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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÂNICA QUI 01031 - QUÍMICA ANALÍTICA CLÁSSICA ROTEIRO DAS AULAS PRÁTICAS 2017/2 QUI 01031 – QUÍMICA ANALÍTICA CLÁSSICA CRONOGRAMA TEÓRICO – 2017/2 DATA ASSUNTO 31/08/17 Introdução à Química Analítica – Erros e tratamento de dados 07/09 Feriado 14/09 Equilíbrio químico e iônico I 21/09 Equilíbrio químico e iônico II 28/09 Fundamentos dos métodos titulométricos 05/10 Volumetria de Precipitação I e II 12/10 Feriado 19/10 Semana Acadêmica 26/10 Prova da primeira área 02/11 Feriado 09/11 Volumetria de Neutralização I 16/11 Volumetria deNeutralização II 23/11 Volumetria de Neutralização III 30/11 Volumetria de Complexação I 07/12 Volumetria de Complexação II 14/12 Prova da segunda área 21/12 Volumetria de Oxiredução I 04/01/18 Volumetria de Oxiredução II 11/01 Volumetria de Oxiredução III 18/01 Prova da Terceira Área 25/01 Recuperação ou Exame QUI 01031- QUÍMICA ANALÍTICA CLÁSSICA – CRONOGRAMA DAS PRÁTICAS -2017/2 Dias Conteúdo 30/8 e 02/09/17 Introdução ao laboratório. Análise de cátions dos grupos I 06 e 09/09 Análise de cátions do grupo II e III e Liga metálica. 13 e 16/09 Balança analítica e aferição de pipeta volumétrica 20 e 23/09 Feriado (turmas 4ª feira). Estudo dirigido de erros e tratamento de dados (turma sábado) 27 e 30/09 Preparação de solução de HCl e treino de titulação. 04 e 07/10 Determinação de Cl- pelo método de Mohr 11 e 14/10 Identificação dos íons sulfato e nitrato. Determinação gravimétrica de sulfato 1ª parte 18 e 21/10 Semana Acadêmica 25 e 28/10 Estudo dirigido de erros e tratamento de dados (turmas 4ª feira). Feriado (turma sábado) 01 e 04/11 Determinação gravimétrica de sulfato 2ª parte 08 e 11/11 Padronização de solução de HCl com bórax 15 a 18/11 Feriado (turmas 4ª feira). Identificação dos íons Na+ e CO3 2-. Determinação de NaOH e Na2CO3 (turma sábado) 22 a 25/11 Identificação dos íons Na+ e CO3 2-. Determinação de NaOH e Na2CO3 (turmas 4ª feira) Identificação de Ca2+ e Mg2+. Determinação da Ca e Mg com EDTA. Preparação de solução de KMnO4 (turma sábado) 29 e 02/12 Identificação de Ca2+ e Mg2+. Determinação da Ca e Mg com EDTA. Preparação de solução de KMnO4 (turmas 4ª feira). Padronização de solução de KMnO4 com oxalato de potássio (turma sábado) 06 e 09/12 Padronização de solução de KMnO4 com oxalato de potássio (turmas 4ª feira). Determinação permanganimétrica de H2O2 em água oxigenada (turma sábado) 13 e 16/12 Determinação permanganimétrica de H2O2 em água oxigenada (turmas 4ª feira). Determinação iodométrica de hipoclorito em alvejante (turma sábado) 20 e 23/12 Determinação iodométrica de hipoclorito em alvejante (turmas 4ª feira). Dia não letivo (turma sábado) 03 e 06/01/18 Análise de uma amostra real (turmas 4ª feira). Dia não letivo (turma sábado) 10 e 13/01 Dia não letivo (turmas 4ª feira). Análise de uma amostra real (turma sábado) 17 e 20/01 Apresentação da análise da amostra real 24 e 27/01 Recuperação de aula prática ANÁLISE SISTEMÁTICA DE CÁTIONS ANÁLISE SISTEMÁTICA DE CÁTIONS DO GRUPO I Precipitação do grupo Colocar num tubo de centrífuga 10 gotas da solução contendo os cátions do grupo I (Pb2+, Ag+ e Hg2 2+) e 3 gotas de HCl 3 mol/L. Centrifugar até que a solução se torne límpida. Verificar se a precipitação foi completa mediante o acréscimo de 1 gota de HCl 3 mol/L. Se houver turvação centrifugar novamente. O precipitado contém os cloretos dos metais citados. Desprezar a solução. Análise do grupo Tratar o precipitado com 4 a 6 gotas de água destilada, agitar e aquecer em banho-maria durante 3 minutos. Centrifugar em seguida, transferindo o centrifugado para outro tubo. Centrifugado 1 Pode conter Pb2+. Adicionar duas gotas de cromato de potássio. O aparecimento de um precipitado amarelo confirma a presença do chumbo. Precipitado 1 Pode conter AgCl e Hg2Cl2. Adicionar 10 gotas de NH4OH 3 mol/L. Agitar a solução e centrifugar. Separar o centrifugado do precipitado. O aparecimento de um precipitado escuro indica a presença de mercúrio. Hg2Cl2(s) + 2 NH4OH [Hg(NH2)]Cl(s) + Hg(l) + NH4Cl + 2 H2O Centrifugado 2 Pode conter prata na forma de complexo amoniacal. Acidificar com HNO3 3 mol/L. O aparecimento de um precipitado branco assinala a presença de prata. Precipitado 2 Pode conter HgNH2Cl e Hg 0. Lavar com 10 gts de água. Centrifugar desprezando o líquido de lavagem. Dissolver, sob aquecimento, em água régia (1 gt de HNO3 conc. + 3 gts de HCl conc. Diluir com 5 gts de água. Adicionar 2 gotas de difenilcarbazida. Deixar escorrer KOH 2 mol/L em leve excesso pelas paredes do tubo em posição inclinada. O aparecimento de cor violeta identifica o mercúrio. 3Hg0+(l) + 12 Cl - (aq) + 2NO3 - (aq) + 8H + (aq) 3HgCl42-(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) 2 Hg(NH2)Cl(s) + 2NO3 - (aq) + 6Cl - (aq) + 4H+(aq) 2HgCl42-(aq) + N2(g) + NO(g) + 4H2O(l) Hg2+ + (C6H5)2 (NH-NH)2 C=O + HNO3 [O=C-N=N-C6H5 NH-N-C6H5Hg]2+ + 2H2O + NO IDENTIFICAÇÃO DE ALGUNS CÁTIONS DO GRUPOS 2 e 3 1 - Identificação do íon Cu2+ a) Adição de NH4OH 3 mol/L. O aparecimento de uma cor azul intensa indica a presença de Cu2+. Cu2+(aq) + 4NH3(aq) [Cu(NH3)4]2+(aq) b) Adicionar 4 gts de alfa-benzoinoxima. A formação de um ppt verde-amarelo mostra a presença do Cu2+. 2 – Identificação do íon Cd2+ Adicionar 5 gts de tiocetamida. Aquecer em banho maria por 3 min. Um precipitado amarelo indica a presença de Cd2+. Cd2+(aq) + H2S(aq) CdS(s) + 2H+(aq) 3 – Identificação do íon Bi3+. Acidificar a solução com 3 gts de HCl 3 mol/L. Adicionar 5 gts de cinchonina/iodeto de K. O aparecimento de um precipitado laranja caracteriza o bismuto. Bi3+(aq) + 4I-(aq) [BiI4]- (aq) [BiI4]- (aq) + C19H22N2O(aq) [C19H22N2OH+][BiI4]-(S) 4 – Identificação do íon Sn2+ a) Adicionar 5 gts de água e 1 gota de ácido fosfomolíbdico. A formação de uma solução azul indica a presença do Sn2+. H3P(Mo3O10)4 (aq) + Sn2+(aq) composto de coloração azul b) Adicionar 3 gts de cloreto mercúrico. Um precipitado branco ou cinzento identifica o Sn2+. Sn2+(aq) + 2HgCl2 (aq) Hg2Cl2(s) + Sn4+(aq) + 2Cl- (aq) 5 – Identificação do íon Cr3+ Alcalinizar fortemente a solução com 3 gts de KOH 2 mol/L e adicionar 5 gts de H2O2 5%. Aquecer por 3 min. Adicionar 10 gts de água, dividir em duas porções. 2CrO2-(aq) + 3 H2O2(aq) +2OH-(l) 2CrO4-2(aq) + 4H2O a) Adicionar 3 gts de H2SO4 1,5 mol/L e 2 gts de difenilcarbazida, o aparecimento de uma coloração violeta avermelhada indica a presença de cromo. + Cu2+(aq) H+ b) Acidificar com ácido acético e adicionar nitrato de chumbo. Um precipitado amarelo indica a presença de cromo. Pb2+(aq) + CrO4-(aq) PbCrO4(s) 6 – Identificação do íon Zn2+ Alcalinizar fortemente a solução com 3 gts de KOH 2 mol/L e 5 gts de H2O2 5%. Aquecer por 3 min. Diluir com igual volume de água. Adicionar 2 gotasde ditizona. Vedar o tubo de ensaio e agitar. O aparecimento de uma coloração rosa na fase aquosa indica a presença de Zn. Fazer a prova em branco com água, para comparação. 