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Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - CAMPUS ARACRUZ CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA PROF: FREDERICO DA SILVA FORTUNATO 1. REGRAS GERAIS 1.1. GRUPOS DE LABORATÓRIO • Os alunos deverão se dividir em grupos de quatro ou cinco conforme suas afinidades pessoais. • Os grupos permanecerão os mesmos durante todo o semestre. • Os alunos deveram respeitar o horário definido para a aula, sem possibilidade de atraso. 1.2. LABORATÓRIO • Não é permitido comer ou fumar no laboratório. • É obrigatório o uso de óculos de segurança, avental, calça comprida e sapato fechado. • Bolsas, mochilas e outros pertences pessoais não devem ser trazidos para o laboratório. No caso de cadernos ou livros, estes devem se limitar aos que serão usados na aula. • Caso ocorra quebra de material ou dano a equipamentos durante a realização do experimento o fato deverá ser comunicado de imediato ao professor e ao técnico do laboratório, que registrará o fato em um formulário apropriado. • Após o experimento, o material deve ser cuidadosamente limpo e reposto no respectivo armário. Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química • Os reagentes e equipamentos devem ser utilizados com cuidado e devolvidos ao local apropriado, imediatamente após o uso. Qualquer equipamento extra só pode ser utilizado com a aprovação do professor. Atenção para a voltagem do equipamento, antes de ligá-lo na rede. • Tenha muito cuidado no uso das balanças e limpe imediatamente qualquer derramamento de reagentes. Em caso de dúvida sobre algum reagente ou equipamento, consulte antes o professor. 2. VOLUMETRIA Os diferentes métodos de análise volumétrica, ou análise titrimétrica, baseiam-se no real conhecimento de um volume de uma solução de concentração conhecida com exatidão, que reagirá quantitativamente com um volume da substância que esta sendo analisada. Em suma, o valor da concentração da solução em análise, expressa na diversidade de unidades, depende da concentração exato da solução volumétrica (SV), fatores como técnica de preparo do analista, calibração da vidraria, e distinção entre substâncias consideradas como padrão primário e secundário influenciarão na exatidão da solução volumétrica. 2.1. DIFERENÇA ENTRE SUBSTÂNCIAS CONSIDERADAS PADRÃO PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO As soluções padronizadas são as que apresentam concentrações conhecidas com exatidão, muitas vezes usamos o termo soluções volumétrica (SV) para indicar que a concentração da solução deve ser conhecida e exata, ou seja, o temo solução volumétrica é usado, muitas vezes, como sinônimo de solução padronizada. O processo de padronização, que gera as soluções padronizadas, é melhor compreendido, quando uma substância que é um padrão secundário, que será usada em uma análise tritimétrica, é confrontado com uma substância que é um padrão primário ou uma substância que é um padrão secundário que passou pelo processo de padronização. Então, qual a diferença entre padrão primário e padrão secundário, se ambos podem ser chamados de solução volumétrica. Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química As substâncias que são consideradas padrão primário apresenta certas características, peculiares, que a tornam mais resistentes aos erros que podem dificultar a determinação da exatidão da concentração. Por exemplo, uma substância higroscópica apresenta dificuldade em sua pesagem, portanto, dificilmente encontraremos estas substâncias como padrão primário. Algumas características devem ser necessárias para uma substância ser considerada como um padrão primário: 1. Ela deve ser de fácil obtenção, purificação, dessecação e conservação. 2. As impurezas contidas no reagente devem ser facilmente identificáveis com ensaios qualitativos de sensibilidade conhecida. 3. O reagente não deve ser higroscópico ou eflorescente. 4. Deve ser bastante solúvel. 5. É desejável que tenha um peso equivalente relativamente elevado. Os elementos que entram na composição da substância devem ser tais que uma alteração da abundância isotópica natural não afete materialmente o peso molecular. Devido a estas características podemos dizer que uma solução de um padrão primário é realmente, 0,1 M (mol.L-1), ou 0,15 M (mol.L-1),, ou 0,20 M (mol.L-1), etc., desde que devidamente pesada, e preparada dentro das técnicas. Portanto, podemos considerar que uma solução de biftalato de potássio, padrão primário, é exatamente 0,1 M (mol.L-1),, e que uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), padrão secundário, é aproximadamente 0,1M (mol.L-1), por melhor que seja o analista que preparou a solução ela será sempre aproximadamente 0,1 M (mol.L-1), porque o hidróxido de sódio não apresenta as características necessárias de um padrão primário, com por exemplo não ser higroscópico. A preparação