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1 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - CAMPUS ARACRUZ CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA (5º APOSTILA) 1. VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO A titulação de precipitação consiste em se determinar a concentração de uma espécie em uma amostra, através de uma reação em composto pouco solúvel. A reação de precipitação deve- se processar praticamente de forma quantitativa (isto é, o precipitado formado deve apresentar um Kps pequeno) no ponto de equivalência, completar-se em tempo relativamente curto e oferecer condições para uma conveniente sinalização do ponto final. Existem vários métodos de titulação de precipitação com caráter específico. Todavia, o método mais importante, e o único com um campo de aplicação mais amplo, é a argentometria, que se baseia na formação de sais (haletos, cianeto, tiocianato) de prata pouco solúveis. Para a determinação do ponto final da titulação podem ser utilizados, conforme o caso, dois tipos de indicadores: indicadores por reações paralelas (compostos que, devido às suas características, reagem com o titulante após o ponto de equivalência, dando produtos facilmente identificáveis) e indicadores de adsorção (compostos orgânicos que tendem a ser adsorvidos na superfície de determinados precipitados). Idealmente, a adsorção ocorre perto do ponto de equivalência e resulta na mudança de cor, e na transferência da cor da solução para o sólido (ou vice-versa). A mudança na coloração se deve à adsorção ou dessorção do corante como conseqüência de uma modificação da dupla camada elétrica em torno das partículas do precipitado na passagem do ponto de equivalência 1.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS O ânion cloreto (Cl-) pode ser determinado por métodos gravimétricos, volumétricos, potenciométricos e colorimétricos. Os métodos volumétricos, como o método de Mohr e Volhard, são extensivamente utilizados em análise de cloretos e foram desenvolvidos no século XVII (Gaines, Parker e Gascho, 1984). O método Mohr é a determinação direta do íon cloreto e o método Volhard é a determinação indireta. 1.1.1. MÉTODO DE MOHR É um método argentimétrico aplicável à determinação de cloreto (Cl -) e brometo Br - ). A solução neutra é titulada com AgNO3, em presença de K2CrO4 , que atua como indicador. Existem fatores importantes a serem considerados no método de Mohr, são elas a concentração do indicador e o pH da solução. Se o pH da solução for inferior a 6,5, a concentração do íon cromato é de tal ordem que o produto de solubilidade do cromato de 2 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. prata, já não é mais atingido e, consequentemente, o indicador deixa de funcionar, uma vez que este sal é muito solúvel em solução ácida. Por outro lado, o pH da solução não deve ser superior a 10,5, porque então precipita hidróxido de prata que posteriormente se decompõem em Ag2O. 1.1.2. MÉTODO DE VOLHARD É um método argentimétrico indireto. a solução nítrica contendo o íon prata é titulada com tiocianato de amônio ou potássio, em presença de íon Fe III, que é adicionado na forma de solução saturada de sulfato de amônio e ferro III. A forma mais simples de aplicação deste método é a determinação de Ag+ por meio da titulação com tiocianato. O método é aplicado a determinação de Cl-, Br- e I- em meio ácido. A solução nítrica contendo os halogenetos é tratada com nitrato de prata em excesso e o excesso de prata é titulado com uma solução de tiocianato. A vantagem com relação ao método de Mohr, reside no fato de que a titulação tem lugar em meio ácido, o que assegura um campo de aplicação mais amplo. Cl AgSCNSCN AgCl 1.1.3. MÉTODO DE FAJANS - INDICADOR DE ADSORÇÃO Os indicadores de adsorção foram introduzidos por Fajans. São corantes orgânicos, ácidos ou bases fracos (ânionicos ou catiônicos, respectivamente), que acusam o ponto final através de uma mudança de coloração sobre o precipitado. A mudança de coloração se deve à adsorção ou à dessorção do corante como conseqüência de uma modificação da dupla camada elétrica em torno das partículas do precipitado na passagem do ponto estequiométrico. Assim, o aparecimento ou o desaparecimento de uma coloração sobre o precipitado servem para sinalizar o ponto final da titulação. Um exemplo de indicador de adsorção do tipo aniônico é a fluoresceína, que pode ser