Aula 4a - Introdução à Volumetria

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<p>IQA233 – Química Analítica Farmacêutica II</p><p>Introdução à Volumetria</p><p>Vinicius Kartnaller</p><p>(kartnaller@iq.ufrj.br)</p><p>Universidade Federal do Rio de Janeiro</p><p>Instituto de Química</p><p>Departamento de Química Analítica</p><p>2</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Química Analítica</p><p>Análise Qualitativa Análise Quantitativa</p><p>Métodos Clássicos Métodos Instrumentais</p><p>Análise Gravimétrica Análise Volumétrica</p><p>3</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Vidrarias Volumétricas</p><p>Aparato experimental previamente calibrado utilizado para a aferição</p><p>de um volume com alta exatidão.</p><p>http://rbrvidros.com.br/p-8117267-PIPETA-</p><p>VOLUMETRICA</p><p>http://www.rbrvidros.com.br/p-8116498-</p><p>BURETA-GRADUADA-100ML-TORNEIRA-VIDRO</p><p>http://www.hexis.com.br/produto/balao-volumetrico-</p><p>rolha-vidro-cl-a-10ml-cert-lote</p><p>Balão volumétrico</p><p>Bureta Pipetas volumétricas</p><p>4</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Vidrarias Volumétricas</p><p>Pipetas volumétricas - medida de volumes exatos de</p><p>soluções (volumes fixos)</p><p>Pipetadores por</p><p>sucção</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>5</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Vidrarias Volumétricas</p><p>Balão volumétrico - medida de volumes exatos de</p><p>soluções (volumes fixos)</p><p>https://www.google.com/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww2.fc.unesp.br%2Flvq%2Fbalao03.jpg&imgref</p><p>url=http%3A%2F%2Fwww2.fc.unesp.br%2Flvq%2Fprexp02.htm&docid=SRUqIMDHGSK70M&tbnid=brc</p><p>DNyNEyVmGnM%3A&vet=10ahUKEwiXy6_yysXgAhXAJrkGHZ4PC3oQMwhuKBYwFg..i&w=1014&h=6</p><p>76&bih=920&biw=1920&q=bal%C3%A3o%20volum%C3%A9trico&ved=0ahUKEwiXy6_yysXgAhXAJrk</p><p>GHZ4PC3oQMwhuKBYwFg&iact=mrc&uact=8</p><p>menisco</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>Vidrarias Volumétricas</p><p>6</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Bureta</p><p>Coluna de líquido em</p><p>marcação graduada</p><p>calibrada (25°C)</p><p>Válvula para controle</p><p>de saída</p><p>Medida do</p><p>volume de cima</p><p>para baixo</p><p>Leitura pela</p><p>tangente à parte</p><p>inferior do</p><p>menisco</p><p>V = 9,65 mL</p><p>- medida de volumes exatos de</p><p>soluções (volumes que variam)</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>Vidrarias Volumétricas</p><p>7</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Bureta - medida de volumes exatos de</p><p>soluções (volumes que variam)</p><p>ATENÇÃO: Erros de paralaxe</p><p>A leitura de um volume deve</p><p>ser feita na altura dos olhos</p><p>exatamente na direção do</p><p>menisco</p><p>ATENÇÃO: Medição em Soluções Coloridas</p><p>A leitura de uma solução</p><p>colorida deve ser realizada pela</p><p>parte superior do menisco</p><p>8</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Análise Volumétrica (Volumetria)</p><p>Procedimentos quantitativos baseados na medida do volume de uma</p><p>solução de concentração conhecida necessário para reagir</p><p>completamente com uma substância de concentração desconhecida de</p><p>interesse.</p><p>Método analítico onde uma solução de concentração conhecida</p><p>(referência) é adicionada a outra solução que contém o analito, até que</p><p>se complete a reação. De acordo com a estequiometria, a quantidade</p><p>que se adicionou da referência permite calcular quanto se tem do</p><p>analito.</p><p>Titulação</p><p>9</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Método analítico onde uma solução de concentração conhecida (referência) é</p><p>adicionada a outra solução que contém o analito, até que se complete a reação. De</p><p>acordo com a estequiometria, a quantidade que se adicionou da referência permite</p><p>calcular quanto se tem do analito.</p><p>Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>Cada gota leva uma quantidade do</p><p>composto do titulante para reagir com</p><p>o titulado. Mesmo uma pequena gota</p><p>pode fazer a diferença na titulação!