de uma solução padrão requer, direta ou indiretamente, o uso de um reagente quimicamente puro e com composição perfeitamente Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química definida. Os reagentes com semelhantes características são chamados padrões primários para que uma substância possa servir como padrão primário, são requeridas certas exigências: O número de padrões primários disponíveis é bastante limitado. Por exemplo, no catálogo da firma Merck, figuram os seguintes reagentes com a especificação de padrões primários para a análise titulométrica com pureza de 100 0,05 %: ácido benzóico, hidrogenoftalato de potássio, carbonato de sódio, cloreto de sódio, oxalato de sódio, trióxido de arsênio, dicromato de potássio e iodato de potássio. A seção de Química Analítica da União Internacional de Química Pura e Aplicada define padrão primário como uma sustância comercial disponível com pureza de 100 0,02 % e como padrão de trabalho uma substância com pureza de 100 0,05 %. As soluções padrões são preparadas segundo duas diferentes técnicas, a direta e a indireta. A técnica empregada depende de que o reagente titulante seja ou não um padrão primário. 2.1.1. SOLUÇÕES PADRÕES DIRETAS Quando o reagente titulante é um padrão primário, a solução padrão é preparada diretamente a partir de uma quantidade exatamente conhecida do reagente. Uma quantidade do reagente pesada com a necessária exatidão é dissolvida em água e, então, diluída a um volume definido em um balão volumétrico. A molaridade da solução é calculada em função da massa do reagente e do volume da solução. 2.1.2. SOLUÇÕES PADRÕES INDIRETAS Quando o reagente titulante não é obtido como padrão primário, a técnica da preparação direta obviamente não é se aplica. Recorre-se, então, necessariamente, á técnica indireta, que consiste em prepara, inicialmente, uma solução com molaridade aproximada à desejada e, depois avaliar a exata concentração da solução mediante a determinação da sua capacidade de reação contra um padrão primário adequado. A molaridade da solução é Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química achada mediante titulação de uma quantidade conhecida do padrão primário com a solução. As concentrações das soluções padrões devem ser dadas com um alto grau de exatidão. Um erro cometido na avaliação da concentração de uma solução padrão repercute necessariamente em todas as análise que venham a ser feitas com o auxílio da solução. Assim sendo, é desejável que as concentrações das soluções padrões possam ser avaliadas com uma incerteza inferior a 0,1%. 3. VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO 3.1. ALCALIMETRIA A alcalimetriacompreende a titulação de espécies ácidas com solução- padrão básicas. O reagente titulante é sempre uma base forte. 3.1.1. PREPARO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÕES ALCALINAS Pode-se utilizar para o preparo de soluções-padrão os hidróxidos de bário, potássio e o de sódio. Entretanto o mais usado é o hidróxido de sódio. Nenhum destes reagentes são padrões primários e as soluções devem ser padronizadas contra um padrão primário ácido tal como o hidrogenoftalato de potássio e o hidrogenodiiodato de potássio. Tais soluções alcalinas são relativamente estáveis, menos no diz respeito à absorção de dióxido de carbono da atmosfera. Tal reação pode ser descrita como: CO2(g) + 2 OH -1 (aq) CO3 (aq) 2- + H2O Se a solução for de hidróxido de bário haverá a formação do BaCO3 que é insolúvel. Visto que esta absorção de CO2 é uma importante fonte de erros é conveniente preparar soluções alcalinas livres de carbonato e conservá-las protegidas do dióxido de carbono da atmosfera. Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química Existem vários métodos para a preparação de soluções-padrão alcalinas livres de carbonatos. Para o caso de soluções-padrão de hidróxido de bário basta deixar sedimentar o BaCO3, que é insolúvel e sifonar o sobrenadante. Já para o preparo de soluções-padrão de metais alcalinos pode-se dissolver os metais em água ou utilizar o método mais conveniente que consta de preparar uma solução concentrada e deixar o resíduo sedimentar ou remover o carbonato de sódio através de um cadinho de vidro sinterizado. A água utilizada parar preparar soluções de base livre de carbonatos também deve ser livre de dióxido de carbono. Água destilada, que está às vezes supersaturada com dióxido de carbono, deve ser fervida brevemente para eliminar o gás. Água é então resfriada à temperatura ambiente antes da adição da base, porque as soluções alcalinas quentes absorvem rapidamente o dióxido de carbono. A água desionizada geralmente não contém quantidades significativas de dióxido de carbono. Quanto à conservação a solução alcalina é preparada para ser usada em um curto período de tempo de cerca de uma ou duas semanas, a conservação pode ser feita em um frasco de polietileno. Porém o frasco não deve ser mantido aberto além do tempo suficiente para transferir a solução para a bureta. 