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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS ÁREA DE QUÍMICA MANUAL DE PRÁTICAS DE QUÍMICA ANALÍTICA EXA 412 ELABORAÇÃO : PROFESSORA EDNA MADEIRA NOGUEIRA Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 2 SUMÁRIO Introdução Teoria 1. Procedimentos de Segurança em Laboratório 2. Operações Preliminares 3. Equipamentos e Vidrarias 4. Balança 5. Equipamentos Para Medidas De Volumes 6. Soluções 7. Indicadores 8. Titulação 9. Medidas de pH 10. Espectrofotometria 11. Fotometria de chama Prática P1. Técnicas de laboratório - pesagem e medidas volumétricas P2. Preparo e padronização de soluções P3. Titulação ácido - base P4. Dosagem de cálcio com EDTA P5. Determinação de vitamina C por volumetria de Oxiredução P6. Titulação potenciométrica. P7. Espectro de absorção/Análise espectrofotométrica de Fe Anexos Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 3 Introdução Esta versão do manual de práticas de química analítica aborda uma sucinta teoria e aulas práticas de alguns dos principais métodos volumétricos e instrumentais aplicados aos cursos de Ciências Farmacêuticas e Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Feira de Santana . Na volumetria são utilizadas buretas de 25 ml, no lugar da tradicional bureta de 50 ml, o que possibilita a redução do uso de reagentes, diminuição de rejeitos gerados das práticas e menor consumo de água destilada, diminuindo assim o consumo de energia e de água. Como a finalidade das aulas práticas é o aprendizado da manipulação dos equipamentos volumétricos e instrumentais, o preparo e padronização de soluções e o tratamento dos dados analíticos, o ganho obtido na redução dos custos e na produção de rejeitos é mais positivo do ponto de vista ambiental e financeiro do que as perdas de exatidão nas análises. Lembramos que na vida prática o profissional deverá levar em conta, no dimensionamento das vidrarias utilizadas e nas massas a serem pesadas, os erros associados a estas medidas em função do erro requerido da análise, mas também deverão pensar nos rejeitos gerados pela análise e sempre que possível realizar o descarte de forma adequada. Edna Madeira Nogueira Mini currículo Doutora e Mestre em Química Analítica pela UFBA. Especialista em Engenharia Química e Processos Petroquímicos pela Università di Bologna/Sogesta/Itália. Especialização em Gerenciamento de Recursos Naturais pela UFBA. Especialização em Engenharia de Segurança no Trabalho pela UFBA. Engenheira Química pela UFRJ. Química Analista Industrial pela UFBA. Professora Adjunta da Universidade Estadual de Feira de Santana responsável pela disciplina Química Analítica para o curso de Engenharia de Alimentos. Engenheira Química do Núcleo de Extensão da Escola Politécnica da UFBA. Coordenadora dos cursos de Especialização e Extensão em Higiene Ocupacional da UFBA. Professora nos Cursos de Especialização em Engenharia de Segurança do Trabalho e Higiene Ocupacional, na disciplina Agentes Químicos e Introdução à Higiene Ocupacional. Pesquisadora na área de Química Ambiental tendo participado de projetos de pesquisa nas áreas de energia, meio ambiente e química atmosférica.Produção bibliográfica de 30 trabalhos entre artigos publicados em periódicos e trabalhos apresentados em eventos e co-autora do livro “Ecotoxicologia e Avaliação de Risco do Gás Natural” da série cadernos de referência ambiental do CRA, V. 17 e Atlas Sócio Ambiental do Reconcavo Baiano. email : edna@uefs.br Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 4 1. Procedimentos de segurança Regras básicas a serem cumpridas para diminuir a freqüência e gravidade de acidentes em laboratórios Leia e siga as instruções que forem fornecidas no roteiro prático. Consultar o professor caso observe algo anormal ou tenha alguma dúvida. Verifique as instalações de segurança do laboratório e leia as instruções de uso dos equipamentos disponíveis (chuveiros de segurança, extintores). Não use lentes de contato no laboratório. Não fume no laboratório. Use sempre avental para realizar as práticas. Caso precise utilizar produtos químicos perigosos use óculos de proteção. Não deixe materiais inflamáveis próximo a chamas. Evite contato de substâncias químicas com a pele. Principalmente no caso de ácidos e bases concentrados. Lave com bastante água o local em que ácido ou outro produto químico foi derramado Na diluição de ácidos concentrados, o ácido deve ser adicionado lentamente ao recipiente contendo água, sob agitação. Reações que envolvam liberação de gases e/ou vapores tóxicos, devem ser realizadas em capela. Nunca coloque recipientes contendo produtos químicos diretamente no nariz para sentir seu odor. Ao aquecer um tubo de ensaio , direcione sua extremidade aberta para locais onde não houver ninguém próximo Leia com atenção o rótulo das substâncias químicas a serem manipuladas. Na transferência, tome cuidado para que a substância não entre em contato com o rótulo, para não danificá-lo. Ao retirar vidraria de estufas ou outro tipo de aquecimento manuseie com cuidado, esperando a mesma esfriar. Nunca introduza objetos ( pipetas , bastões..) nos frascos de reagentes, para não contaminá-los. O reagente deve ser transferido para outro recipiente e a alíquota retirada deste último. Não devolva reagente não utilizado ao frasco original. Nunca aqueça reagentes em sistemas fechados. Conserve o local onde realiza a prática limpo, e ao se retirar do laboratório, verifique se as torneiras de gás e água estão fechadas, os aparelhos desligados e os equipamentos limpos. Lave bem as mãos antes de se retirar do laboratório. 