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CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA INTEGRADO AO ENSINO MÉDIO Eduarda Guimarães Luísa Biesek Raiane Antunes Stefania Scopel DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO EM CASCA DE OVO E DUREZA TOTAL EM ÁGUA Profª Samara Garcia Caxias do Sul 2016 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 3 2. OBJETIVO ........................................................................................................................... 5 3. PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................. 6 3.1. Materiais e reagentes ....................................................................................................... 6 3.2. Procedimento experimental ............................................................................................. 6 3.2.1. Preparo da amostra ................................................................................................... 6 3.2.2. Preparo da solução de EDTA ................................................................................... 7 3.2.3. Preparo da solução de cálcio padrão ........................................................................ 7 3.2.4. Titulação da solução amostra com EDTA ............................................................... 7 3.2.5. Padronização da solução de EDTA .......................................................................... 7 3.2.1. Determinação da dureza total em água .................................................................... 8 3.3. Esquema de aparelhagem ................................................................................................ 8 3.4. Cálculos ........................................................................................................................... 8 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 11 4.1. Porcentagem de CaCO3 ................................................................................................. 11 4.2. Quantidade de Ca2+ ....................................................................................................... 12 4.3. Dureza da água .............................................................................................................. 12 5. CONCLUSÕES .................................................................................................................. 13 6. REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 14 3 1. INTRODUÇÃO A titulação complexométrica com o EDTA é uma técnica de análise volumétrica na qual a formação de um complexo colorido é usado para indicar o ponto final da titulação (SCHIAVO, DE OLIVEIRA, & SATI, 2013). Envolve as reações entre íons metálicos e um agente ligante multidentado (ou ligante quelante) com formação de um complexo suficientemente estável. Esse grupo formado por um íon metálico e seus grupos ligantes é chamado de íon complexo. Complexos formados com ligantes polidentados (isto é, ligantes capazes de ocupar várias posições de coordenação), como é o caso do EDTA, são chamados quelatos (SATI, 2013). Os complexos quelantes são os mais estáveis na maioria das vezes. O quelante mais usado na química analítica é o EDTA. O nome EDTA é uma abreviatura prática para o ácido etilenodiaminotetracético, um composto muito usado em análise quantitativa, que forma complexos estáveis com a maioria dos íons metálicos na proporção 1:1 (HARRIS, 2007). Na reação entre um íon metálico e o H2Y 2-, é preciso considerar a competição do íon hidrogênio. Os íons metálicos que formam complexos metálicos menos estáveis podem ser satisfatoriamente titulados em solução alcalina, por outro lado, os íons metálicos cujos complexos são muito estáveis, podem ser titulados mesmo em solução ácida. O pH mínimo admissível para a titulação de um íon