7 – Identificação do íon Fe3+ Adicionar uma gota de tiocianato de amônio 3 mol/L. O aparecimento de uma coloração vermelha escura indica o ferro. Fe3+(aq) + SCN-(aq) Fe(SCN)2+(aq) 8 – Identificação do íon Co2+ Quando for feito o ensaio com uma amostra real, adicionar uma ponta de espátula de NaF . Adicionar 5 gts de solução de tiocianato de amônio alcoólico. A cor azul indica o cobalto. Co2+(aq) + 4SCN-(aq) [Co(SCN)4]2-(aq) (reação de Vogel) 9 – Identificação do íon Ni2+ Quando for feito o ensaio com uma amostra real, adicionar uma ponta de espátula de NaF. Alcalinizar a solução com hidróxido de amônio 3 mol/L (3 gts). Juntar 2 gts de dimetilglioxima. Um precipitado vermelho indica a presença de níquel. Análise dos cátions numa liga metálica 1 - Liga contendo elementos dos grupos 2 e 3. a) Decomposição da liga. Pesar cerca de 0,2 g de amostra da liga metálica num béquer de 250 mL e adicionar 5 mL de HCl (1:1). Colocar o béquer, recoberto com um vidro de relógio, sobre uma chapa de aquecimento. Após a reação se completar, adicionar 5 mL de HNO3 (1:1). Evaporar até reduzir o volume da solução a aproximadamente 5 mL. Após resfriamento da solução completar com água até 50 mL. b) Separação dos cátions do grupo 2 dos do grupo 3. Transferir para um tubo de centrífuga 10 gotas da solução. Acidificar com 1 gota de HCl conc. Adicionar 10 gotas de solução de tiocetamida e aquecer. Homogeneizar a solução e adicionar água até duplicar o volume. Juntar mais 5 gotas de tiocetamida e aquecer novamente. Centrifugar. O precipitado contém os sulfetos do grupo 2 e o centrifugado os cátions do grupo 3. c) Solubilização dos cátions do grupo 2. Tratar o precipitado com 4 gotas de KOH 2 mol/L, agitar, aquecer em banho maria durante 2 minutos e centrifugar. Transferir o centrifugado para outro tubo. Repetir o tratamento com KOH, aquecer, centrifugar e juntar o centrifugado ao anterior. O centrifugado pode conter Sn. O precipitado insolúvel em KOH pode conter Bi, Cd, Pb e Cu. d) Análise do centrifugado. Adicionar HCl 3 mol/L até acidificar o meio (papel tornassol). Identificar o Sn conforme o procedimento 4. e) Análise do precipitado Adicionar 5 gotas de HNO3 3 mol/L e 1 gota de HNO3 conc. Agitar e aquecer em banho- maria por 3 min. Adicionar NH4OH conc até o meio ficar nitidamente alcalino. Centrifugar. Separar o centrifugado. Lavar o precipitado com 5 gotas de água, centrifugar e juntar o centrifugado ao anterior. f) Análise do centrifugado. Pode conter Cd e Cu sob a forma de complexos amoniacais. Uma coloração azul intensa indica a presença de Cu2+. Dividir em duas porções. Na 1ª porção proceder a identificação do Cu conforme o procedimento 1. Na 2ª porção adicionar algumas gotas de KCN (ATENÇÃO: descartar em resíduo separado) para descorá-la. Proceder a identificação do Cd conforme o procedimento 2. g) Análise do precipitado. Acidificar com 1 gota de HCl conc. Dividir em duas porções. Testar a presença de Pb e Bi de acordo com os procedimentos correspondentes. h) Precipitação dos cátions do grupo 3. Adicionar ao centrifugado do item b 4 gotas de NH4Cl sat. e alcalinizar com NH4OH conc. até o meio tornar-se nitidamente alcalino. Juntar 10 gotas de tiocetamida e aquecer por 3 min. Centrifugar. Verificar se a precipitação foi completa adicionando mais 3 gts de tiocetamida, aquecer e centrifugar novamente. Desprezar o centrifugado. Dissolver o precipitado com 2 gts de HCl conc. Sob aquecimento e adicionar 1 gota de HNO3 conc. Continuar o aquecimento até completar a dissolução. Alcalinizar fortemente com KOH 2 mol/L e adicionar lentamente 5 a 10 gts de H2O2. Aquecer por 3 minutos em BM e centrifugar. Separar o centrifugado do precipitado. Lavar o precipitado com 10 gts de água, centrifugar e juntar a água de lavagem ao centrifugado anterior. O centrifugado pode conter Zn e Cr na forma de cromato e zincato e é analisado de acordo com o procedimento i. O precipitado pode conter Fe, Co e Ni sob a forma de hidróxidos e é analisado de acordo com o procedimento j. i) Análise de Cr e Zn. Dividir o centrifugado em 2 porções. 1ª ) Aquecer durante 1 minuto acidificar fracamente com H2SO4 1,5 mol/L e adicionar 2 gotas de difenilcarbazida. O aparecimento de uma cor violeta identifica o Cr. 2ª) diluir com igual volume de água e adicionar 20 gts de ditizona. Vedar o tubo de ensaio e agitar. A mudança da coloração para vermelho indica a presença do Zn. j) Análise de Fe, Co e Ni. Dissolver o precipitado do processo h em 2 gts de HCl conc. a quente. Diluir ao dobro do volume e dividir em 3 porções. 1ª) proceder como no procedimento 7 para identificar o Fe. 2ª) Adicionar uma pitada de NaF e proceder como no procedimento 8 para identificar Co. 3ª) Adicionar uma pitada de NaF e proceder como no procedimento 9 para identificar o Ni. Questões e problemas 1 – Pesquise os valores de Kps para os sulfetos dos cátions do Grupo II e III, bem como as reações da tioacetamida em meio ácido e básico. Com base nisso, explique porque os cátions do Grupo II precipitam, na forma de sulfetos, em meio ácido e os do grupo III em meio básico. BALANÇA ANALÍTICA Balança mecânica de prato simples. (carga constante) A balança mecânica de prato simples (Fig. 1) é ainda comum em alguns laboratórios. Ela utiliza massas-padrão e uma travessa para medir a massa do material colocado no prato. A travessa da balança é suspensa por um fino apoio chamado cutelo. A massa do prato associada aos pesos suspensos no ponto de pesagem (outro cutelo) à esquerda é equilibrada pelo contrapeso à direita. Ao colocar-se algum material no prato da balança este equilíbrio é rompido de forma que para que o sistema volte ao ponto de equilíbrio é necessário retirar, com o auxílio de botões, as massas- padrão que estão suspensas no prato da balança. A travessa da balança volta à posição original quando a massa retirada é aproximadamente igual a que foi adicionada no prato. A pequena diferença entre a posição original é mostrada em uma escala ótica, cuja leitura deve ser adicionada à leitura dos botões. Fig. 1: Balança mecânica de um prato ou de carga constante Balança eletrônica A balança eletrônica usa um eletroimã para pesar uma carga no prato da balança. A Fig. 2 mostra uma típica balança eletrônica. Um objeto colocado no prato da balança exerce sobre o mesmo uma força igual a mg, onde m é a massa do objeto e g é a aceleração da gravidade. A balança eletrônica usa uma força eletromagnética restauradora para retornar o prato à posição original. A corrente elétrica necessária para gerar esta força é proporcional à massa do objeto a ser pesado, a qual é registrada em um mostrador digital. Quando uma massa é colocada sobre o prato, o detector nulo percebe o deslocamento do prato e envia um sinal de erro ao circuito que gera uma corrente de correção. Essa corrente passa por uma bobina na base do prato da balança, criando desse modo um campo magnético que é repelido pelo magneto permanente existente sob o prato. Se a deflexão diminui, o sinal do detector nulo diminui. A corrente de correção necessária para