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Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Disciplina: Química Analítica Qualitativa Curso: Educação Profissional Técnica de Nível Médio em Química Período: 2º Carga Horária: 75 horas Nº Aula por semana: 05 Quantidade de aulas previstas: 90 3 Experimentais e 2 Teóricas ( Início + aulas teóricas) 2 Ementa A disciplina de Química Analítica do curso de Educação Profissional Técnica de Nível Médio em Química deverá ser capaz de dar ao aluno condições para que este possa compreender a importância da Química Analítica qualitativa na vida prático-profissional a qual será conduzida através dos seguintes temas propostos: Introdução à Química Analítica Qualitaiva; Surgimento da Química Analítica; Técnicas de reações analíticas; Análise funcional e sistemática de cátions; Análise funcional e sistemática de ânions. 3 Objetivo Capacitar o aluno ao desenvolvimento das atividades do laboratório com segurança e competência, acompanhando o desenvolvimento científico e tecnológico para uma futura aplicação no mercado de trabalho. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. 4 Conteúdo Programático 1- Introdução à Química Analítica Qualitaiva 1.1- Importância; 1.2- Aplicações; 1.3- Diferenças entre análises químicas qualitativas e quantitativas. 2- Surgimento da Química Analítica 2.1- Análise gravimétrica; 2.2- Análise volumétrica. 3- Técnicas de reações analíticas 3.1- Reações via seca: aquecimento, maçarico, chama, pérolas; 3.2- Reações via úmida. 4- Análise funcional e sitemática de cátions (classificação em grupos analíticos) 4.1- Grupo I: chumbo (II), mercúrio (I) e prata (I); 4.2- Grupo II: mercúrio (II), chumbo (II), bismuto (III), cobre (II), cádmio (II), arsênio (III) e (V), antimônio (III) e (V) e estanho (II) e (V); 4.3- Grupo III: ferro (II) e (III); alumínio; cromo (III) e (IV), níquel; cobalto; manganês (II) e (VII) e zinco; 4.4- Grupo IV: bário, estrôncio e cálcio; 4.5- Grupo V: magnésio, sódio, potássio e amônio; 4.6- Reagentes e reações; 4.7-Aulas práticas de identificação dos cátions dos grupos III, IV e V; 5- Análise Funcional e sistemática de ânions 5.1- Carbonatos; cloretos; brometos, iodetos, nitratos, sulfatos e acetato; 5.2- Reagentes e reações; 5.3- Aulas práticas de identificação dos ânions acima. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. 5 Bibliografia Básica REIS, Martha. Química integral: ensino médio: volume único. São Paulo: FTD, 2004. SARDELLA, Antônio. Química: volume único. São Paulo: Ática, 2004. NÓBREGA, Olímpio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto da; SILVA. Ruth Hashimoto da. Química: volume único. 1. ed. São Paulo: Ática, 2008. BIANCHI, José Carlos de Azambuja; ALBRECHT, Carlos Henrique; MAIA, Daltamir Justino. Universo da Química: volume único. 1ª ed. São Paulo: FTD, 2005. . Vogel, A. I. (1981). Química analítica qualitativa. São Paulo: Ed. Mestre Jou. 665 p. 6 Bibliografia Complementar Baccan, N. et al.. Introdução a semimicroanálise qualitativa. Volume único. 4a edição. Campinas. Editora da Unicamp. 1991 Avaliações 3 módulos de avaliação: Módulo 1 = Avaliação Escrita e sem consulta (serão duas) (30% da nota total cada) Sendo a primeira a ser aplicada na última semana de março (ou data a combinar). A segunda na primeira semana de junho (ou data a combinar). Módulo 2 = Trabalhos em sala 30% da nota total Módulo 3 = Relatórios e participação no laboratório 10% da nota total Incluindo os pré-laboratórios. