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Campus Dois Vizinhos QUÍMICA ANALÍTICA Profa. Dra. RENATA PAULA HERRERA BRANDELERO QUÍMICA ANALÍTICA E OUTRAS CIÊNCIAS Campus Dois Vizinhos CIÊNCIAS ANÁLISE DE SOLOS ANÁLISES FITOTÉCNICAS PÓS-COLHEITA PROCESSAMENTO DE ALIMENTOS MELHORAMENTO VEGETAL E ANIMAL QUÍMICA ANALÍTICA � QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA – ÊNFASE NAS PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS ANALITOS (SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS DE INTERESSE) E NA SUA IDENTIFICAÇÃO E SEPARAÇÃO. � QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA – ÊNFASE NOS MÉTODOS ANALÍTICOS PARA QUANTIFICAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DO ANALITO EM UM MEIO (AR, ÁGUA, SOLO, ALIMENTOS...), sendo que os métodos analíticos podem ser clássicos ou instrumentais. � FUNDAMENTO – A química analítica fundamenta-se em reações em solução aquosa que transforma o analito em um produto que se pode analisar por métodos quantitativos ou qualitativos. � Exemplos: Reações de Neutralização – permite avaliar o teor de um ácido através de métodos titulométricos; Reações de Precipitação – permite avaliar o teor de um precipitado, através de métodos gravimétrico; Reação de complexação – permite avaliar um analito através da formação de um complexo que pode ser determinado por titulação (iodometria, argenteometria...) FLUXOGRAMA DOS MÉTODOS ANALÍTICOS PREPARO DE SOLUÇÃO Soluções � Antes de analisar uma substância é preciso transformar em algo que podemos “enxergar” por um método analítico apropriado, este passo envolve reações químicas entre substância que muitas vezes estão em solução. solução. � O preparo de soluções é uma etapa fundamental para a química analítica. � Define-se solução como uma mistura homogênea, ou seja uniforme, entre um soluto e o solvente. O solvente está sempre em maior proporção que o soluto. Tipos de soluções � Soluções líquidas, a solução está na fase líquida. � Soluções sólidas, exemplo as ligas metálicas, como o bronze, o aço-inox, são exemplo de soluções onde o soluto e o solvente estão no estado sólido. Os o soluto e o solvente estão no estado sólido. Os sólidos devem interagir entre si. � Soluções gasosas, tanto o soluto como o solvente estão no estado gasoso. O ar é um exemplo de solução gasosa. Soluções líquidas Nas soluções líquidas nem sempre o soluto e o solvente estão inicialmente no mesmo estado físico. Assim existem soluções líquidas entre: � Líquidos-líquidos. Tanto o soluto como o solvente estão no estado líquido estes para formar uma solução precisam ser estado líquido estes para formar uma solução precisam ser miscíveis, ou seja, devem apresentar a mesma polaridade. Solventes polares dissolvem solutos polares e apolares dissolvem solutos apolares. � Líquidos-sólidos solúveis. Soro fisiológico, sucos, muito medicamentos, muitas soluções químicas. O soluto deve ser solúvel no solvente � Líquidos-gás. Ex. refrigerantes.O soluto está na fase gasosa. Solubilidade �A capacidade de um soluto em dissolver-se em solvente a uma dada temperatura é chamada de solubilidade. �A solubilidade depende da natureza (polaridade, capacidade de interação soluto/solvente) do soluto e do solvente, bem como da temperatura. �Pode-se medir a solubilidade de uma composto pelo coeficiente de �Pode-se medir a solubilidade de uma composto pelo coeficiente de solubilidade que corresponde a massa de um soluto dispersa em 100 g de solvente. �O coeficiente de solubilidade pode ser expresso em uma gráfico da quantidade de soluto em uma quantidade de solvente em uma dada temperatura. Com a elevação da temperatura a interação entre soluto e solvente aumentam e da mesma forma a solubilidade aumenta para processos endotérmicos. Em processos exotérmicos a solubilidade diminuí com o aumento da temperatura. O princípio de Le Châtelier explica a influência da temperatura no equilíbrio de solubilidade. De acordo com a solubilidade podemos classificar as soluções como: � Insaturadas – soluções que estão abaixo do limite definido pelo coeficiente de solubilidade. � Saturadas – a quantidade de soluto e solvente é a mesma do coeficiente de solubilidade, nesta solução a quantidade máxima de soluto está dispersa no solvente. � Saturadas com corpo de fundo – soluções que ultrapassaram o � Saturadas com corpo de fundo – soluções que ultrapassaram o limite definido pelo coeficiente