retornar o sistema à posição inicial é proporcional à massa no prato da balança.Fig. 2: Balança eletrônica. Operação de pesagem. A operação de pesar consiste inicialmente em colocar um recipiente limpo no prato da balança. A massa do recipiente vazio é chamada de tara. Na maioria das balanças, existe um botão que desconta a tara, zerando a balança. Adicione ao recipiente a substância a ser pesada e leia a nova massa. Se não há operação de tara automática, anote a massa do recipiente vazio e subtraia-a da massa do recipiente cheio. Substâncias químicas não devem ser colocadas diretamente sobre o prato da balança. Essa precaução protege a balança de corrosão e permite recuperar toda a substância que foi pesada. Um procedimento alternativo, denominado “pesagem por diferença”, é usado rotineiramente por muitas pessoas e é necessário para a pesagem de reagentes higroscópicos, os quais rapidamente absorvem umidade do ar. Neste caso, primeiramente pesa-se um frasco fechado contendo o reagente seco. Então rapidamente retira-se certa quantidade do reagente do frasco de pesagem para um outro recipiente. Fecha-se o frasco de pesagem e pesa-se novamente. A diferença corresponde à massa do reagente que foi transferida para o outro frasco. Use uma toalha de papel ou pano para manipular o recipiente que estiver pesando, porque suas impressões digitais irão alterar a massa do recipiente. As amostras devem estar à temperatura ambiente. As portas de vidro da balança devem estar fechadas durante a pesagem para prevenir que as correntes de ar afetem a leitura. Balanças sensíveis devem ser colocadas em uma mesa pesada, para minimizar os efeitos de vibração da sala e do prédio na leitura. A balança possui pés ajustáveis e bolhas de nível para que se mantenha a balança sempre em posição nivelada. A balança mecânica deverá estar na posição travada quando for carregada ou descarregada e na posição meia-trava quando forem manipulados os pesos. Esta prática protege a balança de forças abruptas que causam desgastes nos cutelos e finalmente diminuição da sensibilidade da balança. Flutuabilidade. Quando se pesa um objeto este desloca um volume particular de ar e, portanto a massa aparente do objeto é menor que a massa real por uma quantidade igual à massa de ar deslocado. O mesmo efeito ocorre durante a calibração de uma balança eletrônica ou mecânica com pesos- padrão. A força aparente que diminui a massa medida é chamada de flutuabilidade. É necessária uma correção quando a densidade do objeto a ser pesado não for igual à densidade dos pesos- padrão. Se a massa m’ é lida numa balança, a massa verdadeira, m do objeto pesado no vácuo é dada por: d d 1 d d 1m' m a w a onde: da = densidade do ar; dw= densidade dos pesos de calibração (em geral 8,0 g/mL) e d= densidade do objeto a ser pesado. Questões e problemas. 1- O que se entende por pesagem? 2- Cite a principais regras e cuidados na utilização da balança analítica? 3- Por que a balança mecânica de um prato é chamada de balança de carga constante? 4- O pentano (C5H12) é um líquido com densidade de 0,626 g/mL próximo a 25 oC. Use a equação da flutuabilidade para encontrar a massa verdadeira do pentano quando a massa pesada ao ar é de 14,82 g. Assuma que a densidade do ar é 0,0012g/mL e a densidade dos pesos da balança é 8,0 g/mL. 5- Biftalato de K é um padrão primário usado para padronizar soluções de NaOH. Encontre a massa verdadeira de biftalato de K (d=1,636 g/mL) se a massa aparente pesada no ar é de 4,2366 g. Se você não corrigir a massa, a molaridade será menor ou maior? De que percentagem? ESTUDO DIRIGIDO SOBRE ERROS, EXPRESSÃO DE RESULTADOS E TRATAMENTO DE DADOS 1. a ) Explique a diferença entre: 1. Exatidão e precisão 2. Erros determinados e indeterminados 3. Erro absoluto e relativo 4. Média e mediana b) Qual a relação existente entre: 1. O desvio padrão e a exatidão. 2. O desvio padrão e a precisão. 2. Estabeleça qual é o número de algarismos significativos para cada um dos seguintes valores numéricos: a) 0,154 b) 40,05 c) 0,01030 d) 2,3. 1021 e) 0,0110 f) 32,001 3. Faça as seguintes operações, dando a resposta com o número correto de algarismos significativos: a) 130,01 + 17,904 = b) 273,8 – 38,935 = c) (85,152 x 0,037) ÷ 10,04 = 4. Uma pipeta de (25,00 ± 0,03) mL foi usada para transferir uma alíquota de NaOH de concentração (0,09970 ± 0,0003) mol L-1, para um erlenmeyer. Esta base necessitou de (24,93 ± 0,03) mL de uma solução de HCl para a neutralização. Calcule a concentração molar do HCl e a incerteza deste valor. 5. Calcule: a) a incerteza na solubilidade calculada de um sal de prata AgX em água, sabendo que o produto de solubilidade do sal (Kps) é 4,0 (±0,4) x10-8 e a solubilidade molar do AgX em água é S = (Kps)1/2 = 2,0x10-4 mol L-1. b) a incerteza da medida y = log[2,00 (0,03) x 10-4] = - 3,699 ? 6. A percentagem de um aditivo na gasolina foi medida seis vezes apresentando os seguintes resultados: 0,35; 0,33; 0,38; 0,30; 0,31 e 0,32%. Calcule (a) a média; b) o desvio-padrão; c) a mediana; d) o desvio-padrão relativo; e) o intervalo de confiança para um nível de confiança de 90%. 7. Aplique o teste Q aos conjuntos de dados que seguem para determinar se resultados anômalos devem ser mantidos ou rejeitados para um nível de confiança de 95%: a) 31,27; 31,61; 31,84 e 31,70 b) 8,295; 8,284; 8,388 e 8,292. 8. Um ensaio confiável mostra que o conteúdo de ATP (adenosina trifosfato) em certo tipo de célula é de 120 µmol/100 mL. Você desenvolveu um novo ensaio, que forneceu os seguintes valores para as análises repetidas: 117, 114, 112, 115 e 118 µmol/100 mL. Você pode ter 95% de confiança de que o seu resultado é “igual” ao método padrão? 9. Os seguintes resultados foram obtidos por determinações em replicata da percentagem de fosfato em uma amostra: 45,85; 45,74; 45,72; 45,78; 45,84; 45,80; 45,75; 45,82. Calcule: A - a média aritmética B – desvio padrão C – considerando que a amostra em questão seja fosfato de potássio puro calcule o erro absoluto e o erro relativo na média aritmética. 10. Estudantes mediram a concentração de HCl numa solução através de titulações usando indicadores diferentes para encontrar o ponto final da titulação. Indicador MHCl ± dp n 1- Azul de bromotimol 0,09597 ± 0,00203 26 2- Vermelho de metila 0,09432 ± 0,00125 20 A diferença entre os indicadores 1 e 2 é significativa no nível de confiança de 95%? AFERIÇÃO DE UMA PIPETA VOLUMÉTRICA Aparelhos volumétricos - para conter: ex. Balão Volumétrico - para livrar: ex. Pipeta Volumétrica, Bureta Limpeza - água, detergente comum, detergentes especiais; - soluções de limpeza especiais : nitrocrômica , sulfocrômica e KOH alcoólico - enxaguar sempre com água desionisada. Aferição Consiste em medir a quantidade exata de líquido que o aparelho pode conter ou transferir independente da temperatura do ambiente. É realizada medindo-se a massa de água (contida ou livrada) numa dada temperatura e sua conversão em volume para uma temperatura fixa (20 oC). Cuidados necessários: - limpeza do aparelho; - água a temperatura constante; - água e aparelho a ser calibrado em equilíbrio térmico; - mínimo de contato das mãos com o aparelho. Técnica: Pesar até 0,1 mg um erlenmeyer com tampa. Pipetar, com a pipeta a ser aferida, a água desionisada e transferi-la para o erlenmeyer, utilizando a técnica de pipetagem adequada. Pesar até 0,1 mg. Repetir o procedimento por mais duas vezes. Calcular a capacidade dapipeta, utilizando a tabela de pesos de água ao ar requeridos para graduar a diferentes temperaturas um aparelho de vidro para a capacidade de 1 litro a 20 oC. (Tabela 10.5 do Ohlweiler, Vol. 1). Questões e problemas. 