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Química Analítica Professor Ms Juraci Lourenço Teixeira Química Analítica → é a parte da química que preocupa em estudar as composições dos elementos constituintes da matéria e a partir das quantidades de cada constituintes prever se existe contaminação ou se existe a necessidade de adição de algum constituinte ao material, ou seja prevê a existência qualitativa e quantitativa dos constituintes A química Analítica se divide em qualitativa e quantitativa. • Química Analítica qualitativa → estuda os constituintes presentes em uma amostra, a partir de ensaios característicos ou específicos para a determinação qualitativa dos elementos estimando a partir do produto formado a quantidade dos constituintes em questão. Ex: a partir de um precipitado formado, estimar a quantidade do constituinte a ser estudado. •Química Analítica quantitativa → estuda as quantidades presentes de cada constituinte. A Química analítica Quantitativa pode ser também dividida em duas: A Química analítica Quantitativa Clássica, se baseia nos métodos clássicos de análise; que são aqueles que envolvem a adição de reagentes adequados, os quais promovem reações que o produtos pode ser medido com o auxilio de alguns equipamentos como balanças ou volume de reagentes adicionados e ou quantidades de gases produzidos. Ex: Análise gravimétrica de AgCl formado a partir de uma determinada adição de reagentes, Análise volumétrica de Ácido acético presente no Leite ou Vinagre, Análise volumétrica de Soda cáustica. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Já a parte da Química analítica Quantitativa baseada em instrumentos é dita como Análise Instrumental e utiliza equipamentos capazes de medirem as propriedades dos analitos presentes mesmo em pequenas quantidades em amostras de interesse. EX: Espectrometria → baseia-se na utilização da luz para a obtenção dos resultados, Turbidimetria → Baseia-se no espalhamento da luz pelo analito presente na amostra, Cromatografia → Baseia-se nas interações do analito com as partes do equipamento para executar o processo de separação e quantificação das espécies presentes. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. APLICAÇÕES DA QUÍMICA ANALÍTICA · Indústrias · Hospitais · Saúde Pública · Agricultura · Elucidação de crimes · Detecção do uso de drogas por atletas Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Indústrias (a) Amostragem e teste das matérias primas. (b) Teste dos intermediários. (c) Monitoração da qualidade do produto. (d) Monitoração da qualidade dos efluentes. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Hospitais · Análise de componentes presentes na urina e sangue de pacientes para auxiliar os médicos em seus diagnósticos. · Monitoração da condição dos pacientes. Saúde Pública · Controle de alimentos e bebidas de acordo com a legislação vigente. · Controle do nível de substâncias tóxicas e cancerígenas no meio ambiente. Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Agricultura · Monitoração dos níveis de nutrientes nos solos. · Escolha e indicação da quantidade de fertilizantes a serem aplicados nos solos. · Monitoração dos níveis de pesticidas. Elucidação de crimes · Exame microscópico e medida de componentes químicos deixados durante os crimes (pistas). Química Analítica Professor Ms. Juraci Lourenço Teixeira. Detecção do uso de drogas por atletas · Análise da urina e sangue de atletas para a detecção de drogas e seus metabólitos. Química Analítica ETAPAS DE UMA ANÁLISE QUÍMICA Seleção do método de análise Amostragem Preparação da amostra Definir amostras replicata Dissolver a amostra Eliminar interferentesMedir propriedade física do analito Calcular resultados Estimar a confiabilidade dos resultados Química Analítica Fatores que devem ser considerados em uma análise química (escolha do método) a) quantidade de amostra disponível ou a ser utilizada: _ Macrométodos > 100 mg _ Semimicrométodos 10 - 100 mg (escala normalmente empregada) _ Micrométodos ≈ 1 mg _ Ultramicrométodos ≈ 1 µg b) Quantidade do íon na amostra: _ Macroconstituinte > 1% _ Microconstituinte 0,01 – 1% _ Constituinte traço < 0,01% ( métodos instrumentais) A quantidade do analito na amostra está diretamente relacionada ao LIMITE de DETECÇÃO do método empregado (a menor quantidade do íon exigido pelo método ou a menor quantidade do íon percebida pelo equipamento ou pelo método). c) Presença de outros íons na amostra (se interferentes) e de sua quantidade relativa na amostra: Os íons interferentes ou o analito devem ser separados previamente da amostra se nenhum método específico de análise foi possível. método específico (no limitado) permite a identificação do analito em qualquer amostra, independente de sua composição. métodos seletivos são os métodos que fornecem o mesmo resultado para um grupo de íons. Química Analítica Ex A amostra pode ser constituída por: Na+ , Cl-, PO4 3- e CO3 = se for empregado solução de AgNO3 para identificar o Cl -. É possível?????????? Solubilidade NaNO3 Muito solúvel Solubilidade do AgCl Pouco Solúvel Solubilidade do Ag3PO4 Pouco Solúvel Solubilidade do Ag2CO3 Pouco Solúvel Portanto, PO4 3- e CO3 = são íons interferentes. Devem ser eliminados ou mascarados da amostra A eliminação dos íons interferentes pode ser feita através de: i) Precipitação dos íons interferentes com reagente adequado; Por exemplo a adição de Ca(NO3)2; ( deve-se separar o ppt da sç por filtração). ii) Adição de ácidos (ex: HNO3) Preferível sobre a primeira (i) Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Química Analítica Ensaios empregados em análises químicas 1 – Ensaios por via seca (amostra sólida) a) Aquecimento da amostra b) Ensaios com ácidos diluídos c) Ensaios com ácidos concentrados (H2SO4) d) Ensaios na chama(ou teste de chama) e) Ensaios com pérola de bórax 1a- Ensaios na chama (processo físico) Consiste em levar a amostra à chama através de um fio de platina (Ni-Cr) previamente limpo em HCl 6M e observar a radiação transmitida (coloração da chama) Elemento Radiação transmitida Na Amarelo intenso (elevada intensidade) K Violeta ( baixa intensidade) Li Vermelho Carmin Sr Vermelho escarlate Ca Vermelho alaranjado Ba Verde amarelado Cu azul Química Analítica Fenômeno responsável: ocorre a formação de átomos que, ao absorverem energia térmica da chama se tornam átomos no estado excitado. MCln(s) ⇌ MCln(g) ⇌ M n+ (g) + nCl - (g) dissociação n e- absorve energia Mn+(g) + n e- M 0 M* emite fóton +M0 (g) E=hʋ Química Analítica Quando o e- retorna ao estado fundamental emite energia( correspondente a diferença de E entre os níveis envolvidos na transição eletrônica) na forma de radiação. Como várias transições eletrônicas são possíveis, o átomo excitado pode emitir várias radiações de diferentes energias ( diferentes comprimentos de onda) Embora o átomo M emita radiações de diferentes comprimentos de onda, o olho humano observará somente a de maior