metálico depende da constante de formação (ou de estabilidade) do seu complexo (SATI, 2013). Os valores das constantes de formação para a maioria dos complexos de EDTA são muito grandes e tendem a serem ainda maiores quanto maiores forem as cargas positivas dos cátions a serem complexados (HARRIS, 2007). Assim, para ter qualquer equilíbrio propriamente definido, o pH da mistura da solução terá que ser tamponada; igualmente importante é a concentração dos prótons, H+, que pode competir com os íons Mn+, deve ser mantido rigorosamente constante (SHIUNDU, 2002). Além do titulante (EDTA), certas substâncias presentes em solução podem formar complexos com os íons metálicos e, como consequência, competir com a reação básica da titulação. Esses complexantes são algumas vezes adicionados propositalmente para eliminar interferências e, neste caso, são chamadas de agentes mascarantes (BACCAN, DE ANDRADE, GODINHO, & BARONE, 1979). Para detectar o ponto final da titulação com o EDTA, é comum usar um indicador para íons metálicos, geralmente corantes orgânicos, que variam de cor quando se ligam a um íon metálico (FREIRE, 2015). 4 Para a eficácia do indicador, o mesmo deve se ligar ao metal mais fracamente que o EDTA (HARRIS, 2007). Os indicadores normalmente usados são: Negro de Eriocromo T, Calmagita, Arsenazo I,Alaranjado de xilenol, Murexida e Calcon. O índice da dureza da água é um dado muito importante, usado para avaliar a sua qualidade. Denomina-se dureza total a soma das durezas individuais atribuídas à presença de íons cálcio e magnésio. Outros cátions que se encontram associados a estes dois, por exemplo: ferro, alumínio, cobre e zinco, geralmente são mascarados ou precipitados antes da determinação (BACCAN, DE ANDRADE, GODINHO, & BARONE, 1979). O cálcio é um mineral de extrema importância para o organismo, sobretudo para a mineralização óssea, sendo que as necessidades deste mineral são relativamente maiores nos períodos de gestação, lactação, adolescência e senescência (NAVES, FERNANDES, PRADO, & TEIXEIRA, 2007). 5 2. OBJETIVO Esta prática teve como objetivo determinar a porcentagem de cálcio (CaCO3) em casca de ovo, e a dureza total em água. 6 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. Materiais e reagentes Almofariz e pistilo Balão volumétrico de 250 mL Béquer de 250 mL Bureta de 25 mL Cápsula de porcelana Erlenmeyer de 250 mL Pera de sucção Pipeta graduada de 5 mL Pisseta 3 Cascas de ovo Ácido clorídrico (6 mol/L) Cloreto de cálcio EDTA sal dissódico Preto de eriocromo T Solução tampão de NH3/NH4Cl. 3.2. Procedimento experimental 3.2.1. Preparo da amostra Primeiramente, realizou-se o preparo das amostras de casca de ovo, quebrando-os e desprezando a clara e a gema. Essas cascas foram lavadas com água da torneira e água destilada, sendo a massa das três pesadas em uma balança analítica (𝑚𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴𝑆 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 = 12,1666 𝑔), e feito isso, colocadas em uma estufa, onde ficaram pelo período de uma semana em uma temperatura média de 75°C. Após o retiro da estufa, pesou-se a massa novamente (𝑚𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴𝑆 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 = 10,9224 𝑔). Utilizando um erlenmeyer como recipiente, trituraram-se as amostras com o almofariz e o pistilo, a fim de se obter um pó relativamente fino para a pesagem desses, tendo os seguintes valores encontrados: 𝑚𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 1 = 0,2020 𝑔, 𝑚𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 2 = 0,2505 𝑔 e 𝑚𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 3 = 0,2169 𝑔. Adicionou-se 4 mL de HCl (6mol/L) em cada recipiente para a diluição das amostras, e depois, mais 35 mL de água destilada com o objetivo de diminuir o risco de erros sistemáticos na prática. Para manter o pH do analito praticamente invariável, utilizou-se uma solução tamponada de NH3/NH4Cl, e 7 uma ponta de espátula de indicador Preto de Eriocromo T, para facilitar a observação do ponto de viragem. 