1- Que diferenças apresenta um aparelho de vidro para conter de um para transferir um determinado volume de líquido? 2- Como se pode observar se uma pipeta está inteiramente limpa? 3- Quando é preferível usar um balão volumétrico de plástico em vez de um balão volumétrico de vidro, mais exato? 4- Quais as condições que devem ser preenchidas para a calibração de aparelhos volumétricos? 5- Que outro líquido, além da água, pode ser usado para aferir um aparelho volumétrico? Quando é indicado usar este líquido? 6- Qual a percentagem de expansão de uma solução aquosa quando aquecida de 15 a 25 oC? Se uma solução 0,5000mol L-1 é preparada a 15 oC, qual será sua concentração molar a 25 oC? 7- Um pesa filtro vazio pesou 10,3132 g. após enchê-lo com água de uma pipeta de 25 mL, a massa foi de 35,2052 g. Se a temperatura do laboratório era de 27 oC, encontre o volume de água transferido pela pipeta. TREINO DE TITULAÇÃO Titulação: operação realizada com o auxílio de uma bureta, onde uma solução padrão (solução de concentração exatamente conhecida) é adicionada a uma solução contendo o constituinte desejado até completar-se a adição de uma quantidade de reagente equivalente à quantidade presente do constituinte (ponto de equivalência). O final da titulação é normalmente visualizado por meio de uma mudança física na solução que ocorre nas imediações do ponto de equivalência (ponto final). Quando a própria reação não proporciona esta mudança deve-se utilizar um indicador. A diferença entre o ponto final e o ponto de equivalência é o erro da titulação. Equipamento utilizado: pipeta volumétrica, bureta, haste, funil, erlenmeyer, vidro de relógio. Utilização da bureta: Uma bureta é um tubo de vidro manufaturado precisamente com graduações que lhe possibilitam medir o volume de líquido através de uma torneira na parte inferior. A medição é feita pela leitura do nível antes e depois da titulação e subtraindo a primeira da segunda. Quando se lê a altura do líquido é importante que os olhos estejam no mesmo nível do topo do líquido. Se os seus olhos estiverem acima deste nível parecerá que o líquido está mais baixo e se estiverem abaixo aparentará maior quantidade de líquido. O erro que ocorre quando o seu olho não está na mesma altura do líquido é chamado erro de paralaxe. Os líquidos que molham a superfície que os contém apresentam o menisco côncavo enquanto que nos líquidos que não molham o recipiente (mercúrio) o menisco é convexo. Em ambos os casos a leitura deve ser feita à tangente do menisco. Para líquidos corados fica difícil enxergar a altura correta do menisco e assim se recomenda a leitura nas extremidades do menisco. Para efetuar a leitura na bureta deve-se sempre estimar o valor em torno de 1 décimo do valor da escala mínima de graduação. Assim para uma bureta graduada a 0,1 mL deve-se estimar a leitura em 0,01 mL. Próximo ao ponto final da titulação é desejável que se libere de uma bureta menos que uma gota de cada vez. Essa prática permite uma localização fina do ponto final, porque o volume de uma gota é de cerca de 0,05 mL (para uma bureta de 50 mL) Para liberar uma fração de gota, abre-se a torneira cuidadosamente até parte da gota pendurar-se na ponta da bureta. Toca-se então na parede interna do frasco receptor a ponta da bureta para transferir o líquido para a parede do frasco. Cuidadosamente, lave a parede do frasco com o frasco lavador e misture o conteúdo. Próximo ao final da titulação, o frasco deve ser lavado internamente e homogeneizado para garantir que os respingos nas paredes do frasco entrem em contato com o restante da solução. Outros cuidados com o manuseio: Limpeza; lubrificação da torneira; ambientação; Eliminação de bolhas de ar abaixo da torneira; Velocidade de adição do titulante (veloc. máx=10 mL/min); Correção de volume da bureta: Tabela de aferição : de 0 a 20,00 livra 20,02 mL de 0 a 30,00 “ 30,03 mL de 0 a 40,00 “ 40,06 mL de 0 a 50,00 “ 50,10 mL Volume médio das titulações: 43,35 mL Cálculos: entre 40 e 50 a bureta livra (50,10 – 40,06) = 10,04 mL entre 40 e 43,35 a bureta livra x x = 3,36 mL o volume total livrado será 40,06 + 3,36 = 43,42 mL Técnica de titulação: Para a padronização de uma solução de HCl ~0,1M) em relação a uma solução de NaOH padrão. Pipetar para dentro de um erlenmeyer, 25 mL de solução de NaOH. Adicionar 3 gotas do indicador misto verde de bromocresol + vermelho de metila. Adicionar através da bureta, sob constante agitação, HCl até alcançar o incolor. Ind. misto vbc.+vm Meio ácido Vermelho PF Incolor Meio alcalino verde Calcular o valor da concentração molar do HCl e a sua incerteza considerando 0,03 mL a incerteza na pipeta e a incerteza na bureta dada pelo desvio padrão das três titulações. Questões e problemas 1- Qual é a etapa crítica da titulação e como pode ser determinada? 2- Quais os requisitos necessários a uma reação, para que possa servir de base a um método volumétrico? 3- Quais os cuidados que se deve tomar ao se transferir uma solução padrão para uma bureta? 4- Quais os cuidados que se deve tomar em relação à temperatura quando se executa uma análise volumétrica? 5- Para a determinação volumétrica de um determinado analito foram feitas 5 titulações com os seguintes valores (em mL): 42,11; 42,14; 42,08, 42,19 e 42,13. Considerando a aferição da bureta apresentada acima, calcule o valor do volume a ser usado para o cálculo da concentração do analito. IDENTIFICAÇÃO DOS ÍONS Cl-, Br- e I-. 1 – Reação com o íon Ag+ Em três tubos de centrífuga colocar 3 gotas de solução contendo, respectivamente, Cl-, Br- e I-. Adicionar em cada um deles 3 gts de AgNO3. Observar a cor dos precipitados formados. Centrifugar as soluções e desprezar os centrifugados. Adicionar 5 gts de NH4OH conc. e verificar a solubilização do cloreto e brometo mas não do iodeto. Adicione 5 gts de solução de iodeto nos tubos contendo o cloreto e o brometo dissolvidos e observe. Explique as reações ocorridas. 