Relatório 8 permanganometria

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Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ
Centro Tecnológico – CT
Instituto de Química - IQ
Aluna: Mariana Gomes
Disciplina: Química Analítica Quantitativa Experimental
Data do experimento: 22 de novembro de 2016
PERMANGANOMETRIA
Introdução
O presente trabalho trata sobrea titulação de oxirredução envolvendo permanganato de potássio e água oxigenada, por isso o nome da técnica chama-se permanganometria. Sendo a água oxigenada a amostra destinada a um controle de qualidade, onde os alunos avaliam, por métodos estatísticos, a concentração do regente. O íon permanganato tem grande aplicação por ser um oxidante muito forte e dispensar o uso de indicadores (auto-indicador) Pode ser utilizado tanto em meio ácido como básico, formando respectivamente o Mn2+e o MnO2.[1] Porém neste trabalho, foi feito em meio ácido para os determinados fins.Tendo o íonpermanganato as características de um poderoso agente oxidante e de fotos sensibilidade, ele deve ser guardado em um frasco opaco e, ao seu uso em analises, deve ser padronizado.
As reações de oxirredução devem preencher os requisitos gerais para que uma reação possa ser usada em um método titulométrico. Muitas reações de oxirredução se processam em uma série de etapas, então, a equação estequiométrica é a soma das reações parciais.
A titulação é o processo de adição de quantidades discretas de um determinado reagente, com o auxílio de uma bureta, no meio reacional para quantificar alguma propriedade. Como se pretendia encontrar a concentração das substâncias presentes na mistura, a titulação é um procedimento analítico do qual foram feitas medidas de volume, caracterizando as titulações volumétricas[2].As titulações de oxirredução são aplicadas a uma grande variedade de substâncias orgânicas e inorgânicas e a sua popularidade ultrapassa a das titulações de neutralização como visto em trabalhos anteriores. Provavelmente, a diferença mais significativa entre elas é a disponibilidade de muitos titulantes e padrões para a volumetria de oxirredução, cada um com propriedades que os tornam especialmente adequados para uma aplicação. 
Objetivo
Padronizar a soluçãode permanganato de potássio (KMnO4); e
Determinar concentração de uma solução de água oxigenada (H2O2) comercial.
Cálculos
Dados
Os seguintes dados foram utilizados para os cálculos mostrados no item 3.2.
Tabela 1. Dados utilizados para os cálculos referentes àpadronização do KMnO4determinação da concentração da água oxigenada
	Grandeza
	Valor
	Pureza H2O2
	3% em 10 volumes
	Concentração de Oxalato de potássio (Na2C2O4)
	6,9652 g.L-1
	Massa molar de KMnO4
	158,034 g.mol-1
	Massa molar de H2O2
	34,0g.mol-1
	Massa molar de Na2C2O4
	134,0 g.mol-1
	Volume de Na2C2O4 no erlenmeyer
	10,00 mL
	Volume deH2O2no erlenmeyer
	10,00 mL
	Volume do branco na padronização do KMnO4
	0,05 mL
	Volume do branco na titulação da H2O2
	0,05 ML
Tabela 2. Potenciais de redução utilizados na prática
	Substância
	Eºred
	Permanganato (Mn7+/Mn2+)
	1,51 V
	Oxalato (CO2/C2O4=)
	-0,49 V
	Água Oxigenada(H+/H2O2)
	0,68 V
Cálculos
Preparo da solução de H2O20,05mol.L-1
Os seguintes cálculos foram realizados para se encontrar o volume da solução de H2O2 3%necessários para o preparo desolução de H2O20,05 mol.L-1.
Primeiro, saber quantos mols de água oxigenada comercial são necessários para se ter uma solução 0,05 M:
Entende-se que essa massa seja para 1000 mL de solução. No entanto, devido às vidrarias disponíveis em laboratório, a solução foi feita em um balão volumétrico de 250 mL, por isso:
Sabe-se que o produto não é totalmente puro, por isso precisa-se achar a massa relacionada a pureza dada pelo fabricante:
Esse volume encontrado seria o mesmo volume adicionado ao balão e depois avolumado a 250 mL com água. No entanto usou-se 15 ml na diluição.
Padronização de KnMO4
Tratamento de dados
Os volumes encontrados estão apresentados na tabela 3 onde seus valores já possuem a correção do branco.
Tabela 3. Valores de volumes obtidos durante o experimento de permanganometria, e valores de Gcalculado para o teste de Grubbs.
	n
	Volume (mL)
	G calculado
	1
	9,75
	2,397
	2
	9,95
	0,479
	3
	9,95
	0,479
	4
	9,95
	0,479
	5
	9,95
	0,479
	6
	9,95
	0,479
	7
	9,95
	0,479
	8
	9,95
	0,479
	9
	9,95
	0,479
	10
	9,95
	0,479
	11
	10,05
	0,479
	12
	10,05
	0,479
	13
	10,05
	0,479
	14
	10,05
	0,479
	15
	10,05
	0,479
	16
	10,05
	0,479
	17
	10,15
	1,438
	18
	10,25
	2,397
	Média
	10,00
	