3.2.2. Preparo da solução de EDTA Pesou-se 12,3631 g de EDTA na balança analítica, e transferiu-se para um balão volumétrico de 250 mL, onde foi completado com água destilada até o menisco, para a dissolução do sal dissódico. 3.2.3. Preparo da solução de cálcio padrão Foram pesados 0,5009 g de CaCl2 na balança analítica, e depois transferiu-se tal massa para um erlenmeyer de 250 mL, onde foi-se acrescentado, na capela e com o auxílio da pipeta graduada, um volume de 2 mL de solução de HCl (proporção 1:1), até a dissolução de todo cloreto. Por fim transferiu-se para um balão volumétrico de 250 mL, onde a solução foi homogeneizada e completada com água destilada até o menisco. 3.2.4. Titulação da solução amostra com EDTA Por conta do longo período que as soluções amostras teriam de ficar inutilizadas, as mesmas foram tituladas antes da padronização da solução de EDTA. Para cada solução amostra, um volume de EDTA que estava na bureta foi gasto, sendo: 𝑉𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 1 = 15,6 𝑚𝐿, 𝑉𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 2 = 18,3 𝑚𝐿 e 𝑉𝐶𝐴𝑆𝐶𝐴 𝐷𝐸 𝑂𝑉𝑂 3 = 15,5 𝑚𝐿. 3.2.5. Padronização da solução de EDTA Pipetou-se 25 mL da solução padrão de cálcio e a transferiu para um erlenmeyer de 250 mL, acrescentando 50 mL de água destilada, 2 mL da solução tamponada de NH3/NH4Cl e uma ponta de espátula do indicador Preto de Eriocromo T, repetindo-se o processo em triplicata. Assim como na titulação realizada anteriormente, para cada solução analisada, um volume de EDTA foi gasto, ocorrendo um erro grosseiro na análise da solução três, sendo: 𝑉𝐸𝐷𝑇𝐴 1 = 3,5 𝑚𝐿, 𝑉𝐸𝐷𝑇𝐴 2 = 3,5 𝑚𝐿 e 𝑉𝐸𝐷𝑇𝐴 3 = 8,0 𝑚𝐿 (erro grosseiro). Após isso, efetuou- se uma prova em branco, a fim de observar a presença de alguma contaminação dos reagentes; adicionou-se 2,5 mL de água destilada mais 2 mL da solução tampão utilizada nessa prática. 8 3.2.6. Determinação da dureza total em água Adicionou-se em um erlenmeyer de 250 mL: 25 mL de amostra de água, 2 mL de solução tamponada, mais 50 mL de água destilada para a diluição e finalmente uma ponta de espátula de Preto de Eriocromo T, novamente em triplicata. Titulou-se com a solução de EDTA (0,1289 mol L⁄ ), lentamente e com agitação, onde os volumes de EDTA consumidos até o ponto de viragem foram: 𝑉𝐸𝐷𝑇𝐴 1 = 7,6 𝑚𝐿, 𝑉𝐸𝐷𝑇𝐴 2 = 7,8 𝑚𝐿 e 𝑉𝐸𝐷𝑇𝐴 3 = 7,6 𝑚𝐿. 3.3. Esquema de aparelhagem 3.4. Cálculos Para a determinação de cálcio utilizou-se os seguintes cálculos: 0,5009 g de CaCl2 ----- 250 mL X g de CaCl2 ----- 25 mL (ALÍQUOTA) X = 0,05009 g de CaCl2 Figura 1. Utilizou-se tal aparelhagem com o objetivo de realizar o procedimento de titulação, no experimento. 9 AMOSTRA OVO 2 V1+V2 2 ⟹ 3,5+3,5 2 ⟹ VEDTA = 3,5.10-3 L 1 mol de CaCl2 ----- 1 mol de EDTA 111 g ----- 372,3 g 0,05009 g ----- Xg X = 0,1680 g de EDTA MEDTA = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 MM𝐸𝐷𝑇𝐴 . VEDTA MEDTA = (0,1680) (372,3) . (3,5.10−3) 𝐌𝐄𝐃𝐓𝐀 = 𝟎, 𝟏𝟐𝟖𝟗 𝐦𝐨𝐥 𝐋⁄ 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de EDTA 100 g ----- 372,3 g X g ----- 0,7486 g X = 0,2010 g de CaCO3 ⟹ 0,2020 g de amostra ----- 100% 0,2010 g de CaCO3 ----- X% X = 99,5% de CaCO3 na amostra 1. M = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 MM . V 0,1289 = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 (372,3) . (0,0156) mEDTA = 0,7486 g ⟹ 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de Ca2+ 100 g ----- 40 g 0,2010 g ----- X g X = 0,0804 g = 80,4 mg de Ca+ 80,4 mg de Ca+ ----- 0,2020 g de amostra X mg ----- 1 g de amostra X = 398,01 mg de Ca2+ em 1g de amostra 1. 