de solubilidade. Campus Dois Vizinhos 4,5 e 8 soluções supersaturadas 3, 10, 6, 9 7 soluções saturadas Campus Dois Vizinhos 1 e 2 soluções insaturadas MECANISMOS DE SOLUBILIDADE � A solubilidade é resultado da afinidade química das substâncias. Como regra geral pode-se dizer: “semelhante dissolve semelhante” � Como definir a semelhança entre as substâncias químicas? � Como definir a semelhança entre as substâncias químicas? � Podemos definir a semelhança entre os compostas pela sua propriedades químicas. A polaridade é uma propriedade importante para definir a semelhança entre os compostos. � Vamos conversar sobre polaridade! Polaridade das substâncias químicas � As moléculas podem ser classificadas quanto a polaridade em polares (existem dipolo entre os elementos que forma 1 ou mais ligação das moléculas) e em apolares (a molécula é formada somente por elementos com a mesma afinidade esomente por elementos com a mesma afinidade e não existem dipolos entre os elementos químicos da molécula ou o momento de dipolo é nulo). � Entenda por dipolos (regiões com carga positiva ou negativa). � Os dipolos são formados por substâncias que apresentam diferença de eletronegatividade o e momento de dipolo diferente de zero. Eletronegatividade � Eletronegatividade – é a capacidade de um elemento químico em atrair elétrons. � Os elétrons são carregados negativamente e assim são atraídos pelo núcleo dos átomos. são atraídos pelo núcleo dos átomos. � Quanto menor o raio atômico (distância entre o núcleo e o elétron mais externo da eletrosfera) o elemento será mais eletronegativo pois os elétrons estão mais atraídos pelo núcleo. Valor do raio atômico AUMENTA A ELETRONEGATIVIDADE A U M E N T A A E L E T R O N E G A T I V I D A D E F O e N são os elementos mais eletronegativos da tabela periódica A U M E N T A A E L E T R O N E G A T I V I D A D E Moléculas Polares e apolares � Observar a ligação entre os átomos que compõem a molécula, a ligação pode ser polar e apolar Moléculas químicas (polaridade) Quais destas moléculas é apolar? Etanol Anfifílica Água Polar Anfifílica Octano (hidrocarboneto da gasolina) Apolar MOMENTO DE DIPOLO – o momento de dipolo é uma soma vetorial da eletronegatividade dos elementos, se for diferente de zero a molécula será polar, para fazer a soma dos momentos de Momento de dipolo será polar, para fazer a soma dos momentos de dipolo é necessário conhecer a geometria analítica da molécula, se a geometria permitir momento de dipolo igual a zero a molécula será apolar. Geometria e Momento de Dipolo Tetraédrica Geometria Linear Geometria L Trigonal angular Piramidal Interações químicas A possibilidade das substâncias realizarem interação química determina a solubilidade, as principais interações químicas são: � Interação por ligação de hidrogênio – é realizada quando o hidrogênio liga-se á atomos com alta quando o hidrogênio liga-se á atomos com alta eletronegatividade. Os elementos F (flúor), O (oxigênio) e N (nitrogênio) são os mais eletronegativos da tabela periódica e realizam ligação de hidrogênio, as ligações de hidrogênio são fracas, mas sãoestabelecidas em grande quantidade o que explica a solubilidade de uma grande quantidade de substância orgânicas (monossacarídios e aminoácidos) em água. Solvatação � Solvatação – é um processo que explica a dissolução de substância iônica, como os sais nestes processo ao solvente envolve os íons até romper o retículo cristalino e ocorrer a solubilização do sal. � A água possui estas propriedades por ser� A água possui estas propriedades por ser formada por dipolos carregados, como cargas opostas atraem-se, os cátions são atraídos pelo dipolo negativo da água, e os ânions são atraídos pelo dipolo positivo da água. Quando a energia de hidratação é maior que a energia reticular o sal dissolve-se. Dissociação/Ionização � Dissociação/Ionização: Os compostos que em água dissociação/ionizam em íons carregados são polares e o processo de dissociação/ionizaçao ocorre quando o soluto reage com a água. Os ácidos e as bases realizam este processo.realizam este processo. � Ionização (envolve ligações covalentes); Dissociação (envolve ligações iônicas). � HCl + HOH ↔ H3O+ + Cl- (ionização) � NH3 + HOH↔ NH4 + + OH- (ionização) � NaOH + HOH Na+ + OH- (dissociação) � C2H4O2 +HOH C2H3O2 - + H3O + (dissociação) PROCEDIMENTO PADRÃO Concentração de soluções �A razão numérica entre a quantidade de