HY3- + H2O H3O+ + Y4- K4 = 5,50x10-11 Como o ácido pai é pouco solúvel em água, as soluções de EDTA são normalmente preparadas a partir do sal dissódico, Na2H2Y.2H2O, que é solúvel. O EDTA é um ligante hexadentado capaz de coordenar-se com um íon metálico através dos dois átomos de nitrogênio e os quatro grupos carboxílicos, formando o complexo com a estrutura apresentada na Figura 6.1. 6.2.1. REAÇÕES DO EDTA COM ÍONS METÁLICOS Todos os cátions metálicos, exceto os metais alcalinos, reagem com o EDTA formando complexos com estabilidade suficiente para servir de base à análise volumétrica. A reação de um íon metálico com o EDTA pode ser representada por: Mn+ + H2Y2- MY(4-n)- + 2H+ Fig. 6.1. Estrutura do Complexo Metal-EDTA 6.2.1.1. Efeito do pH A composição de uma solução de EDTA depende do pH pois quando dissolvido em água o EDTA pode formar 4 espécies iônicas. A Figura 3 mostra a distribuição dessas espécies em função do pH. Fig. 6.2. Diagrama de distribuição do EDTA pH 3 - 6 em meio moderadamente ácido predomina a espécie H2Y2-. pH 6 - 10 predomina a espécie HY3-; pH > 10 predomina a espécie Y4-. Na complexação com o EDTA a espécie ativa é o íon Y4-, cuja concentração depende do pH. Somente em solução bastante alcalina o EDTA encontra-se nessa forma. Diminuindo-se o pH a concentração de Y4- diminui. A tabela 6.1 apresenta valores de Kf para vários complexos metal-EDTA. Observa-se que a estabilidade dos complexos com os metais alcalinos é muito baixa. Já os metais divalentes formam complexos mais estáveis e podem ser titulados em solução alcalina, neutra ou levemente ácida. No caso dos metais tri e tetravalentes a estabilidade é tão grande que eles podem ser titulados até mesmo em meio ácido. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 20 Tabela 6.1. Constantes de estabilidade de complexos Metal-EDTA 6.2.2. Curva de Titulação A curva de titulação complexométrica pode ser construída representando-se pM em função do volume do titulante, onde pM = - log [M]. Para a titulação de 50,00 mL de solução de Ca2+ 0,0100 mol.L-1 com solução de EDTA 0,100 a pH 8, 10 e 12 é apresentada na Fig. 3. Fig. 3. Curva de titulação do Ca2+ com EDTA Influência do pH - Após o ponto de equivalência a curva de titulação, é deslocada para maiores valores de pCa 6.2.3. Indicadores Metalocrômicos São compostos orgânicos que se caracterizam por apresentarem uma cor quando estão livres e uma cor diferente quando estão complexados com o EDTA. O ponto final envolve a reação: M-In + EDTA M-EDTA + In Cor A Cor B No ponto final da titulação o íon metálico é deslocado do complexo M-In e convertido em M- EDTA, liberando o indicador que apresenta outra cor. O complexo M-In deve ser suficientementeestável mas menos estável que o complexod M-EDTA. Os indicadores metalocrômicos mais importantes são: a) NEGRO DE ERIOCROMO T i) Estrutura ii) Constantes de dissociação e cores das espécies livres do Indica-dor H2In- (vermelho) pKa3 = 6,3 Hin2- (azul) ; pKa3 = 11,6 In3- (alaranjado). iii) Cor do Complexo Metal-Indicador Vinho iv) Desvantagem As soluções são instáveis. v) Aplicações Titulação Direta de: Ba; Ca; Cd; In; Pb; Mg; Mn; Sc; Tl; Zn e Lantanídeos. Titulação Indireta de: Al; Ba; Bi; Ca; Co; Cr; Fe; Ga; Pb; Mn; Hg; Ni; Pd; Sc; Tl e V. b) MUREXIDA i) Estrutura ii)Constantes de dissociação e Cores das espécies livres do Indicador H4In- (vermelho-violeta); pKa2 = 9,2 H3In2- (violeta); pKa3 = 10,9 H2In3- (azul) iii) Cores dos Complexos Metal-Indicador vermelho com Ca2+; amarelo com Co2+; Ni2+ e Cu2+. iv) Aplicações Titulação Direta de: Ca; Co; Cu e Ni Titulação por Retorno de: Ca; Cr e Ga Titulação por Deslocamento de: Au; Pd e Ag. 6.2.3. Métodos de Titulação com EDTA a) TITULAÇÃO DIRETA A solução que contém o íon metálico que se deseja determinar é Cátion log Kf Cátion log Kf Na+ 1,7 Cd2+ 16,46 Li+ 2,8 Zn2+ 16,50 Ag+ 7,3 Pb2+ 18,04 Ba2+ 7,76 Cu2+ 18,80 Sr2+ 8,63 Lu3+ 19,83 Mg2+ 8,69 Hg2+ 21,80 Fe2+ 14,33 Th4+ 23,2 Al3+ 16,13 Cr3+ 24,0 Co2+ 16,31 Fe3+ 25,0 V3+ 25,9 IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 21 tamponada no pH necessário e titulada diretamente com solução padrão de EDTA na presença de um indicador metalocrômico. Ex: Determinação de Zinco. b) TITULAÇÃO POR RETORNO Adiciona-se um excesso conhecido de solução padrão de EDTA à amostra, tampona-se no pH requerido e titula-se o EDTA residual com uma solução padrão de sulfato de Zn ou Mg, na presença de um indicador metalocrômico. Ex: Determinação de Ni. c) TITULAÇÃO DE SUBSTITUIÇÃO A solução que contém o íon metálico é tratada com excesso de Mg-EDTA a fim de liberar uma quantidade equi- valente do íon Mg2+. Mn+ + MgY2- MY(4-n)- + Mg2+ O complexo M-EDTA deve ser mais estável que o complexo Mg-EDTA. A quantidade equivalente de íon Mg2+ liberada é titulada com uma solução padrão de EDTA na presença de um indicador apropriado. d) TITULAÇÃO ALCALIMÉTRICA A solução com o íon metálico é tratada com Na2H2Y. Forma- se o complexo metal-EDTA com a liberação de H+. A solução é titulada com solução padrão de NaOH. Mn+ + H2Y2- MY(4-n)- + 2H+ 6.3. REFERÊNCIAS 1. OHLWEILLER, O. A., “QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA”, Vol. 2, 4a Ed., Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro (1981). 2. BACCAN, N.; ANDRADE, J. C.; GODINHO, O. E. S.; BARONE, J. S., “QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA ELEMENTAR”, 3a Ed., Edgard Blücher, Campinas (2002). 3. SKOOG, D. A.; WEST, D. N., “FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA”, Reverté, Barcelona (1979). IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 22 Preparação para o Capítulo 7 Equilíbrios de Oxidação-redução 1. NATUREZA DAS REAÇÕES DE OXIDAÇÃO- REDUÇÃO Reação de Oxidação-Redução (ou reação Redox) - é aquela que se caracteriza pela transferência de elétrons entre as espécies reagentes. Ocorre a oxidação devido a perda de elétrons por uma substância e a redução devido ao ganho de elétrons. Quando se mergulha uma lâmina de zinco metálico em uma solução de sulfato de cobre, ocorre a seguinte reação redox: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu que pode ser desmembrada em duas semi- reações: uma que descreve a oxidação do zinco metálico: Zn Zn2+ + 2e; e a outra que mostra a redução dos íons cúpricos: Cu2+ + 2e Cu. A espécie que se reduz é chamada de agente oxidante e a espécie que se oxida é chamada agente redutor. 2. CÉLULAS GALVÂNICAS E ELETROLÍTICAS As reações redox podem ocorrer mesmo quando os reagentes estão separados. A Fig. 1 apresenta a montagem de uma célula eletroquímica. Um béquer contém uma solução de um sal de zinco com uma lâmina de zinco imersa (eletrodo de zinco). O outro béquer contém uma solução de um sal cúprico com uma lâmina de cobre imersa (eletrodo de cobre). Uma ponte salina faz a ligação entre os dois béqueres. A ponte salina é um tubo de vidro em forma de U invertido preenchido com uma mistura de solução de KCl e agar. A finalidade da ponte salina é proporcionar um caminho para a migração dos íons sem que haja mistura das soluções. Quando os dois eletrodos são conectados por um fio externo, observa-se a transferência de elétrons através do condutor externo. Isso ocorre porque no béquer da esquerda o zinco metálico se dissolve de acordo com a reação: Zn Zn2+ + 2e. No béquer da direita o Cu2+ se reduz a Cu metálico que se deposita sobre o eletrodo de cobre de acordo com a reação: Cu2+2e Cu. Os elétrons liberados no eletrodo de zinco fluem através do fio externo para o eletrodo de cobre onde se combinam com os íons cúpricos formando mais metal. Ao mesmo tempo, íons com carga negativa da ponte salina migram para a semi-célula do zinco e íons de carga positiva da ponte salina migram para a semi-célula do cobre. Dessa forma a neutralidade elétrica das soluções é mantida. Célula Galvânica - é uma célula eletroquímica em que a ocorrência espontânea das reações nos eletrodos produz energia elétrica que pode ser convertida em trabalho útil. Célula Eletrolítica - é uma célula eletroquímica em que energia elétrica ou trabalho é gasto para provocar a ocorrência de reações não espontâneas nos eletrodos. Em uma célula eletroquímica o eletrodo onde ocorre oxidação é chamado sempre de ÂNODO. O outro eletrodo é chamado CÁTODO. 