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de Ca2+ 100 g ----- 40 g 0,2359 g ----- X g X = 0,09436 g = 94,36 mg de Ca2+ 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de EDTA 100 g ----- 372,3 g X g ----- 0,8782 g X = 0,2359 g de CaCO3 0,2505 g de amostra ----- 100% 0,2359 g de CaCO3 ----- X% X = 94,17% de CaCO3 na amostra 2. M = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 MM . V 0,1289 = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 (372,3) . (0,0183) mEDTA = 0,8782 g AMOSTRA OVO 1 10 AMOSTRA OVO 3 Já para a determinação da dureza em água, utilizou-se os seguintes cálculos: 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de Ca2+ 100 g ----- 40 g 0,1998 g ----- X g X = 0,07992 g = 79,92 mg de Ca2+ 79,92 mg de Ca+ ----- 0,1998 g de amostra X mg ----- 1g de amostra X = 400 mg de Ca2+ em 1g de amostra 3. 94,36 mg de Ca+ ----- 0,2359 g de amostra X mg ----- 1 g de amostra X = 400 mg de Ca2+ em 1g de amostra 2. 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de EDTA 100 g ----- 372,3 g X g ----- 0,7438 g X = 0,1998 g de CaCO3 0,2169 g de amostra ----- 100% 0,1998 g de amostra ----- X% X = 92,12% de CaCO3 na amostra 3. M = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 MM . V 0,1289 = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 (372,3) . (0,0155) mEDTA = 0,7438 g MEDTA = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 MM𝐸𝐷𝑇𝐴 . VEDTA 0,1289 = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 (372,3) . (7,66.10−3) mEDTA = 0,3676 g MEDTA = 0,1289 mol L⁄ 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de EDTA 100 g ----- 372,3 g X g ----- 0,3676 g X = 0,09873 g de CaCO3 0,09873g ----- 25mL Xg ----- 103mL X = 3,9492g em 1 L 1 g ----- 103 mg 3,9492 g ----- X mg X = 𝟑𝟗𝟒𝟗, 𝟐 𝐦𝐠 𝐋⁄ 11 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1. Porcentagem de CaCO3 A dureza e a resistência das cascas de ovo, bem como as utilizadas em amostra no experimento realizado, correspondem a um sólido cristalino de fórmula molecular CaCO3, que para sua formação é necessário um processo de calcificação, sendo esse uma reação de precipitação: As três amostras utilizadas, trituradas com o objetivo de obter melhor análise, são dissolvidas em HCl (6 mol/L), e após colocadas em meio aquoso, para assim ter a formação do íon Ca2+, apresentado nas reações 2 e 3. Em seguida, adiciona-se a solução tampão para manter o pH 10, juntamente com o indicador Preto de Eriocromo T, que quando adicionado em excesso, pode causar um erro relevante ao final da titulação. Com tal indicador, tem-se o ponto de viragem mais facilmente visualizado devido a modificação de sua cor, sendo perceptível somente acima de pH’s ≅ 6,5.A fórmula descrita, foi-se executada nas três amostras, com três volumes diferentes, consequentemente, resultando em diferentes massas de EDTA (m1, m2 e m3). A partir dessas, relaciona-se com CaCO3 1:1, a fim de atingir a porcentagem do mesmo na amostra , como mostrados nos cálculos a seguir: Ca2+(aq) + CO3 2- (aq) ⇌ CaCO3(s) Reação 1. CaCO3(s) + 2HCl ⇌ CO2(g) + CaCl2(aq) + H2O(l) Reação 2. CaCl2(aq) ⇌ Ca2+ + H2O(aq) + 2Cl-(aq) Reação 3. 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de EDTA 100 g ----- 372,3 g X g ----- mEDTA g X = mCaCO3 g Fórmula 1. M = 𝑚 MM . V g mCASCA DE OVO----- 100% mCaCO3 g ----- X% X = % de CaCO3 na amostra. 12 Para cada amostragem, chegou-se a certa porcentagem, sendo essas iguais a 99,5% de CaCO3 na amostra 1, 94,17% de CaCO3 na amostra 2 e 92,12% de CaCO3 na amostra 3. Comparando com pesquisas que trabalharam baseadas na mesma análise de CaCO3, almeja-se um resultado próximo a 99% de tal substância na amostra. 