soluto e o volume da solução é chamada de concentração da solução. �A concentração pode ser expressa em unidades de concentração, as unidades de concentração mais utilizadas são: molaridade, normalidade, ppm, ppb, percentual em massa/massa, massa/volume, volume/volume. Unidades de Concentração � Concentração molar (número de mol do soluto dissolvido por litro de solução); � Concentração normal (número de equivalentes de soluto dissolvido por litro de solução);soluto dissolvido por litro de solução); � Concentração percentual (quantidade de massa em uma solução expressa como uma percentagem da massa total) � Concentrações em ppm (μg/mL ou mg/L), ppb (ng/mL ou μg/L ) Concentração Molar � É uma unidade de concentração onde a massa é expressa em número de mol por volume da solução em litros. É representada por M e dada em mol/L nmol M = gmassa nmol )( = � Se Massa molar é MM, então temos: )(LVs nmol M = MolarMassa gmassa nmol )( = VsMM m M . = Mol e Massa Molar � 1 mol = 6,02 x 1023 átomos ou moléculas. Os átomos são constituídos por prótons, nêutrons e elétrons que ocupam lugar no espaço e apresentam massa. � 1mol de oxigênio pesam 16 g, assim o peso atômico é 16g/mol. � 1 mol de água pesam 18 g, assim a massa molar é igual a 18g/mol. Normalidade (L) solução da Volume gramas eequivalent de número eNormalidad = Campus Dois Vizinhos E m eequivalentn =. VsE m N . = Campus Dois Vizinhos Normalidade CONCENTRAÇÃO PERCENTUAL CONCENTRAÇÃO ppm e ppbCONCENTRAÇÃO ppm e ppb Campus Dois Vizinhos 1. Descreva a preparação de 2,0 L de BaCl2 0,108 mol.L-1, a partir do BaCl2.2H2O (244,3 g/mol) 2. Calcular a concentração molar de etanol em uma solução aquosa que contém 2,30g de C2H5OH (46,07 g/mol) em 3,5 L de solução. 3. Calcular as concentrações molares e de equilíbrio para as espécies do soluto presentes em uma EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO - sala 3. Calcular as concentrações molares e de equilíbrio para as espécies do soluto presentes em uma solução aquosa que contém 285 mg de ácido tricloroacético, Cl3CCOOH (163,4 g/mol) em 10 mL ( o ácido é 73 % ionizável em água). 4. Descreva a preparação de 10 mL de uma solução de HCl com concentração igual 6N a partir de uma solução concentrada com 1,18 de gravidade específica e 37% (m/m) de HCl. 5. Descreva a preparação de 1000 mL de uma solução de H2SO4 com concentração igual a 0,1 N a partir de um solução concentrada com 1,84 de gravidade específica e 98% (m/m) de H2SO4. 6. Descreva a preparação de 500 mL de uma solução de Ca(0H)2 a 0,7%. Campus Dois Vizinhos Diluições de soluções � A concentração é uma relação de soluto e solvente, assim podemos expressar uma solução como: massa soluto/volume de solvente (concentração em m/v).Diluição significa adicionar mais água em uma solução para diminuir a concentração. Campus Dois Vizinhos � A massa pode ser expressa em número de mol (n), ou seja m/M, onde m é a massa de soluto e M (massa molar). � A concentração fica igual a: C= n/V. Esta fórmula implica que a relação entre concentração e volume é inversamente proporcional. � No processo de diluição a massa é uma constante o que muda é o volume, assim n1=C1V1 (solução mãe), na solução diluída (solução trabalho) n2=C2V2, se n1=n2 então C1V1=C2V2. � Assim é possível calcular o volume para diluir uma solução até atingir um concentração desejada. Campus Dois Vizinhos Campus Dois Vizinhos � 1) Para preparar 1,2 litros de solução 0,4M de HCl, a partir do ácido concentrado (16M), o volume de água, em litros, a ser utilizado será? � 2)Na preparação de 500mL de uma solução aquosa de H2SO4 de concentração 3 mol/L, a partir de uma solução de concentração Exercícios de Fixação - sala Campus Dois Vizinhos 2 4 concentração 3 mol/L, a partir de uma solução de concentração 15mol/L do ácido, deve-se diluir o seguinte volume da solução concentrada. � 3)Uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4), para ser utilizada em baterias de chumbo de veículos automotivos, deve apresentar concentração igual a 4mol/L. O volume total de uma solução adequada para se utilizar nestas baterias, que pode ser obtido a partir de 500mL de solução de H2SO4 de concentração 18mol/L, será? � 4) Uma solução mãe tem 0,5M de P, a partir de uma sal de NaHPO4.Como proceder para preparar as seguintes soluções de trabalho . 1) 200 ppm, 2) 400 ppm, 3) 600 ppm e 4) 800 ppm.
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