2. Operações Preliminares 2.1. Recepção de material Confira o material a ser utilizado na prática. Caso falte algo, solicite ao professor ou instrutor. Verifique as condições do material a ser utilizado. Observe possíveis rachaduras nas vidrarias; vazamento ou entupimento na bureta ou outras irregularidades no material fornecido. 2.2. Limpeza do material Toda a aparelhagem de vidro deve estar limpa, para que as análises feitas sejam de confiança. Para que isso ocorra todo o material de vidro ou porcelana deve ser lavado imediatamente após seu uso. Os resíduos de soluções ou precipitados, com o tempo atacam o vidro e a porcelana, tornando difícil a sua remoção e alterando a capacidade dos recipientes. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 5 Os aparelhos volumétricos devem ser totalmente desengordurados. A presença de traços de gordura provoca retenção de líquidos sob a forma de gotículas nas paredes dos recipientes, impedindo seu escoamento total. Para boa limpeza da vidraria utilizar os seguintes passos : lavar o material primeiro com água e sabão, e se necessário utilizar a escova lavar repetidas vezes com água corrente lavar com extran ou outro produto de limpeza sugerido para remoção dos últimos traços de gordura (ver lavagem com extran) após lavagem com água destilada, deixar secar a vidraria,invertendo-a sobre uma toalha ou enxugador. Para maior rapidez enxugar as peças externamente com uma toalha. quando necessário lavar o material com água deionizada depois da limpeza adequada guardar todo o material . 2.2.1. Uso de Extran Deixar o material mergulhado no extran de preferência durante toda noite. Depois lavar bastante com água corrente da torneira. Em seguida 02 vezes com água destilada. Quando as análises forem de bastante precisão e a nível de traços usa-se deixar as vidrarias mergulhadas em soluções especícicas para descontaminação, dependendo do analito. São bastante usadas soluções a 10% de HNO3 e HCl para determinados metais. 2.2.2. Limpeza de pipetas e buretas Ao lavar a bureta com sabão ou detergente, remover a torneira e eliminar o lubrificante antigo. Lavar com água corrente Secar a torneira e renovar o lubrificante passando graxa especial na mesma, exceto na parte central, evitando assim a obstrução do orifício de escoamento Para limpeza introduzir a bureta ou pipeta em posição invertida na solução e , com o auxílio de um tubo de borracha ligado a bomba de vácuo, aplicar leve sucção na outra extremidade, até enche-la quase que totalmente. Não deixar a solução chegar a torneira da bureta. Fechar a torneira e deixar por algumas horas e escoar em seguida Substituir a solução por água e repetir a operação Lavar várias vezes com água corrente, e depois com 2 porções de água destilada Encher a bureta ou pipeta e verificar, pelo escoamento, a limpeza do equipamento. Permanecendo gotículas, repita a limpeza. Conservar a bureta e pipeta em posição invertida, nos respectivos suportes ou cheia de água destilada com protetor na parte superior para evitar entrada de poeira. 2.3. Operação com pêra Soluções que podem ser nocivas ao operador não podem ser sugadas por meio de pipetas pela boca. Para maior segurança é utilizada a pêra (bulbo de borracha) ou pipetador. inserir a ponta da pipeta no líquido segurando-a com a mão direita e comprimindo a pêra com a mão esquerda, sustentando sua boca firmemente sem introduzir na parte superior da pipeta, simplesmente firmando-a contra a extremidade Faz-se a descompressão da pêra gradualmente deixando subir lentamente o líquido Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 6 Remove-se a pêra e coloca-se o dedo indicador da mão direita na extremidade superior da pipeta. Livra-se o líquido com a pipeta reta na vertical, encostando sua ponta no erlenmeyer e após o escoamento completo deixar cerca de 20 segundos encostada e retirar a pipeta sem sacudi-la. 2.4. Água Destilada e Deionizada A purificação da água mediante destilação remove as espécies contaminantes não voláteis, inorgânicas ou orgânicas. Os gases dissolvidos na água original são livrados durante a destilação junto com o vapor d'água e, em parte, eliminados por ventilação. A matéria em suspensão é retirada por destilação. A água destilada contém gases dissolvidos (CO2, NH3). Traços de cobre são também encontrados freqüentemente, bem como de outros metais, cuja presença depende do material que a água condensada teve contato. A água destilada conservada por algum tempo em frasco de vidro, mesmo de uma variedade quimicamente resistente, contém apreciáveis quantidades de sólidos. Para avaliação da pureza dessa água pode-se utilizar a medida da condutância específica. A água para ser desmineralizada deve passar através de uma coluna carregada com uma mistura estequiométrica da forma hidrogênica de uma resina catiônica fortemente ácida e da forma hidroxilica de uma resina aniônica fortemente básica. É possível se obter um efluente com condutância específica de 10 -7 S cm-1 em uma unidade com uma única coluna. A água obtida é isenta de todo o material presente na água original em forma ionizada, porém o processo não remove não eletrólitos. 