3. REPRESENTAÇÃO SIMPLIFICADA DAS CÉLULAS ELETROQUÍMICAS 1) As concentrações dos íons ou pressões parciais dos gases são colocadas entre parêntesis; 2) Uma linha vertical indica uma fronteira entre duas fases diferentes (ex: entre um eletrodo e uma solução). 3) Uma linha dupla vertical indica uma ponte salina. Exemplos: 1) Zn|Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu 2) Pt| Fe3+ (0,2 M), Fe2+(0,05 M), HCl(1M) || HCl (2 M), Cl2 (0,1 atm),Pt. 4. POTENCIAL DE ELETRODO Cada semi-reação é caracterizada por um certo potencial de eletrodo que representa a tendência do metal em oxidar-se ou dos seus íons em reduzir- se. O potencial de um eletrodo só pode ser medido em comparação com outras semi-células. Foi necessário então adotar um eletrodo como eletrodo padrão e medir o potencial de todos os eletrodos com relação a ele. A semi-célula de hidrogênio foi adotada como semi-célula padrão. Consiste em uma lâmina de Pt platinizada submersa em uma solução de íons hidrogênio com atividade igual a l. Hidrogênio gasoso, a uma pressão parcial igual a 1 atm, é borbulhado contra a superfície de platina. A semi-reação do eletrodo de hidrogênio é: 2 H+ + 2e H2. Dependendo do tipo de semi-célula com a qual é acoplado, o eletrodo de hidrogênio pode comportar-se como ânodo ou como cátodo. Potencial Padrão de Eletrodo, E0 - é o potencial da semi reação da semi-célula frente ao eletrodo normal de hidrogênio quando os reagentes e produtos estão a uma atividade igual a 1. Os potenciais padrões são determinados a 25oC. Os valores são geralmente apresentados em tabelas e as reações são escritas como redução de acordo com recomendações da IUPAC. O potencial padrão do eletrodo padrão de hidrogênio é igual a zero Volt. 5. EQUAÇÃO DE NERNST A equação de Nernst relaciona o potencial de uma semi-reação com as concentrações de todas as espécies iônicas. Para o caso geral: IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 23 aA + bB + ...+ ne cC + dD + ... A equação de Nernst é: E E RT nF C D A B c d a b0 log onde: E = potencial da semi-célula; E0 = potencial padrão da semi-célula; R = constante dos gases; T = temperatura absoluta; n = número de elétrons que participam da semi- reação ajustada; F = Faraday = 96493 C; ln = 2,303 log; [ ] = concentração molar das espécies iônicas ou pressão em atm para gases; Quando os valores das constantes são substituídos e a 298K(25 oC): E E n C D A B c d a b 0 0 05915, log Exemplo: Escrever a equação de Nernst para a semi-reação: UO2 2+ + 4H+ + 2e U4+ + 2 H2O 6. CÁLCULO DO POTENCIAL (OU FORÇA ELETROMOTRIZ,f.e.m.) TOTAL DE UMA CÉLULA ELETROQUÍMICA 1. Escrever a semi-reação da semi-célula da direita como redução junto com seu potencial padrão, E0 1. 2. Escrever abaixo a semi-reação da semi-célula à esquerda como reduçao junto com seu potencial padrão, E0 2. 3. Calcular o potencial de cada semi-reação utilizando a equação de Nernst para achar E1 e E2. Se todas as substâncias têm atividade unitária E1 = E1 0 e E2 = E0 2. 4. Para escrever a reação total da célula, subtrair a segunda semi-reação da primeira, transpondo as substâncias da segunda semi-reação para os membros opostos da reação total, a fim de evitar sinais negativos na reação total. Essa equação deve estar ajustada com relação aos elétrons trocados. 5. A voltagem da célula é dada por: Ecélula= E1 - E2. Observação: Mesmo que uma das semi-reações tenha que ser multiplicada por um número inteiro para se conseguir a igualdade do número de elétrons, os valores de E não são multiplicados por esse número. 6. O sinal (+ ou -) de Ecélula é a polaridade do eletrodo da direita no diagrama da célula. 7. Se Ecélula é (+) conclui-se que a reação total da célula é espontânea na direção da esquerda para a direita. Se Ecélula é (-) a reação é espontânea da direita para a esquerda. Exemplo: Calcule a força eletromotriz da célula: 3) Pb| Pb2+ (1M) || Cr2+ (1 M), Cr3+ (1 M) | Pt 4) Cu| Cu 2+ (0,01 M) ||Fe2+ (0,1 M), Fe3+ (0,02 M)| Pt 5) Pt| VO2 + (0,0200 M), VO2+ (0,100 M), H+ (0,500 M)|| Tl+(0,0400 M)| Tl 7 CÁLCULO DA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO A variação da energia livre padrão, G0, de uma reação está relacionada com a constante de equilíbrio por: G0 = - RT ln K. A variação da energia livre padrão e a f.e.m. de uma reação sob condições padrão são também relacionadas pela expressão: G0 = -nFE0. A combinação das duas equações resulta em: RT ln K = nFE0. A substituição dos valores das constantes e convertendo-se para logaritmo decimal, a 298 K obtém-se: log , K nE 0 0 059 K nE 10 0 0 050, Exemplo 6: Calcule a constante de equilíbrio das reações das células acima. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 24 CAPÍTULO 7: VOLUMETRIA DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO 7.1. INTRODUÇÃO Compreende os métodos volumétricos que utilizam reações de oxidação-redução. 7.2. CURVA DE TITULAÇÃO Considerar a titulação de V0 mL de solução de Fe2+ C0 mol.L-1 com V mL de solução de Ce4+ C mol.L-1 em ácido sulfúrico. Eo Ce = 1,44 V; Eo Fe = 0,771 V Exemplo: Para a titulação de 25,00 mL de solução de Fe2+ 0,1000 mol.L-1 com solução de Ce4+ 0,1000 mol.L- 1, em ácido sulfúrico. Calcular o potencial após adição dos seguintes volumes do titulante: V = 0; 12,00; 25,00 e 26,00 mL. Fig. Curva de titulação de 25,00 mL de solução de Fe2+ 0,1000 mol.L-1 com solução de Ce4+ 0,1000 mol.L-1. 7.3. INDICADORES DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO A indicação do ponto final de uma titulação redox pode ser feita de três maneiras diferentes: a) Sem adição de indicador - Alguns titulantes têm cor tão intensa que eles mesmos servem de indicador de ponto final. Ex: KMnO4. b) Indicadores específicos - Em algumas titulações pode-se adicionar uma espécie à solução da amostra que reage com a substância a ser titulada ou com o titulante, produzindo uma mudança de cor no ponto final. Ex: amido é sempre utilizado nas titulações que envolvem iôdo. O amido forma um complexo azul escuro com o iôdo que serve como indicador. c) Indicadores Redox - São substâncias que podem sofrer reações de oxidação-redução e cujas formas oxidada e reduzida têm cores diferentes. O comportamento de um indicador redox pode ser representado pela seguinte semi-reação: IndOx + ne IndRed Onde: IndOx = forma oxidada e IndRed = forma reduzida do indicador. Alguns Indicadores Redox Típicos i) Ferroína - Trata-se do complexo entre o Fe2+ e a ortofenantrolina (1,10-fenantrolina). É um complexo estável e de cor vermelha intensa. Estrutura: Fórmula Abreviada: Fe(fen)3 2+; Semi-reação de redução: Fe(fen)3 3+ + e Fe(fen)3 2+ Eo = + 1,06 V azul-pálido vermelho Vantagens: As soluções são preparadas facilmente e são estáveis; A reação do indicador é rápida e reversível. ii) Difenilamina. Estrutura: Aplicação: Titulação de Fe2+ com dicromato de potássio; Atuação: Na presença de agentes oxidantes fortes, Ex: K2Cr2O7, a difenilamina passa por uma série de reações de oxidação, resultando em um produto violeta, reversível. Desvantagem: devido a baixa solubilidade em água, o reagente deve ser preparado em soluções concentradas de ácido sulfúrico. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 25 7.4. SOLUÇÕES PADRÃO E PADRÕES PRIMÁRIOS 7.4.1. AGENTES OXIDANTES Reagente Semi-reação E (V) Estabilidade KMnO4 MnO4 - + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O 1,51 Precisa padronizar regurlarmente Ce4+ Ce4+ + e Ce3+ 1,44 estável em H2SO4 1,70 requer padronização em HNO3. K2Cr2O7 Cr2O7 2- + 14 H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O 1,33 estável indefinidamente Ca(ClO)2 OCl- + H2O + 2e Cl- + 2OH- 1,0 estável I3- I3- + 2e 3I- 0,54 estável 7.4.2. AGENTES REDUTORES Fe2+ Fe2+ Fe3+ + e -0,77 Instável ao O2 Ti3+ Ti3+ + H2O TiO2+ + 2H+ + e -0,1 “ “ “ Na2S2O3 2 S2O3 2- S4O6 2- + 2e -0,08 É preciso padronizar sempre Cr2+ Cr2+ Cr3+ + e +0,41 Instável IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 26 PARTE 2. PRÁTICA IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 27 PROGRAMA DAS AULAS PRÁTICAS UNIDADE I - INTRODUÇÃO I.1.Técnicas gerais de laboratório em Química Analítica Quantitativa UNIDADE II – CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES II.1. Preparação de Soluções UNIDADE III – DETERMINAÇÕES GRAVIMÉTRICAS III.1. Determinação gravimétrica de sulfato III.2. Determinação gravimétrica de ferro UNIDADE IV - DETERMINAÇÕES VOLUMÉTRICAS IV.1. Preparação e padronização da solução de HCl IV.2. Preparação e padronização da solução de NaOH IV.3. Determinação do teor de ácido acético no vinagre IV.4. Deteminação do teor de Mg(OH)2 no leite de magnésia IV.5. Determinação do teor de H3PO4 no reagente comercial. IV.6. Prep. e padronização da sol. de AgNO3 pelo método de Mohr IV.7. Prep. e padronização da sol. de KSCN pelo método de Volhard IV.8. Determinação de cloretos pelos métodos de Mohr e Volhard IV.9. Determinação de Ca e Mg em água com EDTA (dureza) IV.10. Preparação e padronização da solução de KMnO4 IV.11. Determinação de ferro com KMnO4 IV.12. Determinação de ferro com K2Cr2O7 IV.13. Preparação e padronização da solução de Na2S2O3.5H2O IV.14. Determinação de cloro ativo na água sanitária 4. REFERÊNCIAS 1. MENDHAM, J.; DENNEY, R. C.; BARNES, J. D.; THOMAS, M., “VOGEL - Análise química quantitativa”, 6a ed., Livros Técnicose Científicos, Rio de Janeiro, 2002. 2. SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R., “Fundamentos de química analítica”, Pioneira Thomson Learning, São Paulo, 2006. 3. HARRIS, D. C., “Análise química quantitativa”, 6a Ed., Livros Técnicos e Científicos, Rio de Janeiro, 2005. 4. BACCAN, N.; ANDRADE J. C.; GODINHO, O. E. S.; BARONE, J. S., “Química analítica quantitativa elementar”, 3a ed., Editora Edgard Blücher, São Paulo, 2001. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 28 CAPÍTULO 1P. CONCENTRAÇÕES DAS SOLUÇÕES A concentração de uma solução é a relação que existe entre uma quantidade definida de soluto dissolvida em uma determinada quantidade de solvente. Existem várias formas para se exprimir a concentração de uma solução e cada uma tem suas vantagens para aplicações específicas. 1P.1. CONCENTRAÇÃO EM PORCENTAGEM A composição de uma solução em percentagem pode ser expressa de várias formas: 1P.1.1. Porcentagem massa/volume - indica a massa do soluto (g) presente em 100 ml da solução. 100 )( )( )/(%)/%( x mLsoluçãodaVolume gsolutodoMassa Vmvolumemassa 1P.1.2. Porcentagem em massa - indica a massa do soluto em (g) presente em 100 g da solução. 100 )( )( )/(%% x gsoluçãodaMassa gsolutodoMassa mmmassaem 1P.1.3. Porcentagem em volume - indica o volume do soluto (ml) presente em 100 ml da solução. 100 )( )( )/(%)/%( x mLsoluçãodaVolume mLsolutodoVolume VVvolumevolume A porcentagem em massa tem a vantagem de ser independente da temperatura. É essa informação que aparece nos rótulos dos ácidos minerais e amoníaco comerciais. Ex: O HNO3 concentrado é 70 %(m/m). A porcentagem massa/volume é geralmente utilizada para apresentar a concentração de soluções diluídas de reagentes sólidos. Ex: Uma solução de AgNO3 5 %. Exemplo 1: Uma solução de HCl, 34,41 % em massa, possui densidade igual a 1,175g.ml-1. Qual a massa do soluto presente em 750 mL da solução? Exemplo 2: Qual a massa de K2CrO4 necessária para preparar 250 mL de uma solução 5 %(m/V)? Exemplo 3: Que volume de etanol é necessário para preparar 500 mL de uma solução aquosa 15% (V/V)? 1P.2. PARTES POR MILHÃO, ppm Quando se trabalha com soluções muito diluídas (< 10-4 mol.L-1) é comum exprimir a concentração do soluto em ppm. ppm - indica a massa do soluto em mg presente em l litro de solução( ou µg.mL-1 ). )( )( LsoluçãodaVolume mgsolutodoMassa ppm Exemplo 4. Que quantidade de CaCl2 deve ser utilizada a fim de se preparar 100 mL de uma solução com 50 ppm em Ca2+? 1P.3. RAZÃO DE DILUIÇÃO A concentração dos ácidos ou bases diluídos pode ser apresentada como razão de diluição do ácido ou base concentrado com relação à água. A razão é expressa como dois números separados por dois pontos. O primeiro número representa o volume do ácido ou base concentrado e o segundo número representa o número de volumes de água que são adicionados ao ácido ou à base. Ex: HCl (1:1); H2SO4 (1:4). Exemplo 5: Que volumes de etanol e de água devem ser usados para preparar 500 ml de solução (2:3)? 1P.4. FRAÇÃO MOLAR, χ (fração em mol ou fração em quantidade de matéria). É a razão entre a quantidade de matéria (número de mols) de um componente da solução e a quantidade de matéria (número de mols) total de todos os componentes da solução. Para uma solução geral que contém os componentes A, B e C, a fração molar do componente A, χ A, é dada por: soluçãodatotalmatériadequantidade Adematériadequantidade xA ... CBA A A nnn n molsdetotalnúmero Ademolsdenúmero x A A A MM gm n )( MMA = massa molar do componente A 1P.5. MOLALIDADE, m É o número de mols do soluto dissolvido por kg de solvente. )(kgm n kgemsolventedomassa solutodemolsdenúmero m solvente soluto soluto soluto soluto MM gm n )( Exemplo 6: Uma solução é preparada por dissolução de 1,00 g de uréia, (NH2)2CO, em 48,0 g de água. Calcular para o soluto: a) % em massa; b) a fração molar; IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 29 c) a molalidade da solução. A molalidade tem a vantagem de ser independente da temperatura e por isso é geralmente usada em trabalhos em que a temperatura varia. 1P.6. CONCENTRAÇÃO EM Mol.L-1 (Molaridade ou Concentração Molar, M) É a quantidade de matéria (número de mols) do soluto dissolvidos em 1 litro (1 dm3) de solução. litroemsoluçãodaVolume solutodomatériadequantidade LMol / )( / LV n litroemsoluçãodaVolume solutodomolsdenúmero LMol solução soluto substituindo a expressão de nsoluto : )( )( . 1 LVMM gm LMol soluçãosoluto soluto Exemplo 7. Como preparar as seguintes soluções? a) 500 mL de solução de NaOH 0,25 mol.L-1; b) 250 mL de solução de H2SO4 2 mol.L-1, a partir do reagente comercial (96 % em massa; d = 1,84 g.mL- 1); c) 750 mL de solução de Na2CO3 0,050 mol.L-1. 1P.7. CONVERSÃO ENTRE UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO 1.7.1. Para passar de % em massa para mol.L-1. MM d M %10 onde: d = densidade )( )( mLV gm d solução solução Exemplo 8: O HNO3 concentrado é 69% em HNO3 e tem uma densidade de 1,41 g.mL-1. Qual a concentração da solução em mol.L-1? 1P.8. DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES Diluir é aumentar o volume da solução por adição de mais solvente. A concentração da solução diminui, mas a massa do soluto (em termos de g, no de mols, no de equivalentes, etc.) permanece a mesma. Partindo-se de uma solução mais concentrada (solução 1) para se preparar uma solução mais diluída (solução 2), as seguintes relações são observadas C1.V1 = C2.V2 M1.V1 = M2.V2 Onde C = concentração em g.L-1 Exemplo 9. Preciso preparar 500 mL de solução de KMnO4 0,0141 mol.L-1 a partir de uma solução do mesmo soluto já padronizada, cuja concentração é 0,100 mol.L-1. Como devo proceder? Exemplo 10. O ácido clorídrico comercial é 34,41 % (m/m) em HCl e a densidade da solução é 1,175. a) Calcular a concentração em mol.L-1 do reagente comercial; b) Como preparar 1 litro de solução 2 mol.L-1 a partir do reagente comercial? 