Experimento 6 - Determinação do Conteúdo de Nitrogênio em Polímeros

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Disciplina: Química Analítica Experimental
Experimento
Determinação do Conteúdo de Nitrogênio em Polímeros.
1- Tópicos que serão abordados neste experimento
- Análise volumétrica (titulação ácido-base e titulação de retorno)
- Padrão primário
- Indicadores 
- Determinação em branco
- Método de Kjeldahl
2- lntrodução
2.1 - O Método de Kjeldahl
Desenvolvido em 1883, o procedimento de Kjeldahl [1] é um dos métodos mais precisos e com muitas aplicações em laboratórios industriais, clínicos e de pesquisa. O método de Kjeldahl é utilizado para a dosagem de nitrogênio em materiais orgânicos e inorgânicos. O procedimento usual é eficiente para uma ampla variedade de compostos nitrogenados tais como, aminas, aminoácidos, proteínas, alcalóides. Por outro lado, não produz bons resultados para nitratos, cianetos, compostos do tipo azo e derivados da hidrazina. Entretanto, introduzindo certas modificações, o teor de nitrogênio nestes compostos pode ser quantitativamente dosado com excelente precisão. A determinação de nitrogênio no sangue e outros materiais biológicos, em cereais, leite em pó, fertilizantes e polímeros nitrogenados, utilizam o método de Kjeldahl rotineiramente. 
Neste método, a amostra contendo nitrogênio combinado, é primeiramente digerida em ácido sulfúrico em ebulição, que converte todo o nitrogênio ao íon amônio e oxida os demais elementos presentes: 
CH6N orgânico → NH4+ + CO2(g) + H2O
O processo de digestão normalmente é lento e várias modificações foram introduzidas para aumentar sua velocidade. Sulfato de potássio é adicionado para elevar a temperatura de ebulição. Catalisadores tais como, Hg, HgO, CuSO4, Se ou misturas de Se - FeSO4, ao serem adicionados na mistura reacional, favorecem a decomposição da matéria orgânica. Uma parte do H2SO4 é simultaneamente reduzida a SO2 que por sua vez, no meio altamente ácido, facilita a redução do material nitrogenado ao íon amônio. 
Completada a digestão, a solução contendo NH4+ e largo excesso de ácido, é resfriada e cuidadosamente neutralizada seguida de excesso de hidróxido de sódio para converter todo íon amônio em amônia. Esta é destilada por arraste de vapor e recolhida numa solução de ácido bórico, H3BO3 4% (m/v). O íon dihidrogênio borato formado é titulado diretamente com solução padronizada de HCl. No ponto de equivalência, a solução conterá H3BO3 e NH4+. No entanto, é necessário um indicador que tenha a faixa de transição de cor entre pH 5-6. Os indicadores Verde de Bromocresol ou a mistura Verde de Bromocresol-Vermelho de Metila funcionam satisfatoriamente. Uma das principais vantagens é que somente uma solução padronizada (HCl) é necessária, e a concentração exata do ácido bórico não é relevante, pois toda amônia destilada é equivalente ao H2BO3- formado. Por outro lado, é necessário efetuar uma determinação "em branco", para descontar possíveis contaminantes nitrogenados que possam estar presentes nos reagentes. 
2- Objetivos
Determinar nitrogênio total em uma amostra de Nylon 6-6®, material polimérico inerte muito utilizado numa série de aplicações tecnológicas.
3- Parte Experimental
3.1- Materiais
	1 funil pequeno
	espátula
	1 aparelho de Kjeldahl
	1 balão volumétrico de 100 mL
	1 frasco erlenmeyer de 125-150 mL
	1 bureta de 10,0 ou 25,0 mL
	1 proveta de 100 mL
	1 pipeta volumétrica de 20,0 ou 25,0 mL
3.2- Reagentes e soluções
	- Sulfato de sódio anidro, Na2SO4
	- Solução de HCl 0,0100 mol/L
	- Sulfato de cobre, CuSO4 5H2O 
	- Solução padrão de Na2B4O7 0,0100 mol/L
	- Ácido sulfúrico concentrado, H2SO4
	- Solução 0,1% de vermelho de metila
	- Solução de sulfeto de sódio ou potássio
	- Solução concentrada de NaOH 30,0%(m/v)
	- Solução a 4% (m/v) de ácido bórico, H3BO3
	- Amostras de polímero
	- Solução indicadora: 0,1 % de verde de bromocresol + 0,1% vermelho de metila
3.3- Procedimento 
3.3.1- Padronizacão da solucão de HCl ~ 0,0100 mol/L (Esta solução estará pronta)
A solução de HCl a ser utilizada no experimento foi previamente preparada e titulada como a seguir: A solução de HCI ~ 0,01 mol/l foi adicionada em uma bureta de 25,0 mL, previamente limpa e lavada com a própria solução de HCl a ser titulada. Em três erlenmeyers de 125-150 mL, pipetou-se 50,0 mL de água destilada e 5,00 mL da solução padrão de bórax (Na2B4O7.10H2O) e adicionou-se 3-5 gotas de vermelho de metila. A solução foi homogeneizada e titulada com a solução de HCl até a mudança de coloração para rosa. O mesmo procedimento foi repetido para os outros dois erlenmeyers. Os volumes gastos de HCL em cada titulação devem concordar entre 1-3%. O valor médio dos volumes de equivalência foi determinado e a concentração molar real da solução de HCl foi calculada.