3. Equipamentos e Vidrarias 3.1.Dessecador Os dessecadores são recipientes geralmente de vidro, moldados sob pressão, formados por 02 peças, a tampa e a base, com bordas esmerilhadas perfeitamente ajustáveis, que permitem manter o conjunto hermeticamente fechado. Ele é usado para conservar amostras secas enquanto estão quentes antes de serem pesadas ou em alguns casos para secagem de materiais úmidos . A atmosfera no interior de um dessecador pode ser livre de vapor d' água com o auxílio de uma carga de agente dessecante colocada na seção inferior da base, que é separada da superior por uma placa de porcelana perfurada, sob a qual são colocados os objetos a serem protegidos da umidade atmosférica, já que o dessecante mantém a atmosfera com baixa umidade. Os dessecantes utilizados podem absorver a água sem alterar sua estrutura ou reagir quimicamente com ela formando novos compostos. São exemplos do primeiro caso a sílica gel e os azeólitos em geral. E do segundo grupo o cloreto de cálcio, pentóxido de fósforo ou óxido de magnésio. Esse dessecante é trocado periodicamente quando se torna ineficiente para a secagem. Modo de uso: abrir a torneira situada na tampa para igualar as pressões interna e externa, facilitando a retirada retirar a tampa, fazendo-a deslizar lateralmente remover a graxa antiga com o auxílio de um pano e retirar o dessecante gasto limpar bem o dessecador colocar novo dessecante. Encher 2/3 da porção inferior do dessecador. Recolocar o tampo. Ajustar bem. Fechar a torneira. Conservar, sempre que possível, o dessecador fechado, para manter o dessecante ativo. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 7 3.2.Vidraria balão de fundo chato - destinado a armazenar líquidos balão volumétrico - recipiente de precisão , destinado a conter um determinado volume de líquido, a uma dada temperatura, utilizado no preparo de soluções com concentração definida bastão de vidro - usado para agitar soluções e para auxiliar a transferência de líquidos. Béquer - recipiente com ou sem graduação utilizado para o preparo de soluções, aquecimento de líquidos, recristalizações... (não deve ser aquecido diretamente na chama, entre a chama e o béquer deve ser interposta uma tela metálica com amianto). bureta - equipamento calibrado, utilizada para medir precisamente líquidos. Permite o escoamento do líquido e é muito utilizada em titulações. Existem também as buretas automáticas, que possuem dispositivos pelos quais o líquido é levado até o seu interior automaticamente, evitando-se a contaminação com CO2 do ar. cilindro graduado ou proveta - frasco com graduações , para medir volume de líquidos aproximadamente condensador - utilizado na condensação de vapores, em destilações ou aquecimento sob refluxo erlenmeyer - frasco utilizado para aquecer líquidos ou para efetuar destilações funil - utilizado para transferência de líquidos de um frasco para outro ou nas filtrações simples funil de separação - separa líquidos imiscíveis kitassato - frasco similar ao erlenmeyer, com saída lateral e paredes espessadas usado para filtrações por succção pesa-filtro- usado para pesagem de sólidos pipeta - equipamento calibrado para medidas precisas de volume de líquidos. As pipetas podem ser graduadas ou volumétricas. A primeira é utilizada para escoar volumes variáveis e a segunda para escoar volumes fixos de líquido. Tubos de ensaio - utilizado para efetuar reações químicas em pequena escala vidro de relógio - usado para cobertura de bequer, para pesagem de substâncias e outras utilidades 3.3. Material metálicosuporte, mufla e garras - peças metálicas usada para a montagem de aparelhagem em geral pinças - usada para impedir ou reduzir fluxo de líquidos ou gases através de tubos flexíveis ou para pegar recipientes quentes tela de amianto - tela metálica contendo amianto utilizada na distribuição uniforme do calor , durante o aquecimento comum com bico de gás triângulo de ferro com porcelana - usado como suporte para aquecimento de cadinhos tripé - usado como suporte de telas de amianto e para suportar frascos de fundo redondo durante aquecimento. argola - usada para tela metálica e balões de fundo redondo. espátula - usada para a transferência de substâncias sólidas 3.4. Material de porcelana Emprega-se aparelhagens de porcelana nas operações em que líquidos quentes ficam em contato com o vaso durante períodos prolongados. São em geral mais resistentes às soluções alcalinas que o vidro. Funil de Buchner- usado para filtração por sucção, devendo estar acoplado a um kitasato Cápsula - usada para efetuar evaporação de líquidos Cadinho - usado para calcinar substâncias Almofariz - usado para pulverizar sólidos. Pode ser feito de porcelana, ágata, vidro ou metal. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 8 3.5. Aparelhagem de Plástico Os materiais de plástico como aspiradores, béqueres, frascos, tubos de centrífugas funis, etc. apresentam como vantagem, o baixo custo e são menos frágeis que os materiais de vidro. Embora sejam inertes a muitos reagentes, os aparelhos plásticos apresentam limitações de uso, como por exemplo, em relação à temperatura. 3.6. Aparelhos de Aquecimento Placas de aquecimento - são preferencialmente de três estágios – “baixo”, “médio” e “alto” e existem também a combinação da placa de aquecimento elétrico com um agitador magnético. Estufas elétricas - o tipo mais conveniente é a estufa de secagem, com aquecimento elétrico e controle termostático, com faixa de aquecimento desde a temperatura ambiente até cerca de 250- 300oC. São usados principalmente para secar precipitados ou sólidos em temperaturas controladas e relativamente baixas. Fornos de mufla - apresenta aquecimento elétrico. A temperatura máxima deve atingir 1200oc. Mantas de aquecimento - são constituídas por invólucro flexível, em “malha” de fibra de vidro, que se ajusta estreitamente em torno de um balão. As mantas de aquecimento são especialmente conformadas para o aquecimento de balões e tem ampla aplicação nas operações de destilação. 