1P.9. MISTURA DE SOLUÇÕES Se as concentrações de duas soluções misturadas não forem muito diferentes, pode-se considerar que o volume da mistura é a soma dos volumes individuais misturados. O mesmo ocorre com o peso do soluto na mistura. A concentração da solução obtida é dada por: 2 1 2211 = f V +V VC + VC C Cf = Concentração final da mistura; C1 , V1 = Concentração e volume de uma solução; C2 , V2 = Concentração e volume da outra solução. As concentrações e os volumes devem estar nas mesmas unidades. As concentrações podem ser dadas em mol/L, m, % ou g.L-1. Os volumes em mL ou L. Exemplo 11: 500 ml de solução de HCl 0,2 mol.L-1 são misturados a 100 ml de solução 0,8 mol.L-1 do mesmo ácido. Qual a concentração em mol.L-1 da solução resultante? 1P.10. OUTRAS FORMAS DE EXPRIMIR CONCENTRAÇÃO Solução Saturada - é aquela que não pode mais dissolver o soluto a uma determinada temperatura. Solução Concentrada - é aquela em que a quantidade de soluto dissolvido é muito próxima à de uma solução saturada. Solução Diluída - é aquela que contém quantidades relativamente pequenas do soluto por unidade de volume. Solução Supersaturada - é aquela que contém mais soluto dissolvido do que uma solução saturada à mesma temperatura. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 30 INTRODUÇÃO À QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA EXPERIMENTAL Este curso tem como principal objetivo permitir o aprendizado das técnicas analíticas quantitativas fundamentais. Apresenta características que exigirão do aluno, dedicação, interesse, cuidado, atenção e especialmente uma atividadecuidadosamente programada dentro do laboratório. 1. O laboratório é um lugar de trabalho sério. EVITE QUALQUER TIPO DE BRINCADEIRAS, pois, a presença de substâncias inflamáveis e explosivas e material de vidro delicado e, muitas vezes, de preço bastante elevado, exigem uma perfeita disciplina no laboratório. 2. É INDISPENSÁVEL O USO DE AVENTAL. 3. O trabalho no laboratório é feito em grupo. Antes de iniciar e após o término dos experimentos MANTENHA SEMPRE LIMPA A APARELHAGEM E A BANCADA DE TRABALHO, e deixe os materiais e reagentes de uso comum em seus devidos lugares. 4. Imediatamente após a execução de cada análise o aluno deverá registrar no caderno de relatórios tudo o que observou durante a mesma. 5. A lavagem dos materiais de vidro é feita inicialmente com água corrente, a seguir lava-se com detergente e enxágua-se primeiramente com água corrente e posteriormente com pequenos volumes de água destilada (rinsagem). Se o material estiver muito engordurado, utiliza-se um tratamento com ácido muriático (ácido clorídrico comercial), solução sulfocrômica ou potassa alcoólica antes do enxágue com água corrente. 6. Deve-se evitar o desperdício de soluções, reagentes sólidos, gás e água destilada. 7. Deve-se tomar o máximo cuidado para não contaminar os reagentes sólidos e as soluções. - As substâncias que não chegaram a ser usadas nunca devem voltar ao frasco de origem. - Nunca se deve introduzir qualquer objeto em frascos de reagentes, exceção feita para o conta-gotas com o qual estes possam estar equipados ou espátulas limpas. - Não usar um mesmo material (por exemplo: pipetas, espátulas) para duas ou mais substâncias. 8. Todas as operações nas quais ocorre desprendimento de gases tóxicos devem ser executadas na capela (como por exemplo: preparações ou evaporações de soluções ácidas, amoniacais, etc.). 9. Ao observar o cheiro de uma substância não se deve colocar o rosto diretamente sobre o frasco que a contém, pois alguns reagentes são altamente tóxicos e venenosos. Abanando com a mão por cima do frasco aberto, desloque na sua direção uma pequena quantidade do vapor para cheirar. 10. Verificar cuidadosamente o rótulo do frasco que contém um dado reagente, antes de tirar dele qualquer porção de seu conteúdo. Leia o rótulo duas vezes para se certificar de que tem o frasco certo. 11. Ao destampar um frasco ou outro recipiente qualquer manter a sua rolha, sempre que possível, entre os dedos da mão que segura o próprio frasco. Caso não seja possível esta operação, coloque a rolha sobre o balcão sem, contudo, deixar tocar no mesmo a parte que penetra no gargalo do frasco. 12. Ao transferir o líquido de um frasco para outro procurar segurar o mesmo com a mão direita deixando o rótulo voltado para a palma da mão. Evita-se, assim, que o líquido que por acaso escorra estrague o rótulo. 13. Ao retornar o frasco para o seu devido lugar, se o fundo do mesmo estiver molhado com o líquido que o mesmo contém, enxugá-lo com um pano próprio, evitando assim as manchas que comumente aparecem nos balcões. 14. Não misturar substâncias desnecessariamente. É comum o aluno curioso misturar vários reagentes para “ver o que acontece”. Isto deve ser evitado, pois, poderão ocorrer reações violentas, com desprendimento de calor e projeção de substâncias no rosto etc. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 31 AULA PRÁTICA No 01 TÍTULO: PREPARAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE SOLUÇÕES 1. Preparação de Soluções 1. No caso de soluções aquosas, deve-se sempre utilizar água destilada ou deionizada. 2. Quando o soluto é sólido o ajuste final do volume da solução só poderá ser feito após a dissolução total do soluto. 3. Se houver aquecimento ou resfriamento da solução, em consequência da dissolução do soluto, o volume final só deverá ser ajustado quando a solução estiver à temperatura ambiente. O motivo é que o volume depende da temperatura e geralmente o volume da solução é maior a uma temperatura maior. 5. As soluções de ácidos, amônia, ou de solventes orgânicos devem ser preparadas na capela. No caso da preparação de soluções de ácidos inorgânicos, deve-se levar para a capela o balão volumétrico já contendo uma certa quantidade de água destilada. Lembrar que o ácido deve sempre ser acrescentado a água e nunca fazer o inverso. A razão é que a dissolução dos ácidos inorgânicos na água é um processo exotérmico, de modo que sempre deve haver uma maior quantidade de água em relação à quantidade de ácido. 6. Jamais introduzir a pipeta para medir o ácido no recipiente que contém o ácido concentrado, pois se a pipeta não estiver bem limpa vai contaminar todo ácido contido no recipiente. O procedimento correto é transferir uma quantidade adequada do reagente concentrado para um béquer pequeno ou uma proveta e medir a solução concentrada a partir daí com uma pipeta graduada. Para aspirar o líquido, usar um pipetador de borracha. Jamais usar a boca para pipetar ácidos concentrados, amônia ou solventes orgânicos. 7. Depois que a quantidade medida do ácido é misturada à água no balão volumétrico, a preparação da solução pode ser feita fora da capela e ser concluída na bancada do laboratório. 2. Como armazenar as soluções do laboratório Após preparadas, as soluções não devem permanecer em balões volumétricos. O balão volumétrico deve ser utilizado apenas durante a preparação da solução. O armazenamento da solução deve ser feito em um recipiente fechado adequado, de acordo com as características da solução. O recipiente pode ser de vidro ou de plástico. Sendo de vidro, pode ser vidro claro ou escuro. Sendo de plástico, pode ser plástico flexível ou rígido. O recipiente que contém a solução deve portar etiqueta, indicando a fórmula ou o nome do soluto, a concentração da solução, o nome do técnico que a preparou e a data da preparação, conforme exemplo abaixo (Figura 1): Figura 1. Etiqueta de identificação de solução Soluções alcalinas devem ser armazenadas em recipiente de plástico duro, pois o CO2 presente no ar reage com o íon OH-, formando o íon carbonato, CO3 2-, de acordo com a reação: 2 OH- + CO2 CO3 2- + H2O Se o recipiente for de plástico flexível, o CO2 pode penetrar através do plástico e contaminar a solução. Soluções de ácidos inorgânicos podem ser armazenadas em recipientes de vidro ou de plástico, pois são bastante estáveis. I - CADA GRUPO PREPARAR: 1. 