2 – Reações de oxi-redução. Em três tubos de ensaio colocar 5 gotas de cada solução contendo o respectivo haleto. Adicionar uma pitada de MnO2 e (na capela) adicionar 2 gts de H2SO4 conc. Com os tubos contendo o Cl- e o Br- colocar sob aquecimento e colocar na boca do tubo um papel de filtro umedecido com uma solução de amido-KI. Com o tubo contendo o I- fazer o mesmo procedimento, porém usar um papel de filtro umedecido apenas com amido. Descrever as reações que ocorrem. Alternativamente se pode adicionar 5 gts de clorofórmio ou tetracloreto de carbono no tubo contendo o iodeto. Sem aquecer, tapar com uma rolha de borracha e agitar. Observe o que ocorre com a fase orgânica. VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO Métodos Argentimétricos A titulometria de precipitação baseia-se em reações com formação de compostos pouco solúveis. São bastante numerosos os métodos titulométricos de precipitação com caráter específico, todavia, o mais importante, único com um campo de aplicação mais ou menos amplo, é a argentimetria, que se baseia na formação de sais (haletos, cianeto, tiocianato, etc) de pratapouco solúveis. A argentimetria compreende diferentes métodos, que podem ser classificados conforme a titulação seja direta ou indireta. Nos métodos diretos, a solução que contem a substância a determinar é titulada com solução padrão de nitrato de prata até o ponto de equivalência. O ponto final pode ser determinado com o auxílio de indicadores através da medida de turbidez. Nos métodos indiretos a substância a ser determinada é precipitada com a adição de excesso de íon prata e este excesso é titulado, em meio ácido com uma solução padrão auxiliar em presença de um indicador adequado. As soluções de nitrato de prata podem ser preparadas por via direta a partir do reagente padrão primário. Tanto o nitrato de prata sólido como suas soluções devem ser cuidadosamente protegidos do contato com poeiras e matéria orgânica e da ação da luz solar direta; a redução química no primeiro caso e a fotodecomposição no segundo, provocam a formação de prata metálica. Eventualmente pode ser interessante padronizar as soluções de nitrato de prata contra cloreto de sódio. As soluções de AgNO3 devem ser conservadas em frasco de vidro escuro com tampa de vidro esmerilhado. Método de Mohr O método de Mohr é aplicável à determinação de cloreto ou brometo e de outros ânions precipitáveis pelo íon Ag+. A solução neutra do ânion é titulada com nitrato de prata em presença de cromato de potássio como indicador. O ponto final é assinalado pela formação do cromato de prata, vermelho. O método baseia-se, pois, na precipitação fracionada: precipita primeiro o ânion a ser determinado na forma de sal de prata e depois o cromato de prata. -Limitações: faixa de pH restrita: 6,5-10,5 Determinação de Cloreto pelo Método de Mohr Reação de Titulação: Ag+ + Cl- AgCl(s) precipitado branco Reação do indicador: 2Ag+ + CrO4 2- Ag2CrO4(s) precipitado vermelho Kps AgCl = 1,8x10-10 Kps Ag2CrO4 = 1,1x10 -12 No ponto de equivalência : [Ag+] = [Cl-] = 1,8x10-10 Então para Ag2CrO4 precipitar neste ponto: [CrO4 -] = 1,1x10-12/[Ag+]2 = 6x10-3 Portanto, teoricamente, a concentração de cromato de potássio na solução deveria ser de 0,006 mol L-1. Entretanto, na prática, faz-se uso de cromato mais diluído, aproximadamente 0,002 mol L-1, pois a coloração amarela das soluções mais concentradas dificultaria a observação do ponto final, logo, [Ag+] PF [Ag+] PE. De fato, o ponto de equivalência deve ser sobrepassado ainda mais, para que se forme cromato de prata em quantidade suficiente para tornar a mudança de coloração perceptível. Em vista disso se recomenda a execução de uma prova em branco, que consiste em adicionar solução de nitrato de prata a uma suspensão de um sólido branco inerte (CaCO3) em cromato de potássio 0,002 mol L-1 até mudança perceptível de coloração. Esse volume deve ser subtraído do valor encontrado na titulação. Determinação de cloreto Pese, com exatidão, entre 0,50 a 0,65 g da amostra de cloreto para dentro de um copo. Transfira quantitativamente para um balão volumétrico de 250 mL, leve à marca e agite até a solução tornar-se homogênea. Pipete 3 alíquotas de 50 mL para frascos Erlenmeyer de 250 mL. A cada alíquota adicione 1 mL de cromato de potássio a 5% e titule com solução padrão de nitrato de prata, sob constante agitação, até que a coloração vermelha produzida no ponto em que caem as gotas de nitrato de prata comece a desaparecer mais lentamente. Prossiga a titulação, gota a gota, até que se verifique uma leve, mas nítida mudança de coloração da solução. Terminada a última titulação, efetue uma prova em branco da seguinte maneira: a um volume de água igual ao volume final das soluções tituladas acima, adicione 1 mL do indicador e cerca de 0,5 g de carbonato de cálcio, titulando com a solução de nitrato de prata (até obter a mesma coloração das titulações anteriores). Faça, então, a correção respectiva e calcule a percentagem de cloreto na amostra. (Cl-=35,453g mol-1) Questões e problemas 1- Quais os cuidados que devem ser tomados na conservação de soluções de AgNO3? 2- Por que é usado o CaCO3 para realizar a prova em branco? 3- Quais as razões que limitam a realização do método de Mohr entre os pHs 6,5 –10,5? 4- Por que é inadequada a determinação de iodeto pelo método de Mohr? 5- Na determinação de Cl- pelo método de Mohr o analista adicionou a quantidade adequada de cromato de potássio, acidificou a solução e titulou com nitrato de prata. A quantidade de cloreto encontrada por esta técnica é maior, menor ou correta? Justifique. 6- Suponha que você deseja determinar iodato pelo método de Mohr. Calcule a concentração do íon cromato que deve estar presente de modo que a precipitação do cromato de prata ocorra justamente no ponto de equivalência do iodato. KpsAgIO3 =3,02x10 -8 GRAVIMETRIA Uma determinação gravimétrica consiste na precipitação de um analito de modo a separá-lo quantitativamente da solução matriz, filtrar o precipitado formado e trata-lo termicamente de modo a obter uma substância química de composição conhecida cuja massa pode ser determinada por pesagem e através dela determinar a quantidade do analito originalmente existente na amostra. Determinação gravimétrica de sulfato como BaSO4 Reação de precipitação: SO4 2- + Ba2+ → BaSO4 (s) Técnica: Pese exatamente, entre 0,2 a 0,3 gramas de amostra para um béquer de 600 mL. Adicione 50 mL de água e dissolva com bastão de vidro, que deverá permanecer no béquer até o final do trabalho. Em seguida adicione 2 mL de HCl conc. e dilua com água a 250 mL (usar água quente). Em outro béquer, dilua 20 mL de uma solução a 5% de BaCl2 a 75 mL com água destilada e aqueça até próximo ao ponto de ebulição. Ao mesmo tempo aqueça também a solução com a amostra. Adicione a solução de BaCl2, rapidamente e sob agitação, à solução da amostra. Deixe sedimentar o precipitado e adicione ao líquido sobrenadante algumas gotas da solução de BaCl2. Caso forme-se ainda precipitado, adicione mais solução de BaCl2, deixe sedimentar e repita o teste para verificar se a precipitação foi completa. Cubra o béquer com um vidro de relógio e deixe digerir em banho de vapor por 30 min. Paralelamente a isso coloque um cadinho de porcelana com tampa na mufla por 60 minutos a 800 °C, retire, deixe resfriar, em dessecador, até a temperatura ambiente por, no mínimo, 30 minutos e pese o cadinho em balança