empregada para acusar o ponto final na titulação de cloreto com nitrato de prata. Em solução aquosa, aquele composto se dissocia parcialmente, fornecendo íons hidrogênio e fluoresceínato. a solução aquosa é verde-amarelada. Consideremos a titulação de uma solução de cloreto com nitrato de prata em presença de fluoresceína. Até o ponto estequiométrico, o ânion fluoresceinato não é apreciavelmente adsorvido pelo precipitado. e aquele ânion é repelido pelas partículas de AgCl negativamente carregadas com a adsorção de íons Cl 1- . A solução apresenta, então, coloração verde-amarelada. Sobrepassado, todavia, o ponto estequiométrico, as partículas de AgCl tornam-se positivamente carregadas com a adsorção de íons Ag 1+ + . nestas condições, os ânions do corante são adsorvidos secundariamente. 3 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. AgCl : Ag + : In - O ponto final é acusado pela mudança de coloração sobre o precipitado, que passa de branco a vermelho, em virtude da deposição de fluoresceínato de prata na superfície do precipitado. Trata-se realmente de um processo de adsorção, pois o produto de solubilidade de fluoresceínato de prata não chega a ser ultrapassado. O processo é reversível e, como tal, o corante retorna à solução com adição de excesso de cloreto. Com os indicadores catiônicos, a adsorção do corante e a coloração do precipitado ocorrem na presença de um excesso de ânion do precipitado, isto é, quando as partículas se tornam negativamente carregadas. As condições essenciais para o bom funcionamento dos indicadores de adsorção são as seguintes: a) O precipitado deve separar-se com uma superfície específica relativamente grande, pois o funcionamento dos indicadores de adsorção envolve fenômenos de superfície. Geralmente, a melhor mudança de coloração é obtida quando uma quantidade considerável do precipitado ainda permanece em estado coloidal no ponto estequiométrico. Grandes concentrações de sais neutros, principalmente de íons polivalentes, são prejudiciais devido ao efeito floculante. As vezes é recomendável a adição de colóides protetores como a dextrina, amido, e outros. b) O corante deve ser firmemente fixado pelo íon primariamente adsorvido pelo precipitado. Na maioria das titulações, o ponto final é assinado pela passagem do corante da solução para a superfície do precipitado. Então, na titulação de um ânion com um cátion precipitante, o indicador deve ser do tipo aniônico. por sua vez, na titulação de um cátion com um ânion precipitante, o indicador deve ser do tipo catiônico. Com indicadores catiônicos no primeiro caso, e aniônicos, no segundo, o ponto final é observado pela dessorção do corante. Há casos raros em que o corante se mantém adsorvido durante toda a titulação, mas sofre uma mudança de coloração na passagem do ponto estequiométrico. c) A nitidez do ponto final e a localização deste com relação ao ponto estequiométricosomente são satisfatórias em condições favoráveis das adsorbabilidades relativas dos íons presentes. A adsorbabilidade de íons análogos aumenta com a diminuição da solubilidade de seus compostos com o íon de carga oposta do adsorvente. Assim, a adsorbabilidade dos íons haletos de prata aumenta na ordem Cl - < Br - < I - . por sua vez, para a fluoresceína e derivados a ordem é: fluoresceína < eosina < eritrosina. A possbilidade de se usar fluoresceína, bem como os dois mencionados derivados, na titulação de haletos com nitrato de prata, depende das adsorbabilidades relativas do íon haleto e do ânion do corante sobre o haleto de prata. A eritrosina é tão fortemente adsorvida que mesmo o íon iodeto não pode competir com o corante. o ânion do corante é adsorvido antes do ponto estequiométrico. Conseqüentemente, a 4 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. eritrosina não se presta para a titulação de qualquer dos três haletos com nitrato de prata. A eosina é ainda bastante fortemente adsorvida. não pode atuar como indicador na titulação de cloreto, mas utilizável na titulação de brometo e iodeto. A fluoresceína é adequada para a titulação dos três haletos. d) O pH da solução deve ser ajustado, a fim de que possa ocorrer uma apreciável ionização do corante. A faixa de pH dentro da qual um corante é capaz de atuar como indicador de adsorção depende largamente da sua constante de ionização. Assim, a fluoresceína, que é um ácido muito fraco (pKa = 8), em pH 7 tem sua ionização reprimida, tanto que a concentração do respectivo ânion se torna insuficiente para acusar mudança de coloração satisfatória. A diclorofluoresceína, que é um ácido mais forte, é capaz de atuar em meio fracamente ácido (pH 4). A eosina, ácido mais forte, é usada em soluções ácidas com pH até 2. 