500 mL de HCl 0,5 mol.L-1 a partir do reagente comercial (d = 1,19 g.mL-1; 37 % (m/m)). 2. 500 mL de NaOH 0,25 mol.L-1. 3. 250 mL de solução de HCl 0,1 mol.L-1 por diluição exata da solução 1. 4. 250 mL de solução de NaOH 0,1 mol.L-1 por diluição exata da solução 2. 5. 500 mL de AgNO3 0,05 mol.L-1. 6. 250 mL de KSCN 0,05 mol.L-1. 7. 250 mL de KMnO4 0,02 mol.L-1, agente oxidante em meio ácido. 8. 250 mL de Na2S2O3 5 H2O 0,1 mol.L-1, agente redutor. HCl 0,09872 mol.L-1 Maria 22/05/16 IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 32 AULA PRÁTICA No 02 TÍTULO: PREPARAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO DE HCl ~ 0,1 mol.L-1 ASSUNTO: Volumetria de neutralização O HCl não é padrão primário pois a concentração exata do reagente concentrado comercial não é conhecida. No caso do HCl comercial a faixa geralmente indicada no rótulo é 36 – 37 % (m/m). Em outros aspectos, entretanto, a solução de HCl possui muitas características de um padrão primário, tais como: - suas soluções são bastante estáveis quando armazenadas em recipiente devidamente fechado, por isso, pode ser armazenado em recipiente de plástico ou de vidro, ou seja, não necessita de armazenamento especial; - é barato. Carbonato de sódio (Na2CO3) e bórax (Tetraborato de sódio decahidratado (Na2B4O7.10H2O), são padrões primários que podem ser utilizados para padronizar soluções de HCl.Nesta prática a solução de HCl será padronizada por titulação com solução padrão de bórax. Por ser padrão primário a solução de bórax deve ser preparada com muita exatidão. O sal deve ser pesado em balança analítica. Como a solução é alcalina, devido à hidrólise do ânion tetraborato, deve ser armazenada em recipiente de plástico. Em reações ácido-base a solução de bórax comporta-se como uma solução de uma base forte. I - Preparação das soluções: a. Solução de HCl 0,1 mol L-1: Preparar 500 mL de HCl 0,1 mol L-1 a partir do reagente comercial, d = 1,19 g mL-1; 37 % (m/m). b. Solução de bórax 0,05000 mol L-1: Preparar 1 litro de solução de bórax (tetraborato de sódio decahidratado, Na2B4O7.10H2O) exatamente 0,05000 mol L-1. c. Solução indicadora de vermelho de metila: Dissolver 0,20 g de vermelho de metila - HOOC.C6H4H:N.C6H4N (CH3)2 - em 60 mL de álcool e diluir com água destilada até 100 mL. II - Padronização da solução de HCl com solução padrão de bórax. 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25 mL de solução padrão de bórax 0,05000 mol L-1 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar, com proveta, 50 mL de água destilada. 3. Adicionar 2 gotas de vermelho de metila. 4. Titular com solução de HCl 0,1 mol L-1 até que a coloração da solução se desvie da coloração inicial. 5. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 6. Calcular a concentração da solução de HCl em termos de mol L-1 e g L-1. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 33 AULA PRÁTICA No 03 TÍTULO: PREPARAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO DE NaOH ~ 0,1 mol L-1 ASSUNTO: Volumetria de neutralização O hidróxido de sódio não é padrão primário por vários motivos; 1o - é extremamente higroscópico, de modo que, é impossível pesar uma quantidade exata. Devido a este fato não se pesa NaOH em balança analítica. Utiliza-se balança técnica. 2o - O NaOH reage com o CO2 do ar formando carbonato de sódio, de acordo com a reação abaixo, assim, o reagente sólido e a solução sempre são contaminados com Na2CO3. 2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O Isto é um problema pois durante a padronização do NaOH contaminado com Na2CO3, o volume de titulante gasto vai depender do indicador utilizado. Quando se utiliza vermelho de metila, o volume gasto é maior do que quando se usa fenolftaleína. É importante pois sempre utilizar o mesmo indicador nas padronizações de soluções de NaOH. Para evitar contaminação da solução preparada com CO2, a mesma deve ser armazenada em recipiente de polietileno rígido e utiliza-se água destilada livre de CO2 (recém fervida). Para padronizar a solução de NaOH pode-se utilizar o padrão primário biftalato de potássio (KHC8H4O4), ou ácido oxálico bihidratado (H2C2O4.2H2O). Nesta prática, a solução de NaOH será padronizada com a solução padrão de HCl. I - Preparação das soluções: a. Solução de NaOH 0,1 mol L-1: Ferver cerca de 700 mL de água destilada durante 5 minutos a fim de eliminar o CO2 nela existente e resfriar. Pesar cerca de 1,0 g de NaOH puro, em balança técnica e dissolver em 100 mL de água previamente fervida, já fria. Após dissolução, completar o volume a cerca de 250 mL e guardar a solução em recipiente de plástico rígido, previamente lavado com água destilada e água isenta de CO2. b. Solução indicadora de fenolftaleína: Dissolver 1,00 g de fenolftaleína - C6H4COO.C(C6H4OH)2 - em 60 mL de álcool e diluir com água destilada até 100 mL. II - Padronização da solução de NaOH 0,1 mol L-1 com solução padrão de HCl. 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25 mL de solução padrão de HCl para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 50 mL de água destilada e 3 gotas de fenolftaleína. 3. Titular a alíquota de HCl com solução de NaOH até aparecimento de uma coloração rosa persistente. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 5. Calcular a concentração da solução de NaOH em termos de mol L-1 e g L-1. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 34 AULA PRÁTICA No 04 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁCIDO CÍTRICO NO SUCO DE LARANJA INDUSTRIALIZADO ASSUNTO: Volumetria de neutralização I - Reação que ocorre o processo: C6H8O7 + 3NaOH C6H5O7Na3 + 3H2O II – Procedimento: 1) Obtenha o suco da fruta num volume total de 80mL. 2) Retire uma alíquota de 2,0 mL e transferir para um erlenmeyer de 125mL. 3) Adicione 5,0 mL de água destilada. 4) Adicione 2(duas) gotas de fenolftaleína. 5) Titular com NaOH 0,1mol/L até aparecer uma leve coloração rosa persistente. 6) Repetir a operação para obter dois resultados em concordância em ± 0,10 mL. 7) Calcular a concentração do ácido cítrico no suco em g/100 mL. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 35 AULA PRÁTICA No 05 TÍTULO: ANÁLISE DO LEITE DE MAGNÉSIA ASSUNTO: Volumetria de neutralização O Leite de Magnésia é um medicamento com ação laxante e antiácido. O componente ativo é o Hidróxido de Magnésio, Mg(OH)2. A bula indica a existência de 1200 mg de Mg(OH)2 em 15 mL da suspenção. A determinação do teor do componente ativo pode ser ralizada por volumetria de neutralização, através da titulação com solução padrão de HCl. Mg(OH)2 + HCl MgCl2 + H2O A titulação direta da suspensão está sujeita a várias incertezas, tais como: - As partículas da suspensão podem permanecer aderidas sobre as paredes do béquer, escapando da reação com o ácido. - Outro problema é causado pela opacidade da amostra que pode dificultar a visualização da mudança de cor do indicador. Estes problemas são evitados utilizando-se a técnica da titulação por retorno. I - Preparação das soluções: a. Solução de HCl 0,5 mol L-1: Preparar 500 mL de HCl ≈ 0,5 mol L-1 a partir do reagente comercial, d = 1,19 g mL-1 e 37 % (m/m). b. Solução de NaOH 0,25 mol L-1: Pesar 5,00 g de NaOH, diluir com água destilada, transferir para um balão volumétrico de 500 mL e completar o volume. II - Padronização das soluções: a. Padronização da solução de HCl 0,5 mol L-1: 1. Pesar exatamente 2,3836 g de Na2B4O7.10H2O em papel vegetal e transferir para um erlenmeyer. 