4. Balança Analítica Na determinação de massas, na execução de análises químicas com precisão maior ou igual a 0.001 g recorre-se ao uso de uma balança analítica. Ela só deve ser usada para padronização e determinação de massas de amostras exatas ou calibração de equipamentos. A balança analítica de prato único é um instrumento delicado, que deve ser tratada com cuidado e as instruções para seu uso devem ser observadas, para obtermos resultados precisos. Cuidados a serem tomados com a balança analítica: usar os controles da balança delicadamente zerar a balança antes de usá-la correntes de ar podem afetar o peso, por isso a balança deve ser mantida fechada na hora da pesagem não pese objetos quentes na balança, para não haver erros Tanto a balança como o que a circunda devem estar constantemente limpos usar capa plástica na balança após seu uso travar a balança quando não estiver fazendo a leitura para evitar/reduzir desgaste nos cutelos colocar o objeto a ser pesado no centro do prato da balança a base em que a balança é montada deve estar livre de vibrações ou pelo menos esse efeito deve ser o mínimo possível Algumas balanças vêm equipadas com um compensador (mecanismo de tara) que possibilita ao operador ajustar a balança no zero com o recipiente a ser pesado vazio colocado no prato. Desta maneira, pode-se pesar uma amostra diretamente no béquer ou balão com uma única pesada para cada amostra. Este é o método mais eficiente de todos. Essas balanças são as utilizadas atualmente nos laboratórios e são geralmente digitais. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 9 Como Operar a balança Analítica Verifique o nível horizontal da balança Limpe o prato com o auxílio de um pincel Feche as portas do compartimento da balança Zere a balança com a ajuda do botão on/off Coloque o objeto a ser pesado Se o interesse for pesar determinada massa a ser colocada dentro do recipiente, tare a balança Vá adicionando a massa ou volume de líquido até o valor desejado Feche as portas do compartimento da balança Anote o peso Não deixe material cair no prato da balança Retire o objeto do prato Verifique se a mesma está limpa Desligue a balança ou deixe-a no standby Principais causas de Erros na pesagem com balanças analíticas modificação da composição do material durante a pesada modificação nas condições do recipiente absorção de umidade pelos recipientes eletrificação dos recipientes perda de peso nas calcinações inexatidão dos pesos ( para minimizar este erro os pesos devem ser periodicamente aferidos) efeitos do empuxo do ar Obs. A amostra pode ser colocada enquanto o recipiente estiver no prato somente se ela não for corrosiva e ela nunca deve derramar no prato. A balança analítica deve ser usada para preparo de soluções padrões, padronização e pesagem de amostras, nunca para reagentes corrosivos, hidróxidos, permanganato, dentre outros, e para preparo de soluções de concentração aproximada. 5. Equipamentos para medidas de volume No laboratório são usados vários tipos de equipamentos para medidas exatas de volumes de líquidos. Geralmente eles são feitos de vidro. Os equipamentos utilizados para medir volumes de líquidos exatos devem ser calibrados para conter ou livrar os volumes requeridos. Os primeiros, quando cheios até a marca de calibração contêm exatamente os volumes correspondentes. Os outros, livram por escoamento, volumes bem definidos. A unidade fundamental de volume é o litro, definido como o volume ocupado pela massa de 1 Kg de água a temperatura de máxima densidade e pressão de 1 atmosfera. O mililitro é a milésima parte do litro, e é mais apropriado para expressar volumes líquidos contidos ou livrados pelos equipamentos volumétricos utilizados em laboratório. A capacidade de um recipiente de vidro varia com a temperatura e também o volume de uma dada massa de líquido. Conseqüentemente, uma medida precisa do volume, requer que ambos os efeitos sejam considerados, significando que uma variação de 5 0C na temperatura afeta apreciavelmente as medidas volumétricas. De fato, as medidas volumétricas devem ser referidas a uma temperatura padrão Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 10 normal. Os equipamentos volumétricos são calibrados para uma temperatura especificada ( 20 0C ou 25 0C) que é adotada por representar aproximadamente a temperatura média do laboratório. O coeficiente de expansão do vidro é pequeno e para pequenas variações de temperatura o volume pode ser considerado constante. Os equipamentos mais utilizados para medidas de volume são : provetas, balões volumétricos, pipetas e buretas. As provetas são utilizadas para medidas aproximadas. As medidas precisas são feitas com balões volumétricos, que são calibrados para conter determinados volumes líquidos,e as pipetas e buretas, que são calibradas para livrar volumes líquidos. Em todos os equipamentos volumétricos, para haver precisão o confinamento da superfície do líquido em um tubo de pequeno diâmetro é necessário. Então, uma pequena diferença de volume dos líquidos acarreta um deslocamento relativamente grande no nível do líquido. Por outro lado, é preciso considerar que a superfície de um líquido confinado em um tubo estreito não é plana, ao contrário, em virtude da tensão superficial ela exibe uma curvatura chamada menisco. É prática corrente usar o ponto mais abaixo do menisco na calibração e uso dos equipamentos volumétricos. A posição aparente do menisco com relação à marca do equipamento depende da posição do olho do observador, sendo a posição correta aquela em que a linha de visão deste se dispõe em angulo reto com o tubo. O erro de leitura relacionado com esta posição do olho do observador é chamado de erro de paralaxe. 