1.2. MÉTODO DE MOHR 1.2.1. PREPARO DA SOLUÇÃO-PADRÃO DE NITRATO DE PRATA (AgNO3) APROXIMADAMENTE 0,05M Medir exatamente 4,25g de AgNO3, transferir para um béquer de 50 ml e dissolver com água destilada. Transferir quantitativamente do béquer para um balão volumétrico de 500,0 ml. Completar o volume com água destilada e homogeneizar. Armazenar a solução de AgNO3 em frasco escuro. 1.2.2. PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO DE NITRATO DE PRATA (AgNO3) APROXIMADAMENTE 0,05 M COM CLORETO DE SÓDIO SEGUNDO O MÉTODO DE MOHR No método de Mohr, o pH da solução a ser titulada deve estar entre 6,5 e 10,5. Desse modo, se necessário, o pH da solução a ser titulada deve ser corrigido. Se a solução titulada estiver com pH abaixo de 6,5, deve ser neutralizada com hidrogenocarbonato de sódio puro. Entretanto, se a solução titulada estiver com pH acima de 9,0, neutralizar com ácido acético concentrado, usando fenolftaleína como indicador, e, ao final, acrescentar de 0,4 g de CaCO3. PROCEDIMENTO Dissolver cerca de 0,8g de cloreto de sódio (massa = ) em um béquer de 50 ml, com água destilada, e transferir quantitativamente para um balão volumétrico de 200,0 mL. Completar o volume e homogeneizar. Pipetar 20,00 mL da solução preparada para um erlenmeyer, adicionar 0,8 ml de cromato de potássio 5% m/v como indicador. Titular lentamente com a solução de nitrato de prata aproximadamente 0,05 M até o aparecimento da coloração avermelhada. Efetua-se uma prova em branco mediante adição a um, volume de água destilada igual ao da solução na prova real, 0,8 mL da solução do indicador e cerca de 0,25g 5 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. de carbonato de cálcio (isento de cloreto). Titula-se com a solução de nitrato de prata aproximadamente 0,05M. Faz-se a correção e calcula-se a molaridade real. 1.3. MÉTODO DE VOLHARD 1.3.1. PREPARO DA SOLUÇÃO DE TIOCIANATO DE POTÁSSIO (KSCN) APROXIMADAMENTE 0,05 M Medir exatamente 0,972 g de KSCN e anotar a massa mantendo esta precisão. transferir para um béquer de 50 ml e dissolver com água destilada. Transferir quantitativamente a solução do béquer para um balão volumétrico de 200,0 ml. Completar o volume com água destilada e homogeneizar. 1.3.2. PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO DE TIOCIANATO DE POTÁSSIO (KSCN) APROXIMADAMENTE 0,05 M PROCEDIMENTO Pipetar 20,00 ml de solução de solução de AgNO3 padronizada (0,05 M fc= ) para frasco erlenmeyer, adicionar 5,0 ml de solução de HNO3 6,0 M e 1,0 ml de solução do indicador Fe 3+ . Titular com solução de KSCN a ser padronizada, agitando vigorosamente até o aparecimento de coloração avermelhada. Anotar o volume consumido de KSCN. Repetir a titulação. 1.4. DETERMINAÇÃO DA PORCENTAGEM DE IODETO NA AMOSTRA PELO MÉTODO DE VOLHARD. Dissolver aproximadamente cerca de 1,66 g da amostra que contém íon I - em um béquer de 50 ml, com água destilada, e transferir quantitativamente para um balão volumétrico de 200,0 ml. Completar o volume e homogeneizar. Pipetar 20,00 ml de solução de amostra que contém I - para um frasco erlenmeyer, adicionar 50,00 ml de solução de AgNO3 0,05M (fc = ) padrão com uma pipeta volumétrica, 5,0 ml de solução de HNO3 6 M e 1,0 ml de solução de Fe 3+ . Titular com solução de KSCN 0,05 M (fc = ) padronizada, agitando vigorosamente, até aparecer à coloração avermelhada. Anotar o volume consumido de KSCN. Repetir a titulação. Calcular a % m/m de iodeto na amostra original. 1.5. MÉTODO DE FAJANS – INDICADOR DE ADSORÇÃO 1.6. DOSAGEM DE IODETO COM SOLUÇÃO-PADRÃO DE AgNO3 0,05 M COM O INDICADOR DE ADSORÇÃO EOSINA A eosina é utilizada nas titulações argentimétricas de brometo, iodeto e tiocianato. O indicador é capaz de atuar em meio fortemente moderadamente em meio ácido. O indicador é utilizado na forma de solução aquosa do sal de sódio a 0,5%. O ponto final é dado quando o precipitado se cora de vermelho. 