analítica anotando a massa do mesmo. Filtre o precipitado através de um papel filtro faixa azul. Transfira o precipitado para o papel filtro com o auxílio de um jato de água quente. Atrite as partículas do precipitado que estão aderidas à parede do béquer com um bastão de vidro provido de uma ponteira de borracha e passe essas partículas para o papel filtro. Lave o precipitado com pequenas porções de água quente, testando o líquido resultante com AgNO3. Retire o papel filtro do funil, dobre-o e coloque-o no cadinho de porcelana, previamente pesado. Coloque o cadinho na mufla com a tampa entreaberta e aquecer a mufla até 800 °C deixando então mais 60 minutos. Retire o cadinho e coloque num dessecador por pelo menos 30 minutos até atingir a temperatura ambiente e então faça a pesagem. Calcule o teor de sulfato na amostra considerando o fator gravimétrico = 0,4115. % SO4 = (mBaSO4 . fg. 100)/ mamostra Identificação de SO42- e NO3- a) Identificação do NO3- 1- Com FeSO4 e H2SO4 concentrado. Ao se misturar uma solução saturada de FeSO4 recém- preparada com uma solução de NO3 - e, então, adicionar lentamente pelas paredes do recipiente o H2SO4 concentrado,sem agitação, forma-se um anel marrom na interface dos líquidos. O anel marrom é devido à formação de um complexo FeNO2+. 2 NO3 - + 6 Fe2+ + 4 H2SO4 → 2 NO + 6 Fe3+ + 4 SO42- + 4 H2O Fe2+ + NO → FeNO2+ 2- Com difenilamina: O reagente em meio H2SO4 concentrado é oxidado pelo NO3 - a um composto quinóide de cor azul. N H NO3 N N H + H + difenilamina Composto quinóide azul b) Identificação do SO42- Com Ba2+: Forma-se um precipitado branco insolúvel em ácidos. ESTUDO COMPLEMENTAR SOBRE GRAVIMETRIA Teoria 1- O que se entende por fator gravimétrico? Quando é necessário fazer-se uso deste. Dê exemplos. 2- Estabeleça quatro propriedades desejáveis de um precipitado gravimétrico. 3- Por que uma supersaturação relativa alta é indesejável numa precipitação gravimétrica? 4- Quais as medidas que se pode tomar para diminuir a supersaturação relativa durante uma precipitação? 5- O que é digestão e qual a sua função? 6- Cite e comente os fatores de contaminação dos precipitados. Cite os procedimentos empregados para minimizar seus efeitos. Problemas 1- Expresse em símbolos químicos os fatores gravimétricos abaixo relacionados: a) Constituinte Cr2O3 - forma de pesagem Ag2CrO4 b) Constituinte Na2B4O710H2O - forma de pesagem B2O3 c) Constituinte Pb3O4 - forma de pesagem PbO2 d) Constituinte Fe6S17 - forma de pesagem Fe2O3 2 – A determinação gravimétrica de As é feita oxidando-se o As a arsenato, que é em seguida precipitado como Ag3AsO4. O precipitado é dissolvido em HNO3 e o Ag+ precipitado como AgCl. Represente em símbolos químicos o fg para essa determinação. 3 - Vinte tabletes de ferro nutricionais com uma massa total de 22,131 g foram moídos e misturados completamente. A seguir 2,998 g do pó foram dissolvidos em HNO3 e aquecidos para converter todo o ferro em Fe3+. A adição de NH3 causou uma precipitação quantitativa de Fe2O3.xH2O, que foi calcinado, dando 0,264 g de Fe2O3 (PM 159,69). Qual a massa média de FeSO4.7H2O (PM 278,01) por tablete? 4 - Para encontrar o teor de Ce4+ em um sólido, 4,37 g foram dissolvidos e tratados com excesso de iodato para pecipitar o Ce(IO3)4. O precipitado foi coletado, bem lavado, secado e queimado para produzir 0,104 g de CeO2(PM172,114). Qual era a percentagem, em peso, de Ce no sólido original? PREPARAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE HCl a). Preparação de solução de HCl ~0,1 mol L-1 1. Calcular a molaridade do HCl concentrado Dados: % (m/m) = 37 % densidade = 1,18 massa molecular = 36,45 g/mol 2. Calcular o volume necessário deste para preparar 700 mL de HCl ~0,1 mol L-1 3. Preparar e rotular o seu ácido. b) Padronização da solução com tetraborato de sódio (bórax) Padrão primário: Tetraborato de sódio (bórax) : Na2B4O7.10H2O (PM= 381,37) Titulação de um ácido forte com sal de ácido fraco Reação de titulação: B4O7 2- + 2 H+ + 5 H2O 4 H3BO3 Relação estequiométrica: 1 mol bórax reage com 2 mols de HCl Indicador utilizado: Indicador misto: verde de bromocresol + vermelho de metila Técnica: Pese, por diferença, exatamente, uma massa adequada de bórax para dentro de um frasco erlenmeyer de 250 mL, visando gastar em torno de 40 a 45 mL da solução titulante. Dissolva com aproximadamente 50 mL de água deionizada (aquecer se necessário), adicione 3 gotas de indicador misto (verde de bromocresol + vermelho de metila) e titule com o HCl preparado, até a solução tornar-se incolor. Repita o processo com duas outras porções do sal. Verifique a temperatura da solução de HCl. Calcule a concentração molar do ácido à temperatura de 20ºC. Expresse o seu resultado com exatidão de 0,1%. Cálculos: m1 V1 V1 cor calcular M1 m2 V2 V2 cor calcular M2 etc. No ponto de equivalência: 2 x nº de mmols de bórax = nº mmols de HCl 2 . (m/381,37) . 1000 = M . V. ft ft = fator de correção da temperatura ambiente para 20 °C Concentração molar média: (M1 + M2 + M3) / 3. Calcule o desvio padrão. Questões e problemas. 1- Sugira outros padrões primários que poderiam ser utilizados na padronização de uma solução ácida. 2- Calcule o pH teórico no ponto de equivalência da reação entre o ácido clorídrico e o bórax. Sugira outros indicadores para a determinação deste ponto final. 3- Se o ácido a ser padronizado fosse o ácido sulfúrico, como seria o cálculo da concentração molar? 4- Uma solução foi preparada dissolvendo-se 0,1947 g de HgO em 20 mL de água contendo 4 g de KBr. Sua titulação com HCl necessitou 17,98 mL para atingir o ponto final utilizando fenolftaleína como indicador. Calcule a concentração molar da solução de HCl. HgO + 4 Br- + H2O HgBr42- + 2 OH- IDENTIFICAÇÃO DOS ÍONS Na+ E CO32-. DETERMINAÇÃO DA NaOH E Na2CO3 EM SODA COMERCIAL 1. Identificação do íon Na+ Com o auxílio de um fio de Pt transferir um pouco da solução contendo o íon para uma chama no bico de Bunsen. A formação de uma coloração amarela intensa na chama indica a presença de Na. 2. Identificação do íon carbonato. Colocar uma porção de carbonato de sódio num tubo de ensaio. Verter um pequeno volume de água de barita (Ba(OH)2) num outro tubo de ensaio. Ligar os dois tubos com uma conexão de vidro. Adicionar uma gotas de HCl 3 mol/L ao tubo contendo o carbonato e fechá-lo imediatamente. O CO2 liberado difunde para o outro tubo e turva a água de barita através da formação de um precipitado de BaCO3. 