intensidade. b) Aquecimento de amostras b1 – Mudança de cor Físico: ZnO (s) ⇌ ZnO (s) branco ∆ amarelo Químico: desidratação CuSO4.5H2O (s) ⇌ CuSO4(s) + 5H2O (v) Azul ∆ branco decomposição FeSO4.7H2O (s) ⇌ FeO(s) + SO3(g) + 5H2O (v) verde pálido ∆ + O2 Fe2O3(s) ( Escuro~preto) Química Analítica b2 – Sublimação Ex: I2 (iodo) ( Sólido ~ preto azulado. Vapor ~ violeta) As2O3 , HgCl2, NH4Cl (sólidos brancos) b3 – desprendimento de gases Compostos orgânicos, carbonatos CO2 – água de barita Saís de amônio NH3 – Papel de tornassol vermelho Sulfitos SO2 – Reduz dicromato em meio ácido Nitritos e nitratos NO2 – Gás amarelo castanho c) Ensaios com ácidos diluídos - formação de gases com características específicas ( cor, odor, propriedades químicas características). Ex: formação de H2S(g) (incolor, odor característico, forma sulfetos pouco solúveis com; Ag+, Cd2+, Pb2+...) Na2S(s) + HCl (aq) H2S(g) obs: se for usado excesso de HCl todo Na2S Amostra será dissolvido e se ultrapassar a solubilidade do H2S este sairá como vapor Se fosse utilizado ácido sulfúrico ou nítrico no lugar de ácido clorídrico o resultado seria igual. Química Analítica d) Ensaios com ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) (para ânions) (somente 2% de água) Formação de gases com características específicas. _ os gases formados são produzidos pelas reações ácido-base, óxido-redução (e/ou acompanhadas de decomposição) Ex: NaCl(s) + H2SO4(dil) nada NaCl(s) + H2SO4(conc) HCl(g) H2SO4(dilui) + H2O(l) → H3O + (aq) + HSO4 - (aq) → H3O + (aq) + SO4 2- H2SO4(conc) + H2O(l) → H3O + (aq) + HSO4 - (aq) (água 2%) NaCl(s) ⇌ Na + (aq) + Cl - (aq) H+(aq) + Cl - (aq) ⇌ HCl(aq) ( quando as concentrações de H+ e Cl- ultrapassam os valores de solubilidade, no caso 12 mol/L, se transformam em HCl gasoso e sai do meio); (pode ser identificado pelo papel de tornassol ou com bastão de vidro embebido em hidróxido de amônio) NaBr....... Química Analítica 2 . Ensaios por via úmida ( amostra em solução aquosa) _ São os ensaios que utilizam as reações químicas: OxiRedução, ácidobase, precipitação, complexação; Os íons podem ser identificados através dos produtos formados, os quais são facilmente observados pelo analista, como por exemplo: formação de gases, formação de precipitados, formação de compostos coloridos. 2.1 - Formação de precipitados ( compostos pouco solúveis em água) Ex1: Identificação de íons Pb 2+ com solução de (NH4)2SO4 . (NH4)2SO4 sal muito solúvel em água, totalmente solubilizado e dissociado como NH4 + e SO4 2- . Pb2+(aq) + SO4 2- (aq) ⇌ PbSO4(s); Solubilidade do PbSO4=1,3x10-4 mol/L Ex2: Ba 2+ Amostra Química Analítica 2.2 - Formação de gases: podem ser formados através das reações ácido-base ou oxi- redução. Ex1: Identificação do íon NH4 + com solução de NaOH. NaOH base forte e muito solúvel em H2O NH4 + (aq) + OH - (aq) ⇌ NH4OH (aq) ⇌ NH3(g) + H2O (identificado pelo odor ou por papel indicador) Obs: esta reação é muito empregada na eliminação deamônio da amostra. Ex1: Identificação de íons nitrato (NO3 -) com Zn(s) em meio alcalino. Formação de NH3(g) →reação de oxi-redução NO3 - (aq) + 6H2O(aq) +8e- → NH3(g) + 9OH - (aq) (redução) Zn(s) → Zn 2+ (aq) +2e- (oxidação) + Zn2+(aq) + 4OH - (aq) ⇌ Zn(OH)4 = (aq) x4 4 Zn(s) + 16OH - (aq) ⇌ 4 Zn(OH)4 = (aq) NO3 - (aq) + 4 Zn(s) + 6H2O(l) + 7OH - (aq) → NH3(g) + 4 Zn(OH)4 = (aq) (Identificado pelo odor ou pelo papel indicador) Química Analítica 2.3 - Formação de compostos coloridos: podem ser formados através das