4.2. Quantidade de Ca2+ Com o objetivo de observar as amostras com diferentes cálculos, comparando agora o composto CaCO3 com a quantidade em miligramas de Ca² + por 1 g amostra, obtêm-se 398,01 mg de Ca2+ em 1 g de amostra 1 e 400 mg de Ca2+ em 1 g de amostra 2 e 3: 4.3. Dureza de água Para consumo humano, a dureza da água está relacionada com a concentração dos íons cálcio e magnésio, onde geralmente, ultrapassa em muito a de outros íons. Por conseguinte, a dureza da água no atual experimento, é expressa através da concentração de carbonato de cálcio correspondente a quantidade total de íons presente na amostra. Uma água é considerada “dura” quando engloba na sua composição valores significativos desses sais e “mole” quando os comporta em pequenas quantidades, como pode-se observar na tabela a seguir: 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de Ca2+ 100 g ----- 40 g mCaCO3 g ----- X g X = X g = X mg de Ca2+ mCa2+ mg----- mCASCA DE OVO X mg ----- 1 g de amostra X = X mg de Ca2+ em 1 g de amostra. Tabela 1. [FONTE: SATI, F. Volumetria de complexação: Determinação de íons Cálcio e Magnésio (dureza da água). São Carlos: Editora UFSCar, 2013.] 13 Na prática realizada, os seguintes cálculos contribuíram para a medição da dureza na água, não sendo ela deionizada. Pode-se perceber então, que a solução aquosa analisada era extremamente dura, com uma concentração de CaCO3 igual a 3949, 2 mg/L. MEDTA = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 MM𝐸𝐷𝑇𝐴 . VEDTA 0,1289 = 𝑚𝐸𝐷𝑇𝐴 (372,3) . (7,66.10−3) mEDTA = 0,3676 g MEDTA = 0,1289 mol L⁄ VEDTA = 7,66L 1 mol de CaCO3 ----- 1 mol de EDTA 100 g ----- 372,3 g X g ----- 0,3676 g X = 0,09873 g de CaCO3 0,09873 g ----- 25 mL X g ----- 103 mL X = 3,9492g em 1 L 1 g ----- 103 mg 3,9492 g ----- X mg X = 𝟑𝟗𝟒𝟗, 𝟐 𝐦𝐠 𝐋⁄ 14 5. CONCLUSÕES A análise de carbonato de cálcio nas cascas de ovo apresentou concentrações entre 90- 99%, sendo esses valores reais, quando comparados a outras análises feitas com o mesmo padrão, próximos a valores teóricos esperados. Precisa-se considerar a diferença na alimentação das galinhas, assim como o clima do local onde ambas sobrevivem (JUNQUEIRA, 2016). A análise da dureza da água apresentou um resultado de 3949, 2 mg/L. Segundo a portaria Min. da Saúde N.º 2.914 de 14 de dezembro de 2011, para ser considerada potável a água deve ter um limite de 500 mg/L de CaCO3 (Min. da Saúde, 2011). O resultado encontrado excedeu tal quantidade, concluindo-se a partir da análise dessa água, que a mesma é muito dura. Percebe-se, com esse experimento, que a titulação de complexação se faz presente nas nossas vidas, desde a análise da água que bebemos, até a análise dos nossos alimentos. 15 6. REFERÊNCIAS BACCAN, N. et al. Química Analítica Quantitativa Complementar. Campinas: Editora Edgard Blücher ltda, 1979. BRASIL. Portaria n. 2914, de 12 de dezembro de 2011. Ministério da Saúde, 2011. Capítulo V. FREIRE, A. S. Volumetria de Complexação ou Complexometria. 2015. HARRIS, D. C. Análise Química Quantitativa . New York and Basingstoke: Editora W.H. Freeman and Company, 2007. JUNQUEIRA, O. M. O cálcio e a ave de postura. Disponível em: <http://www.ahoradoovo. com.br/com-a-palavra/artigos-tecnicos/?id=44%7Co-calcio-e-a-ave-de-postura>. Acesso em: 28 abr. 2016. NAVES, M. M., FERNANDES, D. C., PRADO, C. M., & TEIXEIRA, L. S. Fortificação de alimentos com o pó da casca de ovo como fonte de cálcio. Ciência e Tecnologia de Alimentos, p. 1. Campinas, 24 de Janeiro de 2007. SATI, F. Volumetria de complexação: Determinação de íons Cálcio e Magnésio (dureza da água). São Carlos: Editora UFSCar, 2013. SCHIAVO, E.; DE OLIVEIRA, F. A., & SATI, F. Volumetria de complexação: Determinação de íons Cálcio e Magnésio. São Carlos: Editora UFSCar, 2013. SHIUNDU, P. M. Química 3, Análise Química Volumétrica,. Nairobi, 2002. UFPA. Desenvolvido pela Universidade Federal do Pará. 2001. Apresenta informações gerais sobre química analítica. Disponível em: <http://www.ufpa.br/quimicanalitica>. Acesso em: 9 abr. 2016.
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