	Desvio padrão
	0,104318517
	
Sob essas condições de repetibilidade e reprodutibilidade da grandeza física em questão (mililitros),obteve-se a média pela seguinte fórmula:
(1)
Onde:
n é a quantidade de medições, 
Visão os valores medidos, e 
é a média. 
	Já o cálculo do desvio padrão nos indica como os valores se comportam quando distantes da média, ou seja, seu grau de dispersão e sua probabilidade de acontecer a certa distância da média. Sendo representado pela seguinte equação:
(2)
Onde:
é o desvio padrão, 
n é a quantidade de medições, 
Vi é o valor medido e 
é o valor médio.
Então, foi feito o calculo de Gcalculado do teste de Grubbs da seguinte forma:
(3)
Onde:
é o desvio padrão, 
Vi é o valor medido e 
é o valor médio.
	
O valores de Gcalculado foram obtidos para que se aplicar ao teste de Grubss. Sendo o teste de Grubbs foi desenvolvido para verificar a presença de valores extremos em observações amostrais.Sendo valores extremos podem ser considerados como manifestações da variabilidade aleatória inerente aos dados, ou apenas um erro no cálculo durante o recolhimento dos dados e até mesmo uma anotação precipitada pelo operador.
Existem inúmeros critérios para testar valores extremos. Em todos eles, desenvolve-se o cálculo numérico amostral (estatística) e comparamos com um valor crítico baseado na teoria de amostras aleatórias, para que seja decidido se existe ou não uma observação considerada valor extremo.[3]
Os valores de volumes são aceitos desde que Gcalculado seja menor que G crítico, sendo o G critico tabelado de acordo com o nível de confiança e o numero de amostras. No caso deste experimento, para um nível de confiança de 95% e um numero de amostras igual a 18, temos o Gcrítico igual a 2,504. Portanto, todos os valores foram aceitos.
 Determinação da molaridade de KnMO4
Tabela 4. Reação de oxirredução do permanganato com o oxalato
	Reação de oxirredução da solução de sal de Mohr e dicromato de potássio.
	Semi-reação da redução do permanganato
	MnO4- + 8H+ +5e-Mn2++4H2O (x2)
	Eº =1,51 V
	Semi-reação da redução do oxalato
	2CO2+ 2e- C2O4= (x5)
	Eº = -0,49 V
	Reação global
	2MnO4- + 16H++ 5C2O4= 2Mn2++8H2O+10CO2
	ΔE = 2,00 V
	Segundo a reação apresentada na tabela 4, os coeficientes estequiométricos dos íons de permanganato com o oxalato têmsua proporção de 2:5, respectivamente, ou seja, é necessário 2 mol de permanganato pra reagir com 5 mols de oxalato. Logo, obtiveram-se os seguintes cálculos:
Determinação da concentração de H2O2
Tratamento de dados
Os volumes encontrados estão apresentados na tabela 5 onde seus valores já possuem a correção do branco.
Tabela 5. Valores de volumes obtidos durante o experimento de permanganometria para a determinação da concentração da água oxigenada, e valores de Gcalculado para o teste de Grubbs.
	n
	Volume medido (mL)
	Molaridade concentrada (mol.L-1)
	Concentração (g/mL)
	Volumes
	Gcal
	1
	9,75
	0,845
	0,029
	0,096
	2,129
	2
	9,75
	0,845
	0,029
	0,096
	2,129
	3
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	4
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	5
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	6
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	7
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	8
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	9
	9,95
	0,862
	0,029
	0,098
	0,326
	10
	9,95
	0,862
	0,029
	0,0980,326
	11
	10,05
	0,871
	0,030
	0,099
	0,576
	12
	10,05
	0,871
	0,030
	0,099
	0,576
	13
	10,05
	0,871
	0,030
	0,099
	0,576
	14
	10,05
	0,871
	0,030
	0,099
	0,576
	15
	10,05
	0,871
	0,030
	0,099
	0,576
	16
	10,1
	0,875
	0,030
	0,099
	1,027
	17
	10,15
	0,879
	0,030
	0,100
	1,478
	18
	10,15
	0,879
	0,030
	0,100
	1,478
	Média
	9,99
	0,865
	0,029
	0,098
	0,763
	Desvio Padrão
	0,111
	0,010
	0,0003
	0,001
	0,620
A média, desvio padrão e Gcal foram calculados, respectivamente, através das equações 1,2 e 3. A molaridade foi determinada da seguinte forma: 
 Determinação da molaridade de H2O2
Tabela 6. Reação de oxirredução do permanganato de o peróxido de hidrogênio.
	Reação de oxirredução da solução de sal de Mohr e dicromato de potássio.
	Semi-reação da redução do permanganato
	MnO4- + 8H+ +5e-Mn2++4H2O (x2)
	Eº =1,51 V
	Semi-reação da redução do peróxido
	O2+ 2e-+ 2H+ H2O2 (x5)
	Eº = 0,68 V
	Reação global
	2MnO4- + 6H++ 5H2O2 2Mn2++8H2O+5O2
	ΔE = 0,83 V
	Segundo a reação apresentada na tabela 6, os coeficientes estequiométricos dos íons de permanganato com o peróxido de hidrogênio têm sua proporção de 2:5, respectivamente, ou seja, é necessário 2 mol de permanganato pra reagir com 5 mols de peróxido. Logo, obtiveram-se os seguintes cálculos:
(4)
	Sendo Vi os valores de volumes obtidos na prática, os valores de molaridade foram calculados por essa fórmula. Depois disso o resultado foi multiplicado pela massa molar do peróxido e por 0,001 para que, assim, converta-se para concentração de gramas por mililitro.
 Determinação dos volumes H2O2
	Sabe-se, pelo fabricante, que há 3% (m/v) de H2O2em 10 volumes, portanto:
Análise estatística.
Os valores são aceitos desde que Gcalculado seja menor que G crítico, sendo o G critico tabelado de acordo com o nível de confiança e o numero de amostras. No caso deste experimento, para um nível de confiança de 95% e um numero de amostras igual a 18, temos o Gcrítico igual a 2,504. Portanto, todos os valores foram aceitos.
Sabe-se também que se está comparando os valores obtidos em relação ao valor dado pelo fabricante. Por isso foi utilizado o teste t-student. Sendo este teste feito para realizar inferência sobre a média populacional . Seguindo a seguinte fórmula:
(5)
Onde
 é a média dos valores;
 é o valor de referência;
é o desvio padrão, e
n é a quantidade de medições.
Para um grau de liberdade igual a 17 tendo o teste-t bicaldau e um nível de confiança de 95% , o tcrítico é igual a 2,109. E, através da equação 5,o Z calculado foi de -0,531. Tendo Z<tcrítico, o valor é aceito.
	Foi usado a média dos volumes medidos, pois são proporcionais a unidade volumes.
Resultados e discussão
	
Nas titulações de oxirredução devem ser observados, inicialmente, se as espécies possuem potenciais padrões capazes de reduzir ou oxidar o outro componente, deve se ter soluções com potenciais padrões altos quando necessário oxidar a outra soluções, e soluções com padrão baixo quando necessário reduzir outra.Através da escolha correta dos agentes ou oxidante ou redutor, é possível obter-se resultados sem grandes erros.
No presente experimento, aparentemente, não houve muitos erros durante a prática. Isso pode ser observado através do teste de extremos, isto é, o teste de Grubbs. Os valores possuim dispersões muito semelhantes, podendo considerar o método preciso. Mas o nível de exatidão não é foi tão grande, mesmo que o resultado da determinação das molaridade fossem próximos ao esperado. Possivelmente, isso se dá devido aos erros que estão associados à tomada de alíquota e leitura de bureta, devido ao efeito de paralaxe, que pode ser facilmente cometido em substâncias coloridas, como o permanganato. Nota-se que a todas essas variações se dão por erros de analista. Como os dados foram obtidos por analistas diferentes, já era esperado essa dispersão.
 No entanto, a prática em si evita muito erros, como a necessidade de se medir o branco, isto é, o volume em que o meio irá influenciar. Também há a preocupação e preparo para que todos os potenciais estejam em meios e de acordo com o esperado. Como, por exemplo, acidular o meio. Portanto, tendo essa análise inicial, a prática não apresentará muitos erros.
Conclusão
O objetivo foi alcançado com sucesso e tendo o respaldo de testes estatísticos que credibilizam a tomada de decisão. 
A concentração de H2O2 foi de 0,865 mol.L-1.
Tendo, portanto, como decisão o controle de qualidade da água oxigenada, o produto teria sido aprovado através do teste para a média, ou seja, o teste t-student que compara o valor obtido com o valor de referência. 
Referências
[1]VALE,Daniella L./ BARBOZA, Rodolfo S., Apostila de Química Analítica Quantitativa Experimental, p. 61-63, Ilha do Fundão, RJ, 2016.
[2] BACCAN N., DE ANDRADE J.C, GODINHO O.E.S, BARONE J.S. - Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª Edição, Brasil: Edgard Blucher, 2001.
[3]Autor desconhecido. 1.9- Teste de Valor Extremo (Grubbs). Portal Action. Disponível em <http://www.portalaction.com.br/incerteza-de-medicao/19-teste-de-valor-extremo-grubbs> Acesso em 04 de dezembro de 2016.
[4]Autor desconhecido. 5.2 - Teste para a média (teste t). Portal Action. Disponível em <http://www.portalaction.com.br/inferencia/52-teste-para-media-teste-t> Acesso em 04 de dezembro de 2016.