3. Determinação de NaOH e Na2CO3 Curva da titulação de uma mistura de NaOH e Na2CO3 V1 V2 Vol HCl H2CO3 : K1=4,45x10 -7 K2=4,7x10 -11 V2 < 2V1 Técnica: Pipete 25 mL da solução problema para um balão volumétrico de 250 mL, levando à marca com água deionizada. Pipete uma alíquota de 50 mL para um frasco Erlenmeyer de 250 mL. Adicione uma gota de fenolftaleína e titule, vagarosamente e com agitação, com a solução padrão de HCl 0,1 mol L-1 até que a solução se torne incolor. Anote o volume gasto V1. Adicione 3 gotas de indicador verde de bromocresol e continue a titulação até que a solução se torne verde amarelada, anotando o volume gasto V2. Repita o procedimento com mais duas alíquotas e, a partir dos dados, determine as percentagens de NaOH (40 g/mol) e Na2CO3 (106 g/mol) na amostra. Determine, também, a percentagem total das duas espécies. V1 = vol. do ponto final da fenolftaleína – corrigir o volume V2 = vol. do ponto final do indicador verde de bromocresol - corrigir V2 cor -V1 cor = vol. gasto para titular HCO3 - V2 cor = vol. gasto para titular OH - + CO3 2- = vol. total. pH OH- + H+ H2O CO3 2- + H+ HCO3- HCO3 - + H+ H2CO3 Cálculos Na2CO3 + 2 HCl 2 NaCl + H2CO3 NaOH + HCl NaCl + H2O 2 (V2cor- V1cor) = vol. gasto para Na2CO3 = VC V1cor – (V2cor – V1cor) = vol. gasto para OH- = VS 2 x no mmols de carbonato = no mmols de HCl 2 x (mC/106) x 1000 = VC MHCl mC = VC MHCl x 106 / 2000 % Na2CO3 = (mC x 250 x 100) / (Vp x Va) no mmols NaOH = no mmols de HCl (mS / 40) / 1000 = VSMHCl mS = VSMHCl x 40 / 1000 % NaOH = (mS x 250 x 100)/ (Vpx Va) Questões e problemas 1 – Qual seria a relação entre V1 e V2 para uma mistura de Na2CO3 e NaHCO3? 2 – Se numa determinação de uma espécie alcalina fossem encontrados os volumes de 20,12 mL e 40,25 mL, respectivamente para os pontos finais com fenolftaleína e verde de bromocresol, que substância ou mistura poderia ser? 3 – Se for necessário analisar uma mistura de H3PO4 e NaH2PO4 com a intenção de determinar simultaneamente os dois componentes. Que indicadores poderiam ser usados e como seria a relação entre os volumes gastos com cada um dos indicadores e a determinação de cada componente? VOLUMETRIA DE FORMAÇÃO DE COMPLEXOS Introdução A volumetria de formação de complexos ou complexometria baseia-se em reações que envolvem um íon metálico M e um agente ligante L com a formação de um composto de coordenação suficientemente estável. O caso mais simples é o de uma reação que origina um complexo do tipo 1:1; Mn+ + Lm- ML(n + m) Se a constante de formação do complexo, também chamada de constante de estabilidade, for bastante elevado (>108) é possível construir uma curva de titulação representando pM versus o volume do titulante. Quando o íon metálico forma com o ligante complexos do tipo MLn, a condição de equilíbrio é determinada por n constantes de estabilidade. Para que uma reação deste tipo possa ser usada em um método analítico é preciso que seja possível interromper a titulação com a formação de um certo complexo MLm onde m é um valor particular de n. Solução padrão preparada a partir de: H4Y (PM =292,254) Na2H2Y. 2H2O (PM=372,24) Preparação da solução padrão: Calcule a massa de Na2H2Y.2H2O necessária para preparar 250 mL de solução de EDTA 0,01 mol L-1. Prepare a solução e calcule a sua concentração exata: (considere que o sal dissódico contém 0,3% de umidade) em: -molaridade -título como mg CaCO3/mL e título como mg MgCO3/mL Identificação de Ca2+ e Mg2+ O Ca2+ é identificado pelo teste da chama. A cor da chama deverá ser vermelho tijolo. O Mg2+ é identificado colocando-se 5 gotas de solução contendo o íon Mg2+ num tubo de centrífuga, adicionando 2 gts de p-nitro-azo-benzeno-alfa-naftol (magneson) e a seguir 5 gts de KOH. Agitar com um bastão de vidro durante 1 minuto e centrifugar. A formação de um precipitado azul identifica o magnésio. Determinação da dureza da água Reações: Mn+ + Ind(cor A) M-Indn+ (cor B) Mn+ + EDTA M-EDTA M- Ind(cor B) + EDTA M-EDTA + Ind (cor A) Kf M-Ind Kf M-EDTA Solução padrão: Na2H2Y. 2H2O Indicador: NET-negro de eriocromo T Dureza da água: A dureza de uma água é atribuída a presença de cátions metálicos, principalmente Ca2+ e Mg2+, por serem os mais abundantes. É usualmente medida em ppm de CaCO3 (graus americanos). Técnica: Pipete 3 alíquotas de 50 mL da amostra para erlenmeyers de 250 mL. Adicione 1 mL de solução tampão pH =10 (NH4OH + NH4Cl) e uma pitada de negro de eriocromo-T (no momento da titulação). Titule cada solução com solução padrão de EDTA até coloração azul (não violeta). Calcule ppm de CaCO3 correspondente à dureza total da amostra. Expresse os seus resultados com exatidão de 1%. Questões 1 – Qual a razão de usar uma solução tampão e por que pH=10? 2 – Como funciona o indicador Negro de Eriocromo T? VOLUMETRIA DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO Métodos Permanganimétricos São métodos quem empregam soluções de permanganato de potássio em diferentes condições: Com redução a Mn2+ em meio ácido (0,1mol L-1 em ácido mineral) MnO4 - + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O E0 = 1,51V Com redução a Mn3+, em presença de F- ou hipofosfito MnO4 - + 8H+ + 4e- Mn3+ + 4H2O Com redução a MnO 2 (pH>4, neutro ou fracamente alcalino) MnO4 - + 4H+ + 3e- MnO2 + 2H2O MnO4 - + 2H2O + 3e - MnO2 + 4OH- Com redução a Mn(VI) em meio alcalino: MnO4 - + 1e- MnO42- INDICADOR: própria coloração do permanganato (soluções>0,002 mol L-1) Em soluções mais diluídas - indicador redox. SOLUÇÃO PADRÃO: KMnO4, não é padrão primário. Contaminante MnO2 Padronização em relação ao: Na 2C2O4: 2 MnO4 - + 5 H2C2 O4 + 6 H + 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8H2O As2O3: 5 H3AsO3 + 2 MnO - 4 + 6 H + 2 Mn2+ + 5 H3AsO4 + 3 H2O Estabilidade da solução padrão: A solução padrão de permanganato de potássio não é estável, pois sendo o permanganato um agente oxidante forte reage com a água de acordo com: 4 MnO4 - + 2 H2O 4 MnO2 (s) + 3 O2 + 4 OH- Essa reação é catalisada por luz, calor, H +, OH-, Mn2+ e MnO2. Em função disso a solução deve ser conservada em frascos escuros, ao abrigo da luz e da presença dos demais agentes catalisadores da sua decomposição. Preparação da solução de permanganato (1) imediata: com aquecimento para acelerar as reações de redução do MnO4 - ; (2) com antecedência e repouso de no mínimo 24 h. Em ambos os casos a solução deve ser filtrada em meio poroso não redutível (lã de vidro ou vidro sinterizado). Preparação de uma solução de KMnO4 aproximadamente 0,02 mol L-1 Pesar aproximadamente 2,2 g de KMnO4 (em balança semi-analítica) para um copo de 800 mL; diluir a 700 mL com água desionisada e, após a dissolução, transferir para um frasco âmbar com tampa de vidro esmerilhada. Deixar a solução em repouso até a próxima aula. Filtrar através de funil de vidro sinterizado para dentro de um kitassato seco. Transferir a solução para o frasco original previamente limpo e ambientado. Padronização da solução de KMnO4 Padrão utilizado: Na2C2O4 Reação de padronização: 2 MnO4 - + 5 H2C2O4 + 6 H + 2 Mn2 + 10 CO2(g) + 8 H2O Velocidade lenta - catalisada por Mn2+ autocatálise. A titulação é realizada à quente (80-90 °C). A temperatura não pode ser superior a 90 ° C devido à decomposição do ácido oxálico: H2C2O4 H2O + CO2 + CO Ponto Final: Indicador: própria coloração do KMnO4 no ponto final - não é permanente: 2 MnO-4 + 3 Mn 2+ + 2 H2O 5 MnO2 (s) + 4H+ Pesar, exatamente, de 0,2 a 0,3 g de oxalato de sódio (previamente dessecado a 110 °C por uma hora e resfriado em dessecador) para dentro de um erlenmeyer de 500 mL. Dissolver em 10 mL de H2SO4 1:1, diluir com, aproximadamente, 200 mL de água desionisada, agitando até a completa dissolução do oxalato. Aquecer a 80-90 °C e titular rapidamente com a solução de KMnO4 até a primeira coloração rósea permanente por 30 segundos. Repetir este procedimento por mais 2 vezes. Questões 1 – Por que a solução de KMnO4 deve ser deixada em repouso após a sua preparação? 