5.1. Balões volumétricos São usados no preparo de soluções com concentrações exatas. Os tamanhos comuns encontrados são 50, 100, 200, 250, 500, 1000 e 2000 ml. A principal fonte de erro num balão volumétrico é a variação de temperatura, que causa expansão ou contração das soluções aquosas, que geram erros da ordem de 0.1 %. Geralmente os balões volumétricos são calibrados para a temperatura de 20 0C e 25 0C. Quando a temperatura é diferente deste valor utiliza-se correção de volume, que só é feita quando eles forem utilizados em trabalhos práticos ao nível de uma parte por 1000. Esses frascos devem ser marcados com TC para indicar “to contain”. Antes de sua utilização ele deve ser limpo. A seguir, transfere-se para ele a solução a ser diluída ou o sólido a ser dissolvido, por meio de um funil e auxílio de um bastão de vidro. Em geral, é conveniente dissolver o sólido num béquer ou frasco erlenmeyer primeiro e depois transferir a solução resultante quantitativamente para balão. Depois enche-se o balão até o traço de aferição e mistura-se a solução muito bem, invertendo o balão e agitando-o pelo menos 10 vezes. As soluções não devem ser guardadas nestes frascos por muito tempo, e eles não devem ser aquecidos nem servir como recipientes para reações químicas. 5.2. Pipetas As pipetas servem para livrar volumes líquidos definidos. Existem dois tipos de pipetas : as pipetas comuns ou de transferência onde a medida de volume é feita por escoamento e é livrado um volume definido de líquido, também chamadas de pipetas volumétricas e as pipetas graduadas, que livram volumes variáveis. Como os volumes contidos nas pipetas são geralmente pequenos, os erros ocorridos nas medidas de volumes produzem resultados muito incorretos. As pipetas volumétricas são usadas principalmente para medir frações alíquotas de soluções. Quando esta medida tiver que ser de 0.1 % de precisão a pipeta não deve ter capacidade inferior a 25 ml. As pipetas graduadas são menos precisas que as volumétricas já que livram qualquer volume de líquido até a capacidade nominal da mesma e Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 11 podem ser usadas para uma tolerância de erro de 1%. As pipetas são marcadas com as letras “TD” (to deliver), para escoar. Aqui também o volume pode ser considerado constante para pequenas variações de temperatura. A ponta da pipeta é afilada para que se obtenha tempo de vazão suficiente para garantir que variações razoáveis no tempo de vazão não ocasionem grandes diferenças no volume livrado, já que no escoamento uma parte do líquido fica retido nas paredes. Antes da utilização da pipeta deve-se lavar o interior da mesma pelo menos três vezes, usando uma porção do líquido a ser livrado. Antes da aferição do menisco deve-se enxugar a parte externa da ponta da pipeta para remover gotículas, e só após essa operação fazer a aferição . As soluções são introduzidas na pipeta previamente limpa, por meio de sucção. Para realizar a sucção a extremidade da pipeta deve estar mergulhada no líquido. A sucção pode ser feita por meio da boca, bulbo de borracha ou pêra, ou vácuo. Para evitar ingestão de substâncias perigosas ( ácidos e bases concentradas, amônia.. ), usa-se a pêra ou o vácuo. Após encher a pipeta acima do menisco com a boca, vácuo ou a pêra , coloca-se o dedo e deixa-se escoar até o menisco. Coloca-se então a ponta da pipeta encostada na parede do frasco receptor na posição vertical e retira-se o dedo deixando o líquido escoar completamente, pelo menos por 30 segundos ou mantenha a ponta encostada na parede pelo menos 5 segundos após o escoamento. Não sopre a porção de líquido remanescente. Para a medição de volumes muito pequenos ( faixa de microlitros), estão disponíveis uma variedade de micropipetas . Elas estão disponíveis na faixa de 500 a 1 ul ou menos. Essas micropipetas são atualmente construídas de plástico e possuem pontas descartáveis feitas de plástico ( por exemplo polipropileno), reduzindo os erros do filme líquido que fica aderido nas paredes e de contaminação. São muito utilizadas em laboratórios clínicos e em laboratórios de pesquisa, para concentrações muito baixas. Elas estão disponíveis no mercado para volumes fixos ( ex. 10, 20, 50, 100, 1000 l ) ou para faixas de volumes (5-10 l, 100-1000 l ). 5.3. Buretas As buretas servem para livrar volumes variáveis do líquido. Elas fornecem volumes de líquidos exatamente mensuráveis, e são utilizadas especialmente em titulações. Ela consiste de um tubo longo uniformemente calibrado em toda a extensão da escala graduada, provido na extremidade inferior com dispositivo apropriado para controlar a vazão do líquido. Uma bureta de 50 ml, o tamanho mais usual têm graduação de 0.1 ml em todo o seu comprimento e podem ser lidas, por interpolação ao mais próximo 0.01 ml. Uma bureta com a ponta estragada não deve ser usada em trabalhos de exatidão já que a reprodutibilidade da vazão compromete a exatidão. As graduações de uma bureta de 50 ml são espaçadas cada 0.1 ml, por esta razão, os volumes entre as graduações devem ser estimados. Nesta estimativa deve-se levar em conta a espessura das linhas de graduação. A espessura de uma linha numa bureta de 50 ml é geralmente equivalente a cerca de 0.02 ml. Então, na leitura da bureta, a distância entre as divisões menores é estimada visualmente. A posição aparente do menisco é afetada pela maneira como ele está iluminado ou quando o olho do observador não está horizontal em relação a ele. Para evitar erros deve-se ajustar a bureta verticalmente em relação ao suporte, dirigir o olho para o menisco em posição horizontal e fazer uso de um cartão de leitura. Quando a solução é clara, a leitura é feita na parte baixa do menisco, quando ela é escura a leitura é feita na luz refletida na tela branca. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 12 Deve-se verificar se a bureta está bem limpa. Ela deve ser lavada como descrito em item anterior e guardada sempre cheia de água destilada. Antes do uso, a bureta deve ser lavada pelo menos 3 vezes com a solução a ser utilizada. Após o enchimento da bureta, certifique-se que não há bolhas de ar no seu interior. Encha-a com a solução acima da marca zero, ajuste-a ao traço zero, remova a gotícula de água aderente a ponta da bureta e espere alguns segundos para a solução acima do menisco escoar, antes de fazer a leitura inicial. Durante a titulação, o controle da velocidade de escoamento é efetuado operando-se a torneira com a mão esquerda em volta do corpoda bureta. A outra mão fica livre para a agitação da solução no frasco erlenmeyer. A ponta da bureta é afilada para poder livrar pequenas gotas e assegurar um tempo de vazão suficientemente longo. As buretas com torneira de vidro são utilizadas, principalmente no caso das soluções muito alcalinas. As torneiras de teflon são inertes e particularmente úteis para utilização com soluções alcalinas. A torneira deve ser convenientemente lubrificada para facilitar sua manipulação. Um lubrificante é colocado sobre o macho da torneira, numa faixa estreita em tono da parte mais grossa e em 2 estreitas faixas longitudinalmente na parte mais fina, tendo o cuidado de não causar obstrução do orifício. Coloca-se o macho da torneira no orifício e gira-se para frente e para trás, de modo a garantir a lubrificação uniforme. 5.4. Provetas ou cilindros graduados Estes equipamentos são utilizados somente para medidas aproximadas. Existem diversos tamanhos e, usando-se o menor tamanho suficiente para o conter o volume que está sendo medido, pode-se atingir uma exatidão de mais ou menos 1 %. Um cilindro graduado não é adequado para medidas com exatidão na faixa de partes por 1000. 6.0 Soluções As misturas homogêneas entre duas ou mais substâncias, sólidas, líquidas ou gasosas que estejam interagindo para formar uma mistura, são chamadas soluções. As propriedades de uma mistura são uma combinação das propriedades individuais de seus componentes. Em uma mistura homogênea, uma solução, podem não estar relacionadas simplesmente com aquelas dos seus componentes individuais. Por exemplo, o ponto de congelamento da água salgada, é menor do que a do sal puro ou da água pura. Algumas vezes uma mistura pode ser identificada como uma solução por uma mera inspeção visual. Se diferentes fases podem ser vistas a olho nu ou por meio de um microscópio, a mistura é heterogênea e não é uma solução; se somente uma fase está presente é uma solução. Mas às vezes essa distinção é impraticável, principalmente quando o tamanho das partículas é pequeno. As soluções podem ser classificadas quanto a seu estado físico como sólidas, líquidas ou gasosas.: Tipos de Solução Exemplo Gases gás x gás oxigênio dissolvido em nitrogênio líquido x gás clorofórmio dissolvido em N2 sólido x gás gelo seco dissolvido em N2 Líquido gás x líquido CO2 dissolvido em água líquido x líquido etanol dissolvido em água sólido x líquido açúcar dissolvido em água Sólido Gás x sólido H2 dissolvido em paládio Líquido x sólido Hg dissolvido em ouro Sólido x sólido Cu dissolvido em níquel Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 13 Existem certos termos que se aplicam a todos os tipos de soluções . Em geral, referimo-nos à substância presente em maior proporção numa solução como solvente, sendo todas as demais substâncias da solução consideradas solutos. Todavia, nas soluções aquosas, quase sempre se considera a água como solvente, mesmo quando está presente em quantidade relativamente pequena, como por exemplo no caso de uma mistura de 96% de H2SO4 e 4 % de água em massa, é chamada de ácido sulfúrico concentrado, o que significa que grande quantidade de H2SO4 está dissolvida em pequena quantidade de água, sendo a água tomada como solvente e o H2SO4 o soluto. Freqüentemente é necessário expressar as proporções de soluto e solvente em uma solução. Isto é feito através da concentração do soluto na mistura. Os termos concentrado e diluído são usados quando desejamos falar quantitativamente das proporções relativas do soluto e solvente. Em uma solução concentrada, existe uma quantidade relativamente grande de soluto presente no solvente; em uma solução diluída existe apenas uma pequena quantidade de soluto. Por exemplo, um ácido sulfúrico concentrado, contém 96% de H2SO4 e 4% de H2O . Já uma solução contendo 20% de H2SO4 será diluída em relação a esta , mas concentrada em relação a uma solução 5%. 