</p><p>Pequenos incrementos da solução</p><p>titulante são adicionados ao</p><p>Erlenmeyer contendo o titulado</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂 = 𝑀1 × 𝑉𝑎𝑙</p><p>Antes da titulação começar</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂 = (𝑀1× 𝑉𝑎𝑙) − (𝑀2 × 𝑉𝑇)</p><p>Após a titulação começar</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝑁𝑇𝐸 = 𝑀2 × 𝑉𝑇</p><p>𝑴𝟏, 𝑽𝒂𝒍</p><p>Reação Química</p><p>𝑴𝟐, 𝑽𝑻</p><p>10</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Método analítico onde uma solução de concentração conhecida (referência) é</p><p>adicionada a outra solução que contém o analito, até que se complete a reação. De</p><p>acordo com a estequiometria, a quantidade que se adicionou da referência permite</p><p>calcular quanto se tem do analito.</p><p>Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>Reação Química</p><p>1. A reação entre o analito e o reagente de referência deve ser descrita</p><p>por uma única reação bem definida e de estequiometria conhecida.</p><p>2. A reação deve ser rápida.</p><p>3. O sistema deve oferecer um meio satisfatório para a sinalização do</p><p>ponto final.</p><p>4. A reação deve processar-se de forma completa no ponto em que há</p><p>equivalência entre os reagentes</p><p>11</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Método analítico onde uma solução de concentração conhecida (referência) é</p><p>adicionada a outra solução que contém o analito, até que se complete a reação. De</p><p>acordo com a estequiometria, a quantidade que se adicionou da referência permite</p><p>calcular quanto se tem do analito.</p><p>Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>Reação Química</p><p>Ácido-Base (Neutralização)</p><p>Ex.: H3O</p><p>+ + OH- ⇄ 2 H2O</p><p>Formação de Complexos</p><p>Ex.: Y4- + Ca2+ ⇄ [CaY]2-</p><p>(EDTA)</p><p>Precipitação</p><p>Ex.: Ag+ + Cl- ⇄AgCl(s)</p><p>Oxidação-Redução</p><p>Ex.: Fe2+ + Ce4+ ⇄ Fe3+ + Ce3+</p><p>12</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Solução de Referência</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>➔ Solução Padrão</p><p>Solução de concentração exatamente conhecida, que é utilizada como uma referência</p><p>para estimar a concentração do analito.</p><p>𝑴𝟏, 𝑽𝒂𝒍</p><p>𝑴𝟐, 𝑽𝑻</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂 = 𝑀1 × 𝑉𝑎𝑙</p><p>Antes da titulação começar</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂 = (𝑀1× 𝑉𝑎𝑙) − (𝑀2 × 𝑉𝑇)</p><p>Após a titulação começar</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝑁𝑇𝐸 = 𝑀2 × 𝑉𝑇</p><p>No fim da titulação</p><p>𝑛𝑇𝐼𝑇𝑈𝐿𝐴𝐷𝑂 = 0</p><p>0 = (𝑀1× 𝑉𝑎𝑙) − (𝑀2 × 𝑉𝑇)</p><p>(𝑀1× 𝑉𝑎𝑙) = (𝑀2 × 𝑉𝑇)</p><p>𝑀1 =</p><p>(𝑀2 × 𝑉𝑇)</p><p>𝑉𝑎𝑙</p><p>Sabendo a concentração da solução padrão (M2) e usando ela como</p><p>referência, pode-se titular até o ponto de equivalência entre as duas</p><p>espécies e então calcular a concentração da solução desconhecida (M1)</p><p>SOLUÇÃO</p><p>PADRÃO</p><p>13</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Solução de Referência</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>➔ Solução Padrão</p><p>Solução de concentração exatamente conhecida, que é utilizada como uma referência</p><p>para estimar a concentração do analito.</p><p>PADRÃO PRIMÁRIO</p><p>Composto com alto grau</p><p>de pureza que serve</p><p>como referência na</p><p>titulação.</p><p>Pesado com a maior precisão</p><p>possível e dissolvido em água</p><p>destilada ou deionizada, sendo a</p><p>diluição realizada a um volume</p><p>definido em balão volumétrico.</p><p>Requisitos para um padrão primário:</p><p>1. Alta pureza (99,9% ou superior)</p><p>2. Fácil obtenção, dessecação e conservação</p><p>3. Estabilidade ao ar</p><p>4. Não deve ser higroscópico</p><p>5. Deve ser bastante solúvel</p><p>6. Baixo custo</p><p>7. Massa molar grande para minimizar o erro</p><p>relativo a pesagem do padrão</p><p>Ex.: Biftalato de Potássio (99,99%)</p><p>Oxalato de Sódio (99,95%)</p><p>Dicromato de Potássio (99,98%)</p><p>14</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Solução de Referência</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>➔ Solução Padrão</p><p>Solução de concentração exatamente conhecida, que é utilizada como uma referência</p><p>para estimar</p><p>a concentração do analito.