2. Adicionar 50 mL de água destilada e 2 gotas de vermelho de metila. 3. Titular com solução de HCl ≈ 0,50 mol L-1 agitando vigorosamente após cada adição. Quando ocorrer mudança de coloração da solução e todo sólido estiver dissolvido anotar o volume gasto. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Caso contrário, realizar uma terceira titulação e rejeitar um dos resultados. 5. Calcular a concentração da solução de HCl em normalidade e g mL-1. b. Padronização da solução de NaOH ≈ 0,25 mol L-1: 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 20 mL de solução de HCl 0,5 mol L-1 previamente padronizada, para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 50 mL de água destilada e 2 gotas do indicador fenolftaleína. 3. Titular com solução de NaOH ≈ 0,25 mol L-1 até que a cor da solução se desvie da coloração inicial. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,1 mL. Caso contrário realizar uma terceira titulação e rejeitar um dos resultados. 5. Calcular a concentração da solução de NaOH em mol L-1 e g L-1. III – Titulação da amostra de leite de magnésia: 1. Agitar bem aamostra de leite de magnésia e pesar 3,0000 g da amostra numa balança analítica. 2. Transferir a amostra com 50 mL de água destilada, cuidadosamente, para um erlenmeyer. 3. Adicionar com uma bureta, exatamente, 20,00 mL da solução padrão de HCl 0,5 mol.L-1 para cada um dos erlenmeyers e 6 gotas do indicador vermelho de metila. 4. Titular o excesso da solução de HCl com a solução padrão de NaOH 0,25 mol.L-1 até o aparecimento da coloração amarela. 5. Calcular a porcentagem de Mg(OH)2 na amostra analisada. III. Referência: BACCAN, N.; ANDRADE J. C.; GODINHO, O. E. S.; BARONE, J. S., “Química analítica quantitativa elementar”, 3a ed., Editora Edgard Blücher, São Paulo, 2001. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 36 AULA PRÁTICA No 06 TÍTULO: TITULAÇÃO DE H3PO4 COM NaOH ASSUNTO: Volumetria de neutralização: TITULAÇÃO DE ÁCIDOS POLIPRÓTICOS FRACOS I - Preparação das soluções: a. Solução de H3PO4 : Com o auxílio de uma pipeta volumétrica retirar 6 mL de H3PO4, transferir para um balão volumétrico de 1000 mL e completar o volume com água destilada. b. Solução padrão de NaOH 0,25 mol.L-1: Pesar 2,50 g de NaOH, diluir com água destilada, transferir para um balão volumétrico de 250 mL e completar o volume. c. Solução indicadora de timolftaleína 0,1% (C6H4CO.OC(C10H14O)2 Dissolver 0,1 g de timolftaleína em álcool, transferir para um balão volumétrico de 100 mL e completar o volume com álcool. d. Solução indicadora de verde de bromocresol 0,1 % Dissolver 0,1 g de verde de bromocresol em álcool, transferir para um balão volumétrico de 100 mL e completar o volume com água destilada. II. Primeiro Ponto Final da Titulação da solução de H3PO4 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25 mL da solução de H3PO4 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 50 mL de água destilada e 3 gotas do indicador verde de bromocresol. 3. Titular com a solução padrão de NaOH até que a coloração comece a se desviar de amarelo para azul. Anotar o volume consumido. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos na titulação não sejam diferentes em mais que 0,1 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado. 5. Reação: H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O 6. Calcular a concentração da solução de H3PO4 , em %. III. Segundo Ponto Final da Titulação da solução de H3PO4 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25,00 mL da solução de H3PO4 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 50 mL de água destilada e 5 gotas do indicador timolftaleína. 3. Titular com a solução padrão de NaOH até que a coloração comece a se desviar de incolor à azul. Anotar o valor consumido. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos na titulação não sejam diferentes em mais que 0,1 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 5. Reação: H3PO4 + 2 NaOH Na2HPO4 + 2 H2O 6. Calcular a concentração do H3PO4, em %. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 37 AULA PRÁTICA No 07 TÍTULO: PREPARAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO DE AgNO3 ≈ 0,05 mol L-1 ASSUNTO: Volumetria de precipitação - Argentimetria I - Preparação das soluções: a. Solução de NaCl 0,0500 mol L-1: Colocar determinada quantidade de NaCl em estufa a 110o C durante 3 horas e pesar a quantidade requerida para preparar 1000 mL da solução 0,0500 mol L-1. b. Solução de AgNO3 0,05 mol L-1: Pesar a quantidade requerida para preparar 500 mL da solução 0,05 mol L-1. c. Solução indicadora de K2CrO4 a 5 %: Pesar 5,00 g de K2CrO4 e transferir para um balão volumétrico de 100 mL. II - Padronização da solução de AgNO3 com solução de NaCl. 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25 mL da solução de NaCl 0,0500 mol L-1 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 50 mL de água destilada e 1,0 mL de solução de K2CrO4 a 5 %. 3. Titular com a solução de AgNO3, sob agitação constante até que a coloração se desvie da que o indicador emprestou à solução (a coloração deve permanecer após agitação enérgica). 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado. III - Prova em branco. Uma prova em branco deve ser feita a fim de determinar o volume de AgNO3 requerido para formar o precipitado de Ag2CrO4. 1. Transferir para um erlenmeyer de 500 mL um volume de água destilada igual ao volume final da solução no ponto final da titulação anterior. 2. Adicionar 1,0 mL do indicador e aproximadamente 0,50 g de carbonato de cálcio. 3. Titular com solução de AgNO3 até que a coloração do ensaio em branco seja igual à da solução titulada. 4. Com os dados obtidos, calcular a concentração da solução de AgNO3 em mol L-1 e em g L-1. AULA PRÁTICA No 8 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DE CLORETO EM ÁGUA – MÉTODO DE MOHR ASSUNTO: Volumetria de precipitação – Argentimetria I - Determinação de cloreto: 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 100 mL da amostra (água da torneira) para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 1 mL do indicador (K2CrO4 5 %). 3. Titular com solução padrão de AgNO3 até que a coloração da solução se desvie da inicial. 4. Agitar vigorosamente durante 2 minutos e caso a coloração desapareça continuar a titulação. 5. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado. II - Prova em branco. Uma prova em branco deve ser feita a fim de determinar o volume de AgNO3 requerido para formar o precipitado de Ag2CrO4. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 38 Aula Prática n° 9: Título: Determinação de cloreto em soro fisiológico – Método de Mohr Assunto: Volumetria de precipitação 1. Introdução. Soro fisiológico é uma solução isotônica em relação aos líquidos corporais que contem 0,9%, em massa, de cloreto de sódio, NaCl em água destilada. Cada 100 mL da solução aquosa contém 0,9 g do sal. Nesta aula prática, o teor de NaCl (% m/V) no soro fisiológico será determinado com o método de Mohr. Concentração da solução de AgNO3 = 2. Procedimento 2.1. Preparação da solução da amostra Medir 100 mL do soro fisiológico com pipeta volumétrica e transferir para um balão volumétrico de 500,0 mL. Completar o volume com água destilada e homogeneizar a solução. 