6.1. Solubilidade Geralmente há um limite para a quantidade de soluto que se dissolve em uma quantidade fixa de solvente a uma temperatura específica. Há líquidos que se misturam bem em qualquer proporção, como o álcool e a água, mas para os sólidos isso não ocorre. Por exemplo, se adicionarmos NaCl a 100 cm3 de água a 0 0C , apenas 35,7 g do sal se dissolverá , independente da quantidade do mesmo colocada na água. Uma solução que contém tanto soluto dissolvido quanto ela pode conter, em contato com excesso de soluto é dita saturada. Se contém menos soluto que o necessário para a saturação é dita não saturada. A solubilidade do soluto é a quantidade necessária para formar uma solução saturada numa dada quantidade de solvente. Por exemplo a solubilidade do NaCl em água a 00C é de 35,7g por 100 cm3 de água. Geralmente a solubilidade do soluto muda com a temperatura. NaCl a 1000C têm solubilidade 39.1 g/100 cm3 de água. Isso significa que devemos especificar a temperatura quando falamos de solubilidade. Como regras de solubilidade grosseiras, para predizer a solubilidade dos compostos em água descrevemos: Compostos solúveis: 1. Todos os sais de metais alcalinos são solúveis 2. Todos os sais de amônio são solúveis 3. Todos os sais contendo os ânions NO3 - , ClO3 -, ClO4 - e C2H3O2 - são solúveis; mas AgC2H3O2 e KClO4 são pouco solúveis 4. Todos os cloretos, brometos e iodetos são solúveis, exceto os de Ag+, Pb2+ e Hg2 2+ . O PbCl2 é pouco solúvel. 5. Todos os sulfatos são solúveis, exceto os de Pb2+, Sr2+ e Ba 2+ . Os sulfatos de Ca2+ e Ag+ são pouco solúveis. Compostos insolúveis: 1. Todos os óxidos metálicos, exceto os dos metais alcalinos e de Ca2+, Sr2+ e Ba2+, são insolúveis. Os óxidos metálicos, quando dissolvem, reagem com o solvente para formar hidróxidos, como por exemplo : CaO + H2O Ca 2+ + 2 OH- 2. Todos os hidróxidos são insolúveis, exceto os de metais alcalinos, Ba2+ e Sr2+. O Ca(OH)2 é pouco solúvel. 3. Todos os carbonatos, fosfatos, sulfetos e sulfitos são insolúveis, exceto os de NH4 + e os de metais alcalinos. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 14 6.2. Concentração de Soluções Em muitas soluções, um componente está presente em considerável excesso em relação aos outros. Este componente é chamado solvente, e os outros componentes chamados solutos. Uma solução preparada pela dissociação de 1 g de NaCl e 1 g de açúcar em 100g de água, têm o NaCl e o açúcar como solutos e a água como solvente. Geralmente consideramos o solvente como o componente por meio do qual as partículas do(s) soluto(s) são preferencialmente dispersas. Os termos concentrado e diluído geralmente implicam em concentrações alta e baixa do soluto, respectivamente. A composição da solução é descrita quantitativamente especificando as concentrações de seus componentes. As unidades de concentração mais utilizadas são : percentagem, partes por milhão, gramas/litro, molaridade. 6.2.1.Porcentagem Percentagem em peso ( massa do soluto/massa de solução ) : Uma solução de HCl 37% em peso, contém 37 g de HCl em 100 g de solução. Percentagem em peso por volume ( massa de soluto/100 volumes de solução ) : Uma solução de NaCl a 1% contém 1 g de NaCl para 100 ml de solução. Para soluções diluídas a % ( massa de soluto/volume de solução) confunde-se com a % ( massa de soluto/volume de solvente). Assim uma solução de NaCl a 5% contém, praticamente 5 mg de NaCl para 100ml de solvente ( água). Uma solução NaOH 40% contém 40 g de NaOH e 60 gde água em 100 g de solução. Percentagem em volume ( volume de soluto/100 volumes de solução) : Uma solução de etanol 96%(em volume) (960GL) contém 96 ml de etanol puro para 100 ml de solução aquosa. 6.2.2. Partes por milhão (ppm) e partes por bilhão (ppb) ppm: número de partes de soluto/ 1.000.000 de partes do solvente. A concentração expressa em ppm é praticamente igual a mg/l de solução. Este modo de expressar a concentração é usado para concentrações muito baixas. Ex. É usado 1 ppm do íon F- (1 mg L-1) em águas potáveis na prevenção da cárie dentária. ppb : número de partes do soluto/ 1010 de parte do solvente. 6.2.3. Gramas/Litro (g/l) ou mg/ml : Uma solução de NaCl a 5 g/l contém 5 g de NaCl por litro de solução ou 5 mg de NaCl por mililitro de solução. 6.2.4. Molaridade(M) : número de moles de soluto/ 1 litro de solução ou número de milimoles do soluto/ 1 ml de solução. Uma solução 0.1 M ou M/10 de sacarose contém 0.1 mol de sacarose (34.2 g) de sacarose por litro de solução . Molaridade (M) = no de moles do soluto/ volume da solução em litros ou no de mmoles do soluto/volume em ml da solução M = massa/mol / volume(litros) Uma solução 1 M é nN. Uma solução xM é nxM. Exemplo : Calcular a molaridade de uma solução de H2SO4 contendo 96% em peso do ácido puro e densidade 1.84. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 15 massa de 1 litro de solução : 1.84 x 1000 = 1840 g massa de H2SO4 puro contido em 1 litro ou 1840 g de solução : 100 g de solução -------96 g de ácido puro 1840 g de solução ----- x x = 1766.4 g de ácido puro M = número de moles/ V(litros) = m/PM/ V(litros) = 1766.4/98 /1 = 18.03 M 6.3. Diluição Durante as operações rotineiras de laboratório, é comum ter-se que diluir soluções para torná-las menos concentradas. Alguns dos reagentes comuns nos laboratórios são engarrafados sob a forma concentrada ( HCL 36.5% , HNO3 70.7%, H2SO4 96%, NH3 solução 28%, CH3COOH 100%) e geralmente devem ser diluídos para uso. O processo de diluição consiste em dissolver uma dada quantidade de soluto em um grande volume da solução. Quando uma solução concentrada é diluída pela adição do solvente, o número de moles do soluto na mistura permanece constante. Isso significa que a concentração molar da solução, multiplicada por seu volume, deve permanecer constante quando o solvente é adicionado. M x V = mol/ l x l = mol Então o produto da concentração inicial pelo volume inicial é igual ao produto da concentração final pelo volume final. Mi x Vi = Mf x Vf Exemplo : Que quantidade de água deve ser adicionada a 0.25 l de uma solução 0.5 M de KOH para produzir uma solução de concentração 0.35 M? MiVi = MfVf Mi = 0.5 M Vi = 0.25l Mf = 0.35 M Vf = ? 