2 – Por que é necessário filtrar a solução de permanganato e quais os meios filtrantes adequados? 3 – Por que ocorre o descoramento da solução titulada após alguns minutos? 4 – Quais os ácidos adequados para acidificar o meio? DETERMINAÇÃO DA % PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM SOLUÇÃO DE ÁGUA OXIGENADA O peróxido de hidrogênio frente ao permanganato (oxidante forte) comporta-se como agente redutor; MnO4 - + 8 H+ + 5 e- Mn2+ + 4 H2O E° = 1,51 V O2(g) + 2 H+ + 2 e- H2O2 E° = 0,682 V Reação de titulação: 2 MnO-4 + 5 H2O2 + 6 H + 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O veloc .lenta catalisador Mn2+ Técnica: Pipete 25 mL da amostra para um balão volumétrico de 250 mL, complete à marca com água deionizada e homogeneíze. Pipete 25 mL desta solução para um frasco erlenmeyer de 500 mL, dilua até aproximadamente 200 mL de água, adicione 20 mL de ácido sulfúrico 3 mol L-1 e titule com solução padrão de permanganato de potássio aproximadamente 0,02 mol L-1 até o aparecimento de uma coloração rósea persistente por 30 segundos. Repita o processo com mais duas alíquotas e expresse o resultado em % de H2O2 (34,02) na amostra. Ponto final não permanente: 2 MnO4 - + 3 Mn2+ + 2 H2O 5 MnO2 (s) + 4 H+ Keq = 1047 Cálculo da concentração de H2O2: Deduza a expressão para o cálculo da % de H2O2 na situação acima. Cálculo da concentração % em volume: As concentrações das soluções de peróxido de hidrogênio são comercialmente expressas em volumes. A concentração expressa em volumes significa: ml de O2 liberados na decomposição de 1 ml de solução de peróxido nas CNTP, segundo a reação: 2 H2O2 2H2O + O2 (g) - Calcule a expressão da concentração desta água oxigenada em volumes. MÉTODOS IODOMÉTRICOS S=0,3g/L onde S = solubilidade I2 alta PV onde PV = pressão de vapor I2 - + 2e- 2I- E0=0,5355V I3 - + 2e- 3I- E0=0,536V I2 (I3 -) possui potencial padrão intermediário: pode atuar como oxidante ou redutor moderado, dando origem a dois diferentes métodos. Iodometria Direta: - determina substâncias fortemente redutoras; - solução padrão: I2 em KI; - agente redutor + I3 - 3I-; - indicador: amido; - ponto final: cor azul escura devido a presença da espécie I3 -. Iodometria Indireta: - determina substâncias fortemente oxidantes; - solução padrão: Na2S2O3; - agente ox. + KI(em excesso) I3-; - reação de titulação: I3 - + 2S2O3 2 S4O62- + 3I- (soluções neutras ou levemente ácidas); - indicador: amido; - ponto final: azul incolor, desaparecimento da espécie I3-. Causas de Erro nos Métodos Iodométricos: 1- volatilização do I2; 2- oxidação do iodeto pelo ar 6I- + O2 + 4H + 2I3- + 2H2O catalisado pela luz, calor, H+; 3- hidrólise do iodo I3 - + H2O HIO + 2I- + H+ 3HIO 2I- + IO3- + 3H+. Estabilidade da Solução Padrão: Iodo: - padrão primário ou padronizado; - alta PV; - reage com matéria orgânica. Na2S2O3: - decomposição catalisada por, H+, CO2, microorganismos, luz, traços de Cu 2+; - padronização: KIO3, K2Cr2O7. DETERMINAÇÃO DA PERCENTAGEM DE CLORO ATIVO EM ALVEJANTE Reações: OCl- + 3 I- + 2 H+ Cl- + I3- + H2O R.T.: I3- + 2 S2O32- 3 I- + S4O62- OCl- ≡ I3- ≡ 2 S2O32- Indicador: o amido forma com o íon I3 - um complexo de cor azul escura. Ponto Final: Desaparecimento da cor azul por consumo da espécie I3 - Técnica: Pipete 25 mL de amostra para dentro de um balão volumétrico de 250 mL e dilua com água destilada até a marca, homogeneíze. Pipete 3 alíquotas de 50 mL para dentro de frascos erlenmeyer de 250 mL. Adicione, somente no momento de titular e na ordem, 2,0 g de iodeto de potássio, 5 mL de H2SO4 2 mol L -1, e titule com a solução padrão de Na2S2O3 aprox. 0,1 mol L -1 até coloração amarelo pálido. Adicione 2 mL da solução de amido a 0,2 % e continue a titulação até o desaparecimento da cor azul. Determine a percentagem de hipoclorito (51,45 g mol-1) no alvejante. Questões 1 – Qual é o método iodométrico empregado na presente técnica? 2 – Por que se deve titular imediatamente após ter colocado o KI e o H2SO4? 3 – Por que a adição do amido somente deve ser feita um pouco antes do ponto final? 4- Explique como pode ser realizada a padronização de uma solução de Na2S2O3? PRÁTICA DA AMOSTRA REAL A prática da amostra real é feita em grupo (preferencialmente, em dupla) e equivale a duas notas com peso 10, onde uma delas se refere ao desempenho dos alunos na execução da parte experimental e outra à apresentação. Esta prática NÃO pode ser recuperada! O objetivo desta prática é que os alunos desenvolvam autonomia para o trabalho analítico, para tanto, os mesmos deverão buscar e selecionar um roteiro adequado de aula experimental para resolver um problema analítico proposto pelos professores. Desta forma, a prática da amostra real envolve duas etapas: a execução do trabalho experimental e apresentação para os colegas e professores. Os critérios de avaliação serão descritos abaixo. Cabe ressaltar que o problema a ser resolvido será sorteado algumas semanas antes da data prevista para a execução da parte experimental. Ainda, previamente ao dia de execução da parte experimental, os alunos deverão conferir com os professores da disciplina e com o técnico responsável se todos os reagentes e materiais necessários para a execução da parte experimental estão disponíveis no laboratório, incluindo a amostra que será utilizada. Etapa 1: execução da parte experimental Os alunos serão responsáveis pelo planejamento e execução do roteiro escolhido, portanto deverão: i. calcular a massa adequada de amostra em função do volume de titulante ii. preparar e padronizar soluções iii. decompor a amostra iv. verificar possíveis interferências Critérios de Avaliação: autonomia, desenvoltura, cuidados e limpeza com o material. Etapa 2: apresentação Os alunos deverão preparar uma apresentação, de aproximadamente 15 à 20 minutos, relacionada à prática executada. No final da apresentação eles serão arguidos sobre a mesma. A apresentação deverá conter: - Introdução: relevância da realização da análise; justificar a escolha do método utilizado, explicar o princípio do mesmo, vantagens e desvantagens/ dificuldades. - Objetivo - Parte experimental: Reagentes e procedimento, incluindo os procedimentos de padronização empregados. - Resultados e discussão: apresentar os dados e cálculos, incluindo a média e desvio padrão dos valores das diferentes replicatas; comparar com rótulo/ valor esperado. - Bibliografia Os alunos deverão entregar um relatório no dia da apresentação, contendo os itens descritos acima. Critérios de Avaliação: desenvoltura, domínio do assunto, adequação da apresentação ao tempo, estrutura da apresentação.
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