2.2. Determinação do teor de NaCl Medir 25 mL da solução do soro, com pipeta volumétrica e transferir para um erlenmeyer de 500 mL. Adicionar 1,00 mL do indicador K2CrO4 5 % e titular com a solução padrão de AgNO3 até observação da cor vermelho tijolo do indicador. Repetir a titulação a fim de obter dois resultados que não difiram em mais que 0,10 mL. 2.3. Prova em Branco Medir 100 mL de água destilada, com proveta, e transferir para um erlenmeyer de 500 mL. Adicionar 1,00 mL do indicador K2CrO4 5 % e uma pequena quantidade de CaCO3. Titular com a solução padrão de Nitrato de Prata até observação da cor vermelho tijolo do indicador. O volume de AgNO3 gasto na prova em branco deve ser descontado do volume de AgNO3 gasto na titulação da amostra. 2.4. Resultado Calcular a porcentagem de NaCl (% m/V) na amostra. AULA PRÁTICA No. 10 Título: Determinação de cloreto em soro fisiológico – Método do Indicador de Adsorção Assunto: Volumetria de precipitação I. Introdução Nesta aula prática, o teor de NaCl (% m/V) no soro fisiológico será determinado com o método do indicador de adsorção. A solução deve ser neutra ou levemente ácida. Indicador = Fluoresceína – Dissolva 0,2 g defluoresceína em 100 mL de etanol 70 %. Concentração da solução de AgNO3 = II. Procedimento II.1. Preparação da solução da amostra Medir 100 mL do soro fisiológico com pipeta volumétrica e transferir para um balão volumétrico de 500,0 mL. Completar o volume com água destilada e homogeneizar a solução. II.2. Determinação do teor de NaCl Medir 25 mL da solução do soro, com pipeta volumétrica e transferir para um erlenmeyer de 500 mL. Adicionar 10 gotas do indicador fluoresceína e titular com a solução padrão de AgNO3, com agitação constante, até que o precipitado adquira de repente uma cor rosa intensa ou vermelha. Repetir a titulação a fim de obter dois resultados que não difiram em mais que 0,10 mL. II.3. Resultado Calcular a porcentagem de NaCl (% m/V) na amostra. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 39 AULA PRÁTICA No 11 TÍTULO: PREPARAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO DE KSCN ≈ 0,05 mol L-1 ASSUNTO: Volumetria de precipitação - Argentimetria I - Preparação das soluções: a. Solução de KSCN 0,05 mol L-1: Pesar a quantidade requerida para preparar 250 mL da solução ≈ 0,05 mol L-1. b. Solução indicadora de sulfato férrico amoniacal 40 %: Deixar saturar 25 mL de água com 9,00 g de sulfato férrico amoniacal - NH4Fe(SO4).10H2O - e gotejar HNO3 6 mol L-1 até desaparecer a cor marrom da solução. II - Padronização da solução de KSCN com solução padrão de AgNO3. 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25 mL da solução padrão de AgNO3 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Acidificar com 3 mL de HNO3 6 mol L-1. 3. Adicionar 1 mL do indicador (solução de sulfato férrico amoniacal a 40 % - saturado). 4. Titular com solução de KSCN 0,05 mol L-1 até que a coloração da solução se desvie da inicial. 5. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 6. Calcular a concentração da solução de KSCN em termos de mol L-1 e g L-1. AULA PRÁTICA No 12 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DE IODETO DE POTÁSSIO EM XAROPE – MÉTODO DE VOLHARD (TITULAÇÃO POR RETORNO) ASSUNTO: Volumetria de precipitação – Argentimetria I - Preparação da solução problema: Com pipeta volumétrica medir 5 mL da amostra de xarope, transferir para um balão volumétrico de 50 mL e diluir até o traço de aferição. II – Titulação da solução problema 1. Com pipeta volumétrica, retirar uma alíquota de 10 mL da solução problema e transferir para um erlenmeyer (se o xarope for muito colorido, adicionar cerca de 25,00mL de água destilada). Acrescentar 2mL de HNO3 6 mol L-1 e 10,00 mL (medidos com pipeta volumétrica) da solução padrão de AgNO3 0,05 mol L-1). Agitar para coagular o precipitado amarelo que se forma. 2. Adicionar 1,0 mL de sulfato férrico amoniacal (indicador). 3. Titular com solução de KSCN e agitar até aparecer uma coloração alaranjada, bem perceptível quando o precipitado sedimenta. 4. Anotar o volume de KSCN consumido nesta titulação e calcular a concentração de KI na amostra analisada, expressando o resultado em mg mL-1. III. Reações Ag+ + I- AgI + Ag+ (exc) (reação da precipitação do haleto) Ag+ (exc) + SCN- AgSCN (reação da titulação de retorno) SCN- + Fe3+ [FeSCN]2+ (reação do indicador). IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 40 AULA PRÁTICA No 13 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO E MAGNÉSIO NA ÁGUA ASSUNTO: Volumetria de Complexação I - Preparação das soluções: a. Solução de EDTA 0,01 mol L-1 Dissolver 3,723 g de EDTA ( Na2H2C10H12O8N2.2H2O ) em um pouco de água e aquecer se necessário. Transferir quantitativamente para um balão de 1 litro, completar o volume com água destilada, homogeneizar e guardar em recipiente de polietileno. b. Solução Tampão Amoniacal Dissolver 64,0 g de cloreto de amônio em aproximadamente 100 mL de água, adicionar 570 mL de hidróxido de amônio concentrado. Transferir a solução para um balão volumétrico de 1000 mL e completar o volume com água destilada. Conservar em frasco de polietileno. c. Solução de NaOH 2 mol L-1 Dissolver 80 g de NaOH em água e transferir para um balão volumétrico de 1 litro e completar volume com água destilada. d. Solução indicadora de Negro de Eriocromo T Pesar 0,50 g de Negro de Eriocromo T, juntamente com 50,0 g de cloreto de sódio. Misturar bem em almofariz e conservar em frasco bem fechado. e. Solução indicadora de Calcon Dissolver 0,5 g, juntamente com 50,0 g de sulfato de sódio anidro. Misturar bem em almofariz e conservar em frasco bem fechado. II - Determinação de Cálcio 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 100 mL da solução problema para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 5,0 mL da solução de NaOH a 2 mol L-1, ou um volume suficiente para levar o pH entre 12 e 13 e homogeneizar. 3. Adicionar uma pitada do indicador calcon. 4. Titular com solução padrão de EDTA, até que a coloração se desvie da cor rósea para azul. 5. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos na titulação não sejam diferentes em mais que 0,1 mL. Em caso contrário um dos resultados será rejeitado. 6. Calcular o teor de cálcio na amostra analisada, em termos de ppm de CaCO3. III – Determinação de Magnésio 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 100 mL da solução problema para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 10 mL da solução tampão amoniacal (pH 10). 3. Adicionar uma pitada do indicador Negro de Eriocromo T e agitar. 4. Titular com a solução padrão de EDTA até que a coloração se desvie a cor vermelho vinho para azul. Anotar o valor gasto. 5. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos na titulação não sejam diferentes em mais que 0,1 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado. 6. Calcular o teor de magnésio na amostra analisada, em termos de ppm de CaCO3. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 41 AULA PRÁTICA No 14 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO NO LEITE EM PÓ ASSUNTO: Volumetria de Complexação I. Preparação das soluções I.1. Tampão de pH = 10 (NH4OH/NH4Cℓ) Dissolver 6,4 g de NH4Cℓ em água, adicionar 57,0 mL de NH4OH concentrado, e diluir para 100,0 mL. Este tampão deve ser armazenado em frasco de polietileno. I.2. Solução de Mg-EDTA Pesa-se 37,22 g de EDTA e dissolve-se em 500 mL de água destilada. Adiciona-se 24,65 g de MgSO4 . 