reações de oxiredução ou complexação. Ex1: Identificação do íon Br - com solução de KMnO4 em meio levemente ácido. KMnO4 muito solúvel em H2O; totalmente dissociado em K+ e MnO4- MnO4 - (aq) + Br - (aq) solução final apresenta coloração amarela(Br2) Br- (aq) → ½Br2 (aq) +e- (oxidação) x5 MnO4 - (aq) + 8H + (aq) +5e- → Mn 2+ (aq) + 4H2O(l) (redução) 5Br- (aq) + MnO4 - (aq) + 8H + (aq) → 5½Br2 (aq) + Mn 2+ (aq) + 4H2O(l) (incolor) (violeta) (amarelo) (incolor) Se iodeto (I-) estiver presente, há a formação de I2 (amarelo-castanho) Química Analítica 2.3 - Formação de compostos coloridos: podem ser formados através das reações de oxiredução ou complexação. Ex2: Identificação de Fe 3+ com solução de KSCN: Fe3+(aq) ⇌ Fe(H2O)6 3+ (aq) (cor amarelo escuro) Fe(H2O)6 3+ (aq) + SCN - (aq) ⇌ [Fe(H2O)5 SCN] 2+ (aq) (cor vermelho) [Fe(H2O)5 (SCN)2] 2+ (aq) + SCN - (aq) ⇌ [Fe(H2O)4(SCN)2] + (aq) [Fe(H2O)4 SCN] + (aq) + SCN - (aq) ⇌ [Fe(H2O)3(SCN)3] (aq) [Fe(H2O)3 SCN] (aq) + SCN - (aq) ⇌ [Fe(H2O)2(SCN)4] - (aq) [Fe(H2O)2SCN] - (aq) + SCN - (aq) ⇌ [FeH2O (SCN)5] 2- (aq) [FeH2O (SCN)5] 2- (aq) + SCN - (aq) ⇌ [Fe(SCN)6] 3- (aq) (Vermelho sangue, muito intenso) Química Analítica Química Analítica Fatores que afetam a confiabilidade dos ensaios 2. Temperatura: evitar a formação do produto devido ao aumento da solubilidade do produto formado com o aumento da temperatura ou por destruição do reagente. Ex1: Identificação de K + com solução de Na3[Co(NO2) 6]. Na3[Co(NO2) 6]: sal muito solúvel em água, totalmente dissociado em Na + e Co(NO2) 6 3- a) à T ambiente: 3K+ (aq) + Co(NO2) 6 3- (aq) ⇌ K3[Co(NO2) 6]{pptado amarelo} b) À quente: 3K+ (aq) + Co(NO2) 6 3- (aq) → ∄ precipitado O reagente Co(NO2) 6 3- foi decomposto. b1 : Co(NO2) 6 3- (aq) ⇌ Co 3+ (aq) + 6NO2 - (aq) b2 : NO2 - (aq) + H2O (l) ⇌ HNO2 (aq) + OH - (aq) ácido fraco e instável com o ↑T b3 : 2HNO2 (aq) ⇌ NO2 (g) + NO (g) + H2O (l) Paralelamente ocorre a reação de oxiredução entre HNO2 e Co 3+. Química Analítica Fatores que afetam a confiabilidade dos ensaios Ex2: separação dos íons Ag + e Pb2+ com HCl (aq) a) à T ambiente: Ag + (aq) e Pb 2+ (aq) + 3Cl - (aq) ⇌ PbCl2 (s) + AgCl (s) b) À quente: : Ag + (aq) e Pb 2+ (aq) + 3Cl - (aq) ⇌ Pb 2+ (aq) + 2Cl - (aq) + AgCl (s) Se ocorrer formação de precipitado na solução aquecida existe Ag+. Se for feita filtração à quente, pode-se separar Ag+ (como AgCl) do Pb2+. Solução amostra Durante e após adição do reagente Solução amostra aquecida Com.: A Solubilidade do PbCl2 aumenta com o aumento da temperatura, enquanto a solubilidade do AgCl permanece praticamente inalterada com o aumento da temperatura Química Analítica Fatores que afetam a confiabilidade dos ensaios 3. pH da solução Evita a formação do (precipitado) produto porque a [ ] do analito foi alterada ou, porque o reagente foi destruído ou consumido. Ex1: Identificação de K + com solução de Na3[Co(NO2) 6]. Só pode ser feita se o pH da solução estiver entre pH 4(HAc) ≈7 Na3[Co(NO2) 6]: sal muito solúvel em água, totalmente dissociado em Na + e Co(NO2) 6 3- a) Em pH 4(HAc) ≈7 : 3K+ (aq) + Co(NO2) 6 3- (aq) ⇌K3[Co(NO2) 6]{pptado amarelo} b) Em Hcl exc: 3K+ (aq) + Co(NO2) 6 3- (aq) →∄ precipitado em sç fortemente ácida → O reagente Co(NO2) 6 3- foi decomposto. b1 : Co(NO2) 6 3- (aq) ⇌ Co 3+ (aq) + 6NO2 - (aq) (※) em exc. H+, 6NO2 - (aq) + 6H + (aq) ⇌ 6HNO2 (aq) ácido fraco. Co(NO2) 6 3- (aq) + + 6H + (aq) ⇌ 6HNO2 (aq) + Co 3+ (aq) (※) o H+ do meio consome ou diminui a [NO2 -] em equilíbrio com