B4O7-2 + 2H3O+ + 3H2O → 4H3BO3
3.3.2- Digestão da amostra
Pesar 2,000 g de Na2SO4, 0,6000 g de CuSO4, 0,1000 g de Nylon 6-6® (amostra - anote a massa real pesada) e transferir todos para um frasco de digestão de Kjeldahl previamente limpo, seco e identificado.
Entregar o frasco de digestão para o técnico do laboratório. 
Etapas a serem realizadas pelo técnico: Adicionar à mistura, 1 gota de Hg metálico e 5,00 mL de H2SO4 concentrado. Encaixar os frascos no bloco de aquecimento para evitar respingos durante o processo de digestão, colocar um funil pequeno no gargalo de cada frasco. Aquecer brandamente até que a possível formação de espuma cesse. Então, aumentar a temperatura até completa oxidação, que deve levar cerca de 20 a 35 minutos até que a mistura reacional se torne clara. Concluída a digestão, retirar com cuidado os frascos do bloco de aquecimento e resfriar até a temperatura ambiente. 
Continuação do experimento pelos alunos:
Após a total digestão das amostras e resfriamento do tubo digestor, transferir, quantitativamente, a solução do frasco digestor para um balão volumétrico de 100 mL. Completar o volume até a marca com água destilada e homogeneizar. Pipetar 20,0 mL desta solução e transferir para o frasco digestor. 
Em um erlenmeyer de 125-150 mL, adicionar 20,0 mL de solução de ácido bórico. 
Entregar para o técnico o tubo digestor e o frasco de erlenmeyer. 
3.3.3- Destilação da amônia (etapa a ser realizada pelo técnico)
As instruções de montagem da aparelhagem para a destilação da amônia, serão fornecidas no decorrer do trabalho. Pipetar 20,0 mL da amostra e transferir para o tubo de digestão. Em seguida serão adicionados 5,00 mL de solução alcalina de sulfeto de sódio. Cuidadosamente, adicionar à mistura, 10,0 mL de solução concentrada de NaOH. Essa quantidade é suficiente para neutralizar todo o H2SO4 presente e ainda garantir um excesso de base. Em seguida conectar a entrada de vapor, fechar todas as ligações com cuidado de modo a evitar qualquer vazamento. Ligar o sistema de geração de vapor, e destilar por cerca de 30 minutos para garantir que toda amônia foi transferida e recolhida num erlenmeyer contendo 20,0 mL de solução resfriada de ácido bórico já contendo 3-5 gotas do indicador misto. Lembre-se de colocar a saída do condensador imersa na solução fria do ácido bórico.
Desligar o gerador de vapor, e lavar a parte interna do condensador com alguns mililitros de água destilada, obviamente recolhendo as águas de lavagem no frasco coletor. Retire e lave a ponta do condensador com um pouco de água destilada para não perder solução de ácido bórico, e evitar resultados errôneos. 
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3.3.4- Titulacão de retorno (realizada pelos alunos)
Após a destilação da amônia e coleta da mesma no erlenmeyer contendo o ácido bórico, este será devolvido pelo técnico a cada grupo. Os alunos devem continuar o procedimento, através da realização de uma titulação. 
Titular todo o conteúdo do erlenmeyer com a solução padronizada de ácido clorídrico e observar o ponto de equivalência. O ponto de equivalência será indicado pela mudança da coloração de verde para violeta. Proceder cuidadosamente, para evitar colocar excesso de titulante à solução.Quando perceber que o ponto final está próximo, adicionar o titulante gota-a-gota, sempre mantendo boa homogeneização. 
4- Resultados
Calcular a porcentagem de nitrogênio total na amostra. 
5- Referências Bibliográficas
1. I. M. Kolthoff et aI., Quantitative ChemicaI AnaIysis, Macmillan, 2nd ed., New York,1969
2. A. I. Vogel, Textbook of Quantitative Inorganic AnaIysis, 4th ed., revised by, J. Basset, R. C. Denney, G. H. Jeffery and J. Mendham, Longman, London, 1978. (Existe edição em português pela editora Guanabara Dois) 
3. D. A. Skoog & D. N. West, Fundamentais of Analytical Chemistry, Holt, Rinehart & Winston Inc., New York, 1963. (Existe edições em castelhano). 
4. G. H. Ayres, Analisis Químico Cuantitativo, Harbra, Madrid, 1970. 
5. D. J. Pietrzyk & C. W. Frank, AnaIyticaI Chemistry, 2nd. ed., Academic Press, 
New York, 1979.
6. Skoog. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R., Fundamentos de Química Analítica, Thomson, São Paulo, 2004
7. Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. J. K., Análise Química Quantitativa, LTC Editora, Rio de Janeiro, 2002.
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Universidade Federal de São Carlos - UFSCar
Departamento de Química - DQ / Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET