Experimento 4 - Determinação simultânea - Folha de dados

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA 04: DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA
 
 
 
 
 
FELIPE CÂNGERO SPADACIO - 23962
GABRIEL DA SILVA DIAS - 24394
LUCAS RAPOSO - 23872
 
 
 
 
 
ITAJUBÁ
24 DE MARÇO DE 2015
	Assim como na determinação da concentração de uma substância através de métodos espectroscópicos utilizando a Lei de Lambert-Beer, a técnica de determinação simultânea de substâncias também tem como alicerce o uso de técnicas espectroscópicas e também envolve a Lei de Lambert-Beer, com o uso de, todavia, a características de que substâncias (ou elementos) diferentes possuem comprimentos de onda de absorção máxima diferentes.
	Matematicamente, temos o seguinte desenvolvimento:
	Onde A1 e A2 são as duas medidas de absorção necessárias (tendo em vista que a concentração das duas substâncias formam duas incógnitas) e a fórmula geral provém da Lei de Lambert-Beer para uma determinada substância, onde ε é a absortividade molar da substâncias, b é o caminho óptico usado e c é a concentração da substância.
	Como obter-se-á duas equações de reta com duas incógnitas, as concentrações poderão ser encontradas.
	Assim como outros experimentos espectroscópicos fundamentais que fazem uso da Lei de Lambert-Beer, foi necessário fazer uma curva de calibração (nos dois comprimentos de onda desejados que, no caso, foram 440 nm e 545 nm) para os padrões das substâncias a serem analisadas (no caso, manganês na forma de permanganato (MnO4-) e crômio na forma de dicromato (Cr2O72-).
1) Preparo das soluções:
	a) Solução padrão de Mn2+ a 0,02 mol/L:
	Para o preparo da solução de manganês, pesou-se 0,3 g de sulfato de manganês (II) (Massa real: 0,3029 g) e diluiu-se em um balão de 100 mL com água destilada.
	
	b) Solução padrão de Cr2O72- a 0,017 mol/L:
	Para o preparo da solução de dicromato, pesou-se 0,5 g de dicromato de potássio (K2Cr2O7) (Massa real: 0,5042 g) e diluiu-se em um balão de 100 mL com água destilada.
	c) Solução de AgNO3 a 0,1 mol/L:
	Para o preparo da solução de nitrato de prata (AgNO3), pesou-se 1,6987 g de nitrato de prata (Massa real: 1,6985 g) e diluiu-se em um balão de 100 mL com água destilada.
1.2) Tratamento e medição das soluções-padrão:
	a) Solução de Mn2+ a 0,02 mol/L:
	Separou-se 6 erlenmeyers de 250 mL e adicionou-se alíquotas de 1; 2; 3; 4; 5 e 7,5 mL da solução preparada previamente à cada um deles, respectivamente. Adicionou-se aos erlenmeyers água destilada até que fossem obtidos 50 mL de solução total (49; 48; 47; 46; 45 e 42,5 mL, respectivamente). Adicionou-se a cada erlenmeyer 5 mL de H2SO4 concentrado e 0,25 g de KIO4 sólido e foram aquecidos até ebulição por volta de 10 minutos (ou até que o frasco com a solução mais diluída se tornasse de coloração levemente rósea/roxa). Deixou-se resfriar à temperatura ambiente e transferiu-se o conteúdo de cada erlenmeyer para balões de 250 mL, adicionando 5 mL de H2SO4 concentrado a cada um e diluindo com água até a marca dos balões.
	Determinou-se, então, a absorbância dessas soluções nos comprimentos de onda especificados (440 e 545 nm), utilizando, como branco, uma solução de H2SO4 a 0,5 mol/L. Os dados das massas de KIO4 (periodato de potássio) adicionadas e as absorbâncias das soluções serão mostradas abaixo:
	Tabela 1: Massas de KIO4 e absorbâncias para padrão de Mn2+
	Volume de padrão
	Massa de KIO4 adicionada
	Absorbância em 440 nm
	Absorbância em 545 nm
	1 mL
	0,2546 g
	0,025
	0,226
	2 mL
	0,2650 g
	0,016
	0,117
	3 mL
	0,2558 g
	0,029
	0,319
	4 mL
	0,2514 g
	0,037
	0,422
	5 mL
	0,2504 g
	0,046
	0,556
	7,5 mL
	0,2520 g
	0,065
	0,784
	Como se pode perceber, as medidas de absorbância obedecem uma tendência crescente à medida que o volume de padrão (ou seja, a concentração da substância) aumenta, em média. Além disso, as medidas de absorbância não excederam 0,999; mostrando que as concentrações foram apropriadas para que o experimento fosse feito corretamente. 
Um problema, todavia, é com o volume de 2 mL de padrão adicionado, onde pode-se ver um decaimento da absorbância, em ambos os comprimentos de onda. Esse decaimento pode ser causado devido a problemas no próprio preparo da solução, seja por falhas no aquecimento ou erros na adição de ácido, que são essenciais para que a reação prossiga normalmente. Sendo assim, a curva de calibração terá os dados correspondente a 2 mL de padrão adicionado desconsiderados.
	Como se pode ver no gráfico (plotado no software Origin 8.0 Pro), as equações das retas geradas são para 440 nm e para 545 nm.
	b) Solução de Cr2O72- a 0,017 mol/L:
	Adicionou-se, a balões volumétricos de 250 mL, 6 alíquotas de 2; 5; 10; 15; 20 e 25 mL, respectivamente. Adicionou-se 100 mL de água destilada e 10 mL de H2SO4 concentrado. Após a adição de ácido (adicionou-se água previamente pelo fato da reação entre a água e o ácido previamente colocado pode ser violenta), diluiu-se com água destilada até a marca dos balões. Determinou-se as absorbâncias de cada solução nos comprimentos de onda de 440 e 545 nm, assim como na solução de manganês, usando como branco a mesma solução de H2SO4 a 0,5 mol/L. Os dados das absorbâncias em diferentes comprimentos de onda serão mostrados abaixo:
	Tabela 2: Absorbância para padrão de Cr2O72-
	Volume de padrão
	Absorbância em 440 nm
	Absorbância em 545 nm
	2 mL
	0,042
	0,011
	5 mL
	0,106
	0,013
	10 mL
	0,216
	0,01
	15 mL
	0,319
	0,019
	20 mL
	0,425
	0,017
	25 mL
	0,537
	0,025
	De modo similar à solução de manganês, os valores de absorbância para o volume de 10 mL e o volume de 20 mL não obedeceram a tendência crescente esperada em 545 nm, logo, os dados de absorbância referentes à solução com 10 mL e 20 mL de padrão adicionados serão desconsiderados das análises, para não gerar erros significativos.
	O gráfico que mostra as absorbâncias em função das concentrações, assim como a regressão linear desses pontos será mostrado abaixo:
	Como se pode ver no gráfico (plotado no software Origin 8.0 Pro), as equações das retas geradas são para 440 nm e para 545 nm.
2) Determinação das concentrações na amostra: Amostra 1
	Para o preparo da amostra, diluiu-se a amostra em um balão volumétrico de 100 mL e transferiu-se, com uma pipeta volumétrica, 3 alíquotas de 25 mL para 3 erlenmeyers de 250 mL. Aos erlenmeyers, adicionou-se 4 mL de H2SO4 concentrado e misturou-se bem. Após a adição de ácido sulfúrico, adicionou-se 1 mL da solução preparada previamente de 0,1 mol/L de AgNO3 e 0,2 g de K2SC2O8 (persulfato de potássio) em cada um deles, aquecendo a solução até a ebulição por 5 minutos, ou até que a solução se tornasse de cor marrom/laranja. Resfriou-se as soluções à temperatura ambiente e adicionou-se 0,25 g de KIO4, aquecendo novamente durante 5 minutos. Após o aquecimento, transferiu-se o conteúdo para um balão de 100 mL e diluiu-se com água até a marca dos balões. Determinou-se, então, a absorbância de cada uma das alíquotas em 440 e 545 nm, usando H2SO4 a 0,5 mol/L.
	Durante o preparo da amostra, percebeu-se que a adição de KIO4 provocava precipitação, o que fez necessário o uso da centrífuga para separar o precipitado do líquido, antes de fazer a análise. Os dados de absorbância, massa de persulfato de potássio e massa de periodato de potássio adicionada serão mostrados abaixo:
	Tabela 3: Massas adicionadas (KIO4 e K2CS2O8) e absorbâncias para a amostra
	Alíquota
	Massa de KIO4 adicionada
	Massa de K2CS2O8 adicionada
	Absorbância em 440 nm
	Absorbância em 545 nm
	1
	0,2438 g
	0,2088 g
	0,485
	0,31
	2
	0,2435 g
	0,1984 g
	0,362
	0,215
	3
	0,2448 g
	0,2201 g
	0,4
	0,279
	Para fazer o cálculo das concentrações, foi necessário avaliar as duas equações mostradas previamente, que serão revisadas abaixo a fim de tornar mais fácil a leitura:
	Substituindo os termos εx,1.b, εy,1.b, εx,2.b e εy,2.b por, respectivamente, A, B, C e D, temos a seguinteexpressão:
	Sendo que os coeficientes A, B, C e D podem ser obtidos facilmente através das equações de reta obtidas pelas curvas de calibração das soluções-padrão. Considerando A1 como a medida de absorbância da amostra em 440 nm e A2 em 545 nm, e colocando o valor de constantes apropriadas, temos:
	Sendo assim, realizando as contas devidas (calculando as concentrações de X e Y – Mn2+ e Cr2O72-, respectivamente), temos a seguinte tabela:
	Tabela 4: Concentrações de Mn2+ e Cr2O72- nas alíquotas
	Alíquota
	Absorbância em 440 nm
	Absorbância em 545 nm
	Cx (Mn2+)
	Cy (Cr2O72-)
	1
	0,485
	0,31
	3,3245 mol/L
	21,5523 mol/L
	2
	0,362
	0,215
	2,2976 mol/L
	16,1415 mol/L
	3
	0,4
	0,279
	3,0035 mol/L
	17,6968 mol/L
	Considerando as médias das medidas de concentrações, temos um valor de 2,8752 mol/L para a concentração de Mn2+ e 18,4635 mol/L para a concentração de Cr2O72-. Esse resultado de concentração foi esperado, pois a amostra quando preparada (mais especificamente, quando aquecida) tinha a cor característica de uma solução de Cr2O72-, que é uma coloração laranja/marrom, e não rosa/roxa (caso a amostra tivesse mais manganês do que dicromato).