0,5 x 0.25 = Vf x 0.35 Vf = 0.357 l Como o volume inicial era de 0.25 l devemos adicionar 0.107 l 6.4. Preparo de Soluções Algumas soluções padrões podem ser preparadas diretamente por pesagem ou medida cuidadosa de uma quantidade definida de uma substância pura, dissolvendo-a num solvente apropriado e diluindo a volume conhecido. Nenhuma base forte, no entanto, está disponível em estado de pureza elevado. Portanto prepara-se uma solução de molaridade próxima e a concentração correta é determinada pela padronização contra um padrão primário. Padrão primário são substâncias estáveis, não higroscópicas, que reagem quantitativamente e são de fácil purificação e manuseio. E´ vantajoso que seu peso equivalente seja alto porque os erros de pesagem são minimizados. Entre os padrões primários destacam-se : biftalato de potássio, ácido benzóico, ácido oxálico dihidratado e ácido sulfamico , para a padronização de bases ; oxalato de sódio e carbonato de sódio para padronização de ácidos 7.0. Indicadores O reconhecimento da acidez ou basicidade de uma solução pode ser feito adicionando-se indicadores ácido-base , que são substâncias que adquirem colorações diferentes , dependendo das concentrações de íons H + ou OH - . Os indicadores ácido-base são geralmente compostos orgânicos complexos, de massa molecular elevada. Em água ou em outros solventes eles se comportam como ácidos ou bases fracas que têm a propriedade de mudar de coloração em função do pH, por efeito de uma modificação de estrutura. A mudança de coloração do indicador não se processa bruscamente mas de forma gradual entre valores bem definidos da escala do pH. A região de pH dentro da qual se processa a mudança de Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 16 coloração de um indicador ácido-base constitui a sua faixa de viragem ou de transição. Na tabela abaixo estão relacionados alguns indicadores ácido-básicos com as respectivas faixas de transição. Indicador Coloração Sol Ácida Sol Alcalina Zona de Transição pH Solvente Amarelo de metila Vermelho Amarelo 2,9 – 4,0 Etanol 90% Alaranjado de Metila Vermelho Amarelo 3,1 – 4,4 Água Azul de Bromofenol Amarelo Azul-violeta 3,0 – 4,6 Água Verde de bromocresol Amarelo Azul 4,0 – 5,6 Água Vermelho de Metila Vermelho Amarelo 4,4 – 6,2 Água Azul de Bromotimol Amarelo Azul 6,0 – 7,6 Água Vermelho de Cresol Amarelo Vermelho 7,2 – 8,8 Água Azul de Timol Amarelo Azul 8,0 – 9,6 Água Fenolftaleína Incolor Vermelho 8,0 – 10 Etanol 60% Amarelo de alizarina Amarelo Lilás 10 – 12 Água 8.0. Titulação Ácido-Base Quando um ácido reage com uma base, dá origem a um sal. As quantidades relativas dos reagentes e produtos são em geral investigadas de duas maneiras diferentes: gravimetria e volumetria. Para a determinação por volume, usamos a técnica da titulação. A titulação pode ser definida como um processo pelo qual se mede quantitativamente a capacidade de uma solução de concentração desconhecida de se combinar com outra de concentração conhecida. A titulação ácido-base fornece-nos um meio simples para determinarmos os volumes relativos de soluções ácidas e básicas que são quimicamente equivalentes. A titulação ácido-base chama-se titulação por neutralização. 9.0. Medidas de pH Quando colocado numa solução os eletrodos de vidro e de referencia desenvolvem uma voltagem proporcional a acidez. Essa voltagem é medida pelo pHmetro e é dada em unidades de pH. As altas resistências dos eletrodos de vidro e de referência faz com que não seja necessário o uso de padrões de voltagem e o pHmetro utiliza uma entrada com alta impendância para amplificar o sinal do pH. A maioria dos pHmetros têm uma entrada de impendância de 1013 ohms ou maior. Um pHmetro é desenhado para leituras de pH 7 em 0 mV, com potencial positivo para o lado ácido e negativo para o lado básico. A maioria deles têm controle para o ajuste do ponto zero, a inclinação ou eficiência e a temperatura Os controles do ponto zero e da inclinação são usados para calibrar o eletrodo de pH para as medidas. Isso é feito utilizando-se soluções de calibração, geralmente tampões de pH 4 e pH 7 . O controle de temperatura pode ser manual ou automático, ajusta a inclinação (mV/pH) para o valor apropriado para a temperatura da amostra. A inclinação do eletrodo de pH varia com a temperatura de acordo com a equação de Nernst (54 mV/pH a 0 0C e 74 mV/pH a 100 0 C). Depois dos microprocessadores as medidas de pH ficaram mais fáceis, mas também aumentaram as possibilidades de erros nas medidas. Quando o eletrodoestá estabilizado com alguma taxa já pré- estabelecida, o medidor pega esta leitura e pergunta pelo novo padrão de calibração. Se a velocidade de resposta do eletrodo é lenta devido a um filme ou cobertura na membrana, o medidor será calibrado em valores menores que a inclinação verdadeira. A exatidão de todas as medidas futuras será questionável. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 17 10. Espectrofotometria A espectrofotometria é a parte da físico-química que estuda a difração das radiações eletromagnéticas, aproveitando as energias difratadas para análises por absorção e emissão. Neste item falaremos sobre a absorção da radiação e emissão. Um feixe de luz direcionado para uma amostra pode ser refletido, absorvido, espalhado ou transmitido. Uma vez que a luz entra na amostra, a energia da radiação decresce exponencialmente P2 / P1 = e b , onde P2 é a energia radiante deixando uma superfície de largura b, e P1 é a energia radiante que penetra na primeira superfície, e é o coeficiente de absorção Imagine uma luz de energia de radiação P passando através de uma solução absorvedora com largura infinitesimal dx . O decréscimo na energia dP é proporcional a energia incidente