</p><p>Preparado com concentração</p><p>desejada aproximada, para então</p><p>determinação da sua concentração</p><p>com precisão através de titulação</p><p>contra uma solução padrão</p><p>primário.</p><p>PADRÃO SECUNDÁRIO</p><p>Composto cuja pureza</p><p>pode ser estabelecida por</p><p>análise química e que serve</p><p>como referência na</p><p>titulação.</p><p>PADRONIZAÇÃO</p><p>Ex.: Hidróxido de Sódio</p><p>Nitrato de Prata</p><p>Permanganato de Potássio</p><p>Nitrato de Prata</p><p>15</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Fim da Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>𝒏𝑻𝑰𝑻𝑼𝑳𝑨𝑫𝑶 = 𝒏𝑻𝑰𝑻𝑼𝑳𝑨𝑵𝑻𝑬</p><p>PONTO DE EQUIVALÊNCIA (PONTO FINAL TEÓRICO)</p><p>Corresponde ao ponto da titulação em que é adicionada a</p><p>quantidade de reagente padrão exatamente equivalente à</p><p>quantidade de analito. É calculado com base na estequiometria da</p><p>reação envolvida na titulação e não pode ser determinado</p><p>experimentalmente.</p><p>PONTO FINAL</p><p>Ponto da titulação onde ocorre uma alteração física associada à</p><p>condição de equivalência. É indicado pela súbita mudança de alguma</p><p>propriedade física da solução. É determinado experimentalmente</p><p>através de um processo de mudança de cor.</p><p>INDICADORES</p><p>16</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Fim da Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>ERRO DA TITULAÇÃO</p><p>Referente à diferença entre o volume do ponto de equivalência</p><p>(Veq) e o volume do ponto final (VPF).</p><p>𝑬 =</p><p>(𝑽𝑷𝑭 − 𝑽𝒆𝒒)</p><p>𝑽𝒆𝒒</p><p>× 𝟏𝟎𝟎</p><p>17</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Tipos de Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>Direta</p><p>Solução padrão (titulante):</p><p>• Concentração – exatamente conhecida</p><p>• Volume – Medido ao final da titulação</p><p>Amostra (titulado):</p><p>• Concentração – desconhecida - ?</p><p>• Volume – Medido exatamente</p><p>Inversa</p><p>Amostra (titulado):</p><p>• Concentração – desconhecida - ?</p><p>• Volume – Medido ao final da titulação</p><p>Solução padrão (titulante):</p><p>• Concentração – exatamente conhecida</p><p>• Volume – Medido exatamente</p><p>18</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Tipos de Titulação</p><p>Adaptado de: Harris, D.C.</p><p>Quantitative Chemical</p><p>Analysis, 8th Ed.</p><p>De Retorno ou por excesso</p><p>Solução padrão (titulante auxiliar):</p><p>• Concentração – exatamente conhecida</p><p>• Volume – Medido ao final da titulação</p><p>Amostra (titulado):</p><p>• Concentração – desconhecida - ?</p><p>• Volume – Medido exatamente</p><p>Solução padrão (titulante*):</p><p>• Concentração –conhecida</p><p>• Volume – Medido exatamente</p><p>*Adicionado em excesso</p><p>• Usada quando, por exemplo, a velocidade</p><p>de reação entre a amostra e o titulante é</p><p>baixa, ou quando não existe uma forma</p><p>de identificação do PF apropriada. Mas,</p><p>também não é possível fazer reagir o</p><p>analito com um titulante em excesso.</p><p>• Um reagente é adicionado à amostra em</p><p>quantidade superior à estequiométrica</p><p>(excesso) para reagir quantitativamente</p><p>com ela formando um outro composto</p><p>que então é titulado com uma solução</p><p>padrão adequada.</p><p>19</p><p>Prof. Vinicius Kartnaller – Departamento de Química Analítica – Instituto de Química - UFRJ</p><p>Curva de Titulação</p><p>Representação gráfica do processo de titulação, que mostra a variação</p><p>logarítimica de uma determinada propriedade, geralmente</p><p>concentração, em função do volume do titulante adicionado.</p><p>Na construção de qualquer curva de titulação</p><p>há quatro momentos imprescindíveis:</p><p>- Antes de iniciar a titulação;</p><p>- Imediatamente antes do ponto de</p><p>equivalência;</p><p>- No ponto de equivalência;</p><p>- Após o ponto de equivalência.</p><p>A forma de fazer os cálculos em cada momento</p><p>dependerá de cada sistema particular</p><p>Slide 1: IQA233 – Química Analítica Farmacêutica II Introdução à Volumetria Vinicius Kartnaller (kartnaller@iq.ufrj.br)</p><p>Slide 2: Química Analítica</p><p>Slide 3</p><p>Slide 4</p><p>Slide 5</p><p>Slide 6</p><p>Slide 7</p><p>Slide 8</p><p>Slide 9</p><p>Slide 10</p><p>Slide 11</p><p>Slide 12</p><p>Slide 13</p><p>Slide 14</p><p>Slide 15</p><p>Slide 16</p><p>Slide 17</p><p>Slide 18</p><p>Slide 19</p>