3.1.2. PREPARO DA SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO (NaOH) APROXIMADAMENTE 0,1 M ISENTA DE CARBONATO As soluções-padrão alcalinas são razoavelmente estáveis, salvo no que diz respeito à absorção de dióxido de carbono da atmosfera. O NaOH, quando sólido ou na forma de solução, absorve rapidamente dióxido de carbono com a formação de carbonato. Outro fator a ser considerado é que soluções da “NaOH“ atacam o vidro, produzindo silicato de sódio, devendo, portanto, ser armazenadas em frascos de polietileno. Dissolver 50 g de NaOH em 50 ml de água recém-destilada em um frasco erlenmeyer. Deixar esfriar e transferir a solução para uma proveta com tampa. Deixar decantar até que o precipitado tenha se depositado no fundo do Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química recipiente. Para obter uma solução aproximadamente 0,1 M (mol.L-1), transferir cuidadosamente, por meio de uma pipeta graduada, 4,8 ml da solução concentrada e límpida para um balão volumétrico de 1 L (1000 mL) que já contenha certa de água destilada. Completar o volume com água destilada, homogeneizar a mistura e armazená-la em frasco de polietileno. 3.1.3. PADRONIZAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE NaOH APROXIMADAMENTE 0,1 MOLAR COM HIDROGENOFTALATO DE POTÁSSIO Muitos padrões primários excelentes estão disponíveis para a padronização de bases. A maioria é constituída por ácidos orgânicos fracos que requerem o uso de um indicador com faixa de transição básica. As soluções de hidróxido de sódio são comumente padronizadas com hidrogenoftalato de potássio, KHC8H4O4, ou ácido benzóico, C6H5COOH, ou hidrogenodiiodato de potássio, KH(IO3)2 que ao contrário dos demais é um ácido forte. O hidrogenoftalato de potássio P.A. (204,22 g.mol-1 ) tem uma pureza de pelo menos 99,9%, é quase não-higroscópico, mas é aconselhável secá-lo a 120º C durante duas horas e deixa-lo resfriar em um frasco aberto em dessecador. PROCEDIMENTO Pesar exatamente 0,4084g de hidrogenoftalato de potássio dessecado por duas horas à temperatura de 125 0 C e resfriado em dessecador. Dissolver em 50 ml de água recentemente fervida. Adicionar 3 gotas de fenolftaleína. Titular com solução alcalina até a mudança de coloração do indicador (aparecimento de coloração levemente rósea persistente por 30 segundos). 3.2. EXERCÍCIOS 1. Diferencie solução reagente de solução padrão. 2. Por que o balão volumétrico não pode ser aquecido sob hipótese alguma? Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química 3. Explique como deve ser feita a transferência quantitativa de uma substância para o balão volumétrico. 4. Por que não se pode usar frascos de vidro sem proteção para acondicionar soluções alcalinas? 5. Qual o procedimento para usar um frasco ao se fazer a estocagem de uma solução? 6. Como você classifica essa solução de NaOH recém preparada? Justifique. 7. Qual a importância em se fazer a análise em triplicata? 8. Dê as características necessárias para que uma substância seja considerada padrão primário. Exemplifique. 9. A solução estoque de NaOH a 50% pode ser considerada padrão primário? Justifique. 10. Justifique por que não se pode usar água destilada sem ferver nesta análise. 11. Como devemos fazer a identificação do rótulo de uma solução recém padronizada? 11. O hidróxido de sódio não é considerado padrão primário (mesmo o P.A) devido à contaminação com carbonato, resultante da reação com dióxido de carbono atmosférico, e por ser exatamente higroscópico. Assim, uma solução saturada de NaOH é mais indicada para o preparo de soluções diluídas desse composto. a. Sabendo que a solução saturada de NaOH apresenta densidade igual a 1,53 g/mL e o teor de NaOH nessa solução é de 50,1 % (m/m), calcule o volume de solução saturada necessária para preparar 1,000 L de solução de NaOH 0,100 mol.L-1. Apostila de Prática (2016) – Curso de Licenciatura em Química b. Para a padronização de soluções de NaOH, normalmente usa-se biftalato de potássio (C8H5O4K) sólido, que é um padrão primário. Na padronização da solução preparada conforme descrito em aula prática, obtiveram-se os resultados apresentados no quadro a seguir. Calcule a concentração exata e o fator de correção da concentração da solução de NaOH. Repetição Massa de biftalato de potássio (g) Volume de NaOH gasto (mL) 1 a 0,5006 23,80 2 a 0,4533 21,20 3 a 0,5790 27,80 REFERÊNCIAS HARRIS, D. Análise química quantitativa. 7 Ed. Rio de Janeiro: LTC., 2008. OHLWEILER, O. A. Química Analítica Quantitativa. 4a Ed. V.2. Rio de Janeiro: LTC., 1984. (Edição esgotada) SKOOG, D. A.; WEST. D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R. Fundamentos de Química Analítica. 8a Ed. São Paulo: Thomson., 2006 ANOTAÇÃO
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