6 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. PROCEDIMENTO Dissolver aproximadamente cerca de 1,66 g da amostra que contém íon I - em um béquer de 50 ml, com água destilada, e transferir quantitativamente para um balão volumétrico de 200,0 ml. Completar o volume e homogeneizar. Pipetar 20,00 ml de solução de amostra que contém I - para um frasco erlenmeyer. Adicionar 80 ml de água destilada, 1 ml de ácido acético reagente e 10 gotas de eosina. Titular com solução de AgNO3 0,05 M até a indicação final. Calcular o teor m/m do I 1- e dar a equação da reação. 1.7. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO DE VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÂO 1. Qual o fundamento do método de Mohr ? 2. Qual o fundamento do método de Volhard ? 3. Descreva sucintamente o comportamento de um indicador de adsorção aniônico (tipo fluoresceína ) durante a titulação do cloreto de sódio por nitrato de prata . 4. Determinou-se o teor em cloreto numa solução salina pelo método de Volhard. Uma alíquota de 10,00 mL foi tratada com 15,00 mL de uma solução padrão de AgNO3 0,1182 M. O excesso de prata foi titulado com uma solução padrão de KSCN 0,101 M, sendo necessário 2,38 mL para atingir o ponto de equivalência de Fe(SCN) 2+ . Calcule a concentração de cloreto na solução salina, em g/L. Resposta: 5,43 g/L. 5. Titulou-se 25,00 mL de uma solução contendo 0,0311 M de Na2C2O4 com La(ClO4)3 0,0257 M, havendo a precipitação de oxalato de lantânio: Qual o volume de perclorato de lantânio necessário para atingir o ponto de equivalência? Resposta:20,17 mL. 6. Quais os requisitos para que uma reação possa ser empregada em volumetria de precipitação? 7. Como a diluição das soluções e a solubilidade do precipitado afetam a curva de titulação? 8. Por que na titulação pelo método de Volhard utiliza-se ácido nítrico? 9. Por que na titulação de cloretos pelo método de Volhard devemos adicionar um solvente orgânico, a saber: nitrobenzeno. 7 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. 10. Em um béquer colocamos 20,0 ml de uma solução de KCl e gotas de uma solução de cromato de sódio. Da bureta, deixamos cair solução 0,1000 M de AgNO3, gastando-se 9,00 ml desta solução até aparecimento de precipitado vermelho persistente. Pede-se a concentração em molar da solução em análise. (Dados: M.M (KCl) = 74,45 g/mol). 11. Defensivos agrícolas são intensamente usados na proteção das plantações. A concentração do produto aplicado prescrita por agrônomos depende da pureza do produto. O Captan é um fungicida de contato de excelente ação protetiva que dura de 7 a 14 dias, e usado como substituto da calda bordalesa numa formulação 0,5 % Ë especialmente eficiente contra a praga da ferrugem. Na sua forma pura é uma substância cristalina branca, com ponto de fusão de 175 C, pouco solúvel em água (menos que 0,5 mg L -1 a 25 C, mas bem solúvel em acetona e etanol). Um produto de grau técnico, de cor acinzentada, com ponto de fusão 164 C, foi levado a um laboratório químico para a análise. Uma amostra de 0,5500g foi pesada e corretamente manipulada para se proceder à hidrólise e subseqüente liberação dos íons cloretos. A seguir foi cuidadosamente tratado com 50,00 mL de solução padrão de AgNO3 0,1 mol L -1 . O excesso destes íons Ag 1+ foi titulado com outra solução padrão de KSCN 0,05 mol L - 1 , gastando-se 8,50 mL até se atingir o ponto final da titulação . Com estes valores qual era o grau (%) de pureza do produto técnico? (Captan – massa molar =292,53 g mol -1 ). C C N O O O O C C NS CCl3 + 2H2O H + 3HCl + CO2 + S Captan Tetrahidroftalimida 12. 1,998g de uma amostra contendo Cl 1- e ClO4 1- foi dissolvida em água suficiente para 250 mL de solução. Uma aliquota de 50 mL requer 13,97 mL de uma solução de AgNO3 0,08551 molar para titular o Cl 1- . Uma Segunda aliquota de 50 mL foi tratada comV2(SO4)3para reduzir o ClO4 1- para Cl 1- : ClO4 1- + 4 V2(SO4)3 + H2O → Cl 1- + 12 SO4 2- + 8VO 2+ + 8H 1+ A titulação para redução da amostra requer 40,12 mL da solução de AgNO3. Calcule a porcentagem de Cl 1- e ClO4 1- na amostra. 8 Apostila de aula prática de Química analítica quantitativa. Curso Licenciatura em Química. Turma: 2016/1. Dr. Frederico S. Fortunato e MSc. Max José Belo de Souza. REFERÊNCIAS HARRIS, D. Análise química quantitativa. 7 Ed. Rio de Janeiro: LTC., 2008. POSTMA, J. M.; Jr. ROBERTS, J. L.; HOLLENBERG, J. L. Química no laboratório. 5 a Ed. Barueri,SP: Manole, 2009. OHLWEILER, O. A. Química Analítica Quantitativa. 4 a 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. 8 a Ed. São Paulo: Thomson., 2006 ANOTAÇÃO
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