Co(NO2) 6 3- para formar HNO2. Hac: ácido + fraco que HNO2, portanto, não exerce efeito sobre a concentração do Co(NO2) 6 3- . Química Analítica c) Em meio fortemente alcalino(NaOH) 3K+ (aq) + Co(NO2) 6 3- (aq)⇌{pptado marron} de Co(OH)3, mas não de K3[Co(NO2) 6] . {pptado amarelo} K3[Co(NO2) 6] não é formado devido a destruição do Co(NO2) 6 3- de acordo com: Co(NO2) 6 3- (aq) ⇌ Co 3+ (aq) + 6NO2 - (aq) Exc. OH-, Co3+ (aq) + 3OH- (aq) ⇌ Co(OH)3(s) Co(NO2) 6 3- (aq) + 3OH - (aq) → Co(OH)3(s) + 6NO2 - (aq) excesso destruição completa ppt marron A concentração de Co3+ é diminuída devido à formação de Co(OH)3. consequentemente o equilíbrio (a) é deslocado no sentido da destruição de Co(NO2) 6 3- Química Analítica Ex1: Identificação de íons Pb 2+ + com solução de K2CrO4. Formação de Precipitado K2CrO4: Muito solúvel em água e totalmente dissociado. K2CrO4 ⇌ 2K + (aq) + CrO4 2- (aq) a) Em meio levemente ácido 4(HAc) ≈7 : Pb2+ (aq) + CrO4 2- (aq) ⇌PbCrO4(s) b) Em meio ácido (HCl, HNO3): não há formação de PbCrO4 sólido, pois a concentração de CrO4 2- livre na solução é alterada. Assim a concentração de saturação para pptar não é atingida. c) Em meio fortemente alcalino(NaOH, KOH): não há formação de PbCrO4 sólido, pois a concentração de Pb2+ livre foi diminuída devido a formação de Pb(OH)4 2- . Ci) Pb2+ (aq) + 4OH - (aq) ⇌ Pb(OH)4 2- (aq) Excesso de OH-, deslocamento do equilíbrio Química Analítica 4 . Seletividade ou especificidade do ensaio (método) 4.1 . Ensaios específicos: são aqueles que identificam o analito (espécie que se quer analisar) independente da amostra em que se encontra. Ex1: Amostra + ácido diluído: CO3 = (pelo CO2 liberado) Ex2: Amostra + NaOH, : NH4 + (pelo NH3(g) liberado) Ex3: Amostra em teste de chama: Na + (radiação amarela) 4.2 . Ensaios seletivos: são aqueles que fornecem o mesmo resultado para um grupo de íons. Ex: CO3 = , (CH3COO -), (SO4 2-), (PO4 3-), Cl-, Br-, l- , S2- , precipitam com Ag+ . Química Analítica Analise química de amostras (Sistemática) Segue uma sequência definida: 1: Ensaios preliminares com a amostra (sólida): Teste de chama, ensaios com ácidos diluídos, ácido sulfúrico concentrado, NaOH, aquecimento, etc. 2. Dissolução ou tratamento da amostra para a análise por via úmida. Solventes específicos para cada amostra. 3. Análise por via úmida: Os grupos de íonsde comportamento químico semelhante frente a um reagente particular, são separados por precipitação da solução numa ordem definida. Os íons separados em cada grupo são posteriormente identificados após dissolução. Química Analítica Requisitos para reagentes de grupo 1 - Deve precipitar quantitativamente os íons separados (mais que 95%). 2 - Excesso de reagente no sobrenadante não deve exercer interferências na análise dos íons restantes (ou o excesso deve ser facilmente eliminado). 3 – O reagente deve formar compostos com os íons (separados) que são facilmente dissolvidos, para a análise posterior. Dissolução de amostras (não metálicas ou ligas metálicas) Ex: Calcário: CaCO3 Bauxita: AlO3 n.H2O Dolomita:CaCO3 e MgCO3 Barita: BaSO4 Galena: PbS Hematita: Fe2O3 Pirita: FeS Blenda: ZnS Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 1 – água 2 - HCl 6 mol/L 3 - HNO3 6-8 mol/L 4 – água régia – (1HNO3(concentrado) : 3HCl(concentrado)) Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 1 – água A água dissolve somente os compostos derivados de sais de sódio, potássio, amônio, nitratos, maioria dos cloretos, maioria dos acetatos e menor extensão os sulfatos. Compostos solúveis: dissolvem em concentração superior a 0,5mol/L Ex: K2SO4, Na2CO3, NH4NO3, Ba(NO3), .... Compostos moderadamente solúveis: estes dissolvem em concentração de 0,1 a 10-3mol/L Ex: AgCH3CO2, Ag2SO4, CaSO4, MgCO3, PbCl2 .... Compostos pouco solúveis: dissolvem em concentração inferiores a 10-3mol/L Ex: BaSO4, CaCO3, Fe(OH)3, AgCl .... Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 1 – água Quando a amostra se dissolve em água pode ocorrer, que a amostra: a) Seja totalmente solúvel (compostos solúveis em água); b) Seja Parcialmente solúvel (compostos solúveis e compostos pouco solúveis) c) Seja pouco solúvel (compostos pouco solúveis) Ex: uma amostra constituída de K2SO4 e Ba(NO3), .... Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 2 - HCl 6 mol/L Dissolve os compostos pouco solúveis em água, cujos ânions são derivados de ácidos fracos. Ex: Carbonatos (CaCO3, BaCO3, FeCO3, ...) Hidróxidos (Al(OH)3, Fe(OH)3,...) Acetatos, Fosfatos (Ca3(PO4)2, FePO4,... ) Silicatos (BaSiO3), Determinados sulfetos (FeS, ZnS, MnS sulfetos mais solúveis) Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 2 - HCl 6 mol/L a) FeS(s) ⇌ Fe 2+ (aq) + S 2- (aq) , S 2- é derivado de um ácido fraco HS-(Ka~10-13) (na presença de HCl, aumenta a solubilidade do FeS, devido a diminuição da concentração[S2-]). Pelo efeito do H+ para formar HS- e em seguida H2S. a) FeS(s) ⇌ Fe 2+ (aq) + S 2- (aq) , b) S2-(aq) + H + (aq) ⇌ HS - (aq) + c) HS-(aq) + H + (aq) ⇌ H2S(aq) FeS(s) + 2H + (aq) ⇌ Fe 2+ (aq) + H2S(aq) Solução final: Fe2+, H2S, H +, Cl- , com excesso de HCl dissolve completamente a amostra e com aquecimento elimina- se o ácido formado, H2S. Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 2 - HCl 6 mol/L Os compostos dissolvem-se completamente em HCl se a [⇌] (concentração de equilíbrio) do ânion do composto pouco solúvel foi diminuída a um valor suficientemente baixo (valor inferior à definida pelo composto naquela solução). Quanto menor for a solubilidade do composto, menor deve ser a [ ] do ânion na solução na solução final para que ocorra a dissolução completa. a) Bi2S3(s) ⇌ 2Bi 3+ (aq) + 3S 2- (aq) , b) S2-(aq) + H + (aq) ⇌ HS - (aq) x3 c) HS-(aq) + H + (aq) ⇌ H2S(aq) Bi2S3(s) + 6H + (aq) ⇌ 2Bi 3+ (aq) + 3H2S(aq) O Bi2S3 é menos solúvel que FeS uma vez que a dissolução ocorre em menor extensão, pois a [S2-] é pouco alterada, mesmo em HCl (concentrado) Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 2 - HCl 6 mol/L Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 3 - HNO3 6-8 mol/L A dissolução pode ocorrer pela ação do H+, mas principalmente pela ação oxidante do NO3 - em meio ácido: A semi reação responsável pela dissolução é: NO3 - (aq) + 4H + (aq) + 3e -→ NO(g) + 2H2O(l), ℇ° =0,96v [H+], > ℇ° portanto > poder oxidante do NO3 - Química Analítica Reagentes empregados para dissolução: 3 - HNO3 6-8 mol/L Ex: o Bi2S3 é solúvel em HNO3 6-8 mol/L a) Bi2S3(s) ⇌ 2Bi 3+ (aq) + 3S 2- (aq) , b) S2-(aq) + 2H + (aq) ⇌ H2S(aq) facilmente oxidado a S(s) , ℇ° = +0,51v c) H2S(aq) → S(s) + 2H + (aq) + 2e - (oxidação) x3 d) NO3 - (aq) + 4H + (aq) + 3e - → NO(g) + 2H2O(l), (redução) x2 + c’) 3H2S(aq) → 3S(s) + 6H + (aq) + 6e - d’) 2NO3 - (aq) + 8H + (aq) + 6e - → 2NO(g) + 4H2O(l) Bi2S3(s) + 2NO3 - (aq) + 8H + (aq) → 2Bi 3+ (aq) + 3S(s) + 2NO(g) + 4H2O(l) Química Analítica A dissolução pode ocorrer pela ação do H+, mas principalmente pela ação oxidante do NO3 - em meio ácido, favorecida pelo excesso