7 H2O e agita-se até dissolver. Adiciona-se 3-4 gotas de fenolftaleina e goteja-se lentamente hidróxido de sódio 3 mol L-1 até a solução torna-se levemente rosada. Dilui-se para um litro. II. Determinação de cálcio no leite Procedimento: Pesar 2,00 g (± 0,01 g) de leite em pó e transferir quantitativamente para um erlenmeyer de 250,0 mL. Dissolver a amostra em aproximadamente 50 mL de água destilada. Evitar deixar qualquer quantidade (menor que seja) do leite em pó aderido nas paredes do frasco, sem se dissolver, pois isto levará a resultados mais baixos no teor de cálcio. Se necessário, aquecer levemente a mistura e depois resfriar antes de prosseguir com a análise. Adicionar 15 mL de um tampão de pH = 10 (NH4OH/NH4Cℓ) e alguns cristais de KCN (CUIDADO) para mascarar íons interferentes que bloqueiam o indicador. A seguir, adicionar 20 gotas de uma solução de Mg- EDTA e titula-se com o EDTA 0,02 M usando o negro de eriocromio T como indicador, até o aparecimento da cor azul. Calcular o teor de cálcio na amostra de leite em pó, expressando o resultado de Ca2+ em mg kg-1 (ppm). OBS: Antes de jogar fora a solução titulada, coloque aproximadamente 1 g de FeSO4.7H2O para converter CN- em [Fe(CN)6]4-.IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 42 AULA PRÁTICA No 15 TÍTULO: PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO DE KMnO4 0,02 mol L-1 ASSUNTO: Volumetria de Oxidação - redução - Permanganimetria I - Preparação das soluções: 1. Solução de KMnO4 0,02 mol L-1. Pesar 1,58 g de KMnO4 e transferir quantitativamente para um balão volumétrico de 500 mL, com água destilada. Aquecer a solução até a ebulição, sob agitação, até o KMnO4 se dissolver completamente. Cobrir o bequer com um vidro de relógio e deixar a solução sob aquecimento por ½ hora. Deixar a solução esfriar até a temperatura ambiente e filtrá-la através de algodão de vidro. Logo após transferi-la para vidro escuro. 2. Solução de Na2C2O4 0,0500 mol L-1. Colocar na estufa a 110o C, durante 1 hora, uma quantidade de oxalato de sódio suficiente para preparar 1 litro de solução 0,05 mol L-1. Após resfriamento do sal em dessecador, pesar a quantidade necessária para preparar 1 litro de solução exatamente 0,05 mol L-1. II - Padronização da solução de KMnO4 com solução padrão de Na2C2O4. 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25 mL da solução padrão de Na2C2O4 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 15 mL de H2SO4 1:8 e 100 mL de água destilada. 3. Aquecer a solução a 80 - 85o C. 4. Titular a solução de KMnO4, sob agitação constante, tendo a precaução de esperar que a solução se torne incolor antes de adicionar novas quantidades de KMnO4. 5. A temperatura deve estar acima de 60o C no ponto final da titulação. 6. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado. 7. Calcular a concentração da solução de KMnO4 em termos de concentração em mol L-1 e g L-1. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 43 AULA PRÁTICA No 16 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DO TEOR DE Fe2+ NUMA AMOSTRA ASSUNTO: Volumetria de Oxidação - redução - Permanganimetria I. Determinação de Fe(II): 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25,00 mL da solução problema para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 25 mL de H2SO4 0,5 mol L-1 e 5 mL de H3PO4 a 85 %. 3. Titular com solução de KMnO4 previamente padronizada, até coloração rosa clara. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida.. 5. Calcular o teor de Fe (II) na amostra. AULA PRÁTICA No 17 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DO TEOR DE Fe2+ NUMA AMOSTRA ASSUNTO: Volumetria de Oxidação - redução - Dicromatometria I - Preparação das soluções: a. Solução de K2Cr2O7 0,01667 mol L-1: Colocar na estufa a 110o C uma quantidade de dicromato de potássio suficiente para preparar 1 litro de solução 0,01667 mol L-1. Retirar da estufa e deixar esfriar no dessecador. Pesar a quantidade necessária para preparar 1 litro de solução exatamente 0,01667 mol L-1. b. Solução indicadora de difenilamina: Dissolver 1,00 g de difenilamina em 100 mL de H2SO4 concentrado. II - Determinação de Fe(II): 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25,00 mL da solução problema para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 3 gotas de difenilamina e 5 mL de H3PO4 85 %. 3. Titular com solução de K2Cr2O7 0,01667 mol L-1. 4. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 5. Calcular o teor de Fe (II) na amostra. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 44 AULA PRÁTICA No 18 TÍTULO: PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO DE Na2S2O3.5H2O 0,1 mol L-1 ASSUNTO: Volumetria de Oxidação - redução - Iodometria I - Preparação da solução de Na2S2O3.5H2O: O tiossulfato de sódio, Na2S2O3.5H2O, é obtido facilmente muito puro, porém há uma certa incerteza com respeito ao seu teor em água. Em virtude disto, não podemos empregá-lo como padrão primário. Atua como redutor conforme a equação:2 S2O3 = S4O6 = + 2 e- Por isso, o equivalente grama do tiossulfato de sódio pentahidratado é um mol, ou seja 248,20 g. Ao mesmo resultado se chega mediante as equações: I2 + 2e- 2I- e 2Na2S2O3 + I2 Na2S4O6 + 2NaI Uma solução aproximadamente 0,1 mol. L-1 é preparada pesando-se 6,21 g de Na2S2O3.5H2O, transferindo- se para um balão volumétrico de 250 mL homogeneizando-se a solução e completando-se o volume até o traço de aferição. Esta solução está sujeita a alterações em sua estabilidade, daí tomarmos algumas precauções: a. Preparar a solução usando água destilada recém fervida. b. Adicionar 1 mL de clorofórmio e 10 mg de iodeto de mercúrio por litro de solução. c. Evitar a exposição à luz, pois aumenta a velocidade das reações que alteram o tiossulfato. II - Padronização da solução de Na2S2O3 . 5H2O com solução padrão de K2Cr2O7. 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25,00 mL da solução padrão de K2Cr2O7 0,01667 mol L-1 para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 25 mL de solução de iodeto de potássio a 12 % e 5,0 mL de HCl concentrado. 3. Agitar, fechar o frasco e deixar em repouso, por 10 minutos ao abrigo da luz. 4. Titular rapidamente com solução de Na2S2O3.5H2O aproximadamente 0,1 mol L-1 até descoramento do iodo. 5. Juntar 2,0 - 3,0 mL de solução indicadora de amido e prosseguir a titulação, lentamente, até mudança de coloração da solução. 6. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 7. Calcular a concentração da solução de Na2S2O3 em termos mol L-1 e g L-1. IFS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Conceição Barreto 45 AULA PRÁTICA No 19 TÍTULO: DETERMINAÇÃO DO TEOR DE CLORO ATIVO EM ÁGUA SANITÁRIA ASSUNTO: Volumetria de Oxidação - redução - Iodometria I - Preparação das soluções: a. Solução problema: Com o auxílio de uma pipeta volumétrica retire 100,00 mL de água sanitária e transfira para um balão volumétrico de 1000 mL. Com a técnica necessária, completar o volume até o traço de aferição tendo o cuidado de homogeneizar a solução formada. b. Solução indicadora de amido: Fazer uma pasta com 1,0 g de amido solúvel e um pouco de água e despejar com agitação constante, a pasta sobre 100 mL de água quente e ferver durante 1 minuto. Deixar a solução esfriar e adicionar 2 a 3 gotas de iodeto de potássio. II - Titulação da solução problema: 1. Com uma pipeta volumétrica medir exatamente 25,00 mL da solução problema para um erlenmeyer de 500 mL. 2. Adicionar 50 mL de água destilada. 3. Juntar 17 mL de iodeto de potássio a 12 % e 10 mL de ácido acético concentrado. 4. Titular o iodo liberado, com solução de Na2S2O3.5H2O previamente padronizada, empregando 2,0 - 3,0 mL de uma solução de amido a 1 % como indicador. 5. Repetir a operação para encontrar o valor médio, de modo que os volumes gastos nas titulações não sejam diferentes em mais que 0,10 mL. Em caso contrário, um dos resultados será rejeitado e a titulação repetida. 6. Determinar a porcentagem de cloro livre na água sanitária (g de Cl2 em 100 mL de água sanitária).