de H+ proveniente do HCl. Reagentes empregados para dissolução: 4 – água régia – (1HNO3(concentrado) :3HCl(concentrado)) Química Analítica Vários silicatos não são atacados por ácidos, por Ex: (Fe,Mg)Al4SiO10 (safirina), SiO2.... Compostos como SnO2 (cassiterita), FeO.Cr2O3 (cromita), TiO2 (rutilo) são também inatacados por ácidos. Óxidos fortemente calcinados (Al2O3 , Fe2O3 ) não são atacados por ácidos. Amostras que são pouco solúveis em HCl, HNO3 e água régia, devem ser tratadas previamente: (amostra +) 1. Na2CO3(s) ou Na2CO3(sat) 2. Na2CO3(s) /KNO3(s) atua como oxidante 3. KHSO4(s) (principalmente nos minérios de alumínio) Ex: Al2O3 pouco solúvel em ácidos. (comportamento anfótero) Al2O3(s) + KHSO4(s) Al2(SO4)3(s) + 3 K2SO4(s) + H2O(l) em água: K+, Al3+, SO4 2- (solubilizados) fusão calor fusão fusão fusão Química Analítica Obs: 1) Quando se achar apenas o cátion em uma análise química, significa que o ânion é o oxigênio, ou seja, foi totalmente convertido em água. 2) Tratamento com Na2CO3, busca converter os compostos pouco solúveis da amostra em carbonatos, que são compostos pouco solúveis, mas que em meio ácido (H+) se tornam solúveis. Química Analítica Metais e Ligas Os metais normalmente encontrados são pouco reativos com O2 ou H2O, ou forma uma película aderente de óxido que passiva o metal de ataque posterior. Ex: Mg, Al, Cr, Ni, Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Pt, Hg Ligas Ex: latão (Cu, Zn, Sn, Pb); Bronze (Cu, Sn, Zn, Pb); soldas (Sn, Pb, Bi); NiCr Reagentes de dissolução 1: HCl → dissolve pela ação ácida e ocorre oxidação do metal. H+ → agente responsável pela dissolução (oxidação do metal) 2H+(aq) + 2e - ⇌ H2(g), ℇ° = +0,00v Zn2+(aq) + 2e - ⇌ Zn(s), ℇ° = -0,76v Fe2+(aq) + 2e - ⇌ Fe(s), ℇ° = -0,44v 2H+(aq) + 2e - ⇌ H2(g), ℇ° = +0,00v Cu2+(aq) + 2e - ⇌ Cu(s), ℇ° = +0,34v Ag+(aq) + e - ⇌ Ag(s), ℇ° = +0,77v Potenciais padrão de redução Química Analítica Metais e Ligas H+ → oxida metais, cujos potenciais de eletrodo são menores queo potencial de eletrodo do Hidrogênio, assim oxida metais cujos potenciais sejam negativos. Melhor dizendo oxida metais que estejam acima dele na série eletroquímica. Ex: Fe, Zn, Mn... Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e - + 2H+(aq) + 2e - → H2(g) Zn(s) + 2H + (aq) → H2(g) + Zn 2+ (aq) Reação global Zn(s) + 2H + (aq) + 2Cl - (aq) → H2(g) + Zn 2+ (aq) + 2Cl - (aq) Solução final Química Analítica Metais e Ligas Reagentes de dissolução 2: HNO3 6 - 8mol.L -1 → dissolve pela ação oxidante do NO3 -/ H+ (bem superior ao H+ ). NO3 - (aq) + 4H + (aq) + 3e - → NO(g) + 2H2O(l), ℇ° = +0,96v Dissolve todos os metais situados acima e abaixo do hidrogênio, na séria eletroquímica, exceto Pt e Au, pois estes metais tem potencial muito positivo. De modo geral, o metal (m) pode ser oxidado para: M2+: Cu, Cd, Zn, Pb, Mg, Ni, ... M3+: Fe, Al, Bi, Cr, ... Não se usa HNO3(conc) porque: a) Pode precipitar nitratos pouco solúveis do íon metálico (Pb(NO3)2) na superfície do metal, passionando o mesmo. b) Pode levar a passivação de vários metais devido à formação de óxidos aderentes (Fe, Al, Cr). c) Alguns metais, como Sn, Sb, formam óxidos pouco solúveis (SnO2.xH2O, Sb2O5.yH2O). Química Analítica Metais e Ligas Reagentes de dissolução 3: água régia – (1HNO3(concentrado) :3HCl(concentrado)) A dissolução do metal deve-se à ação oxidante elevada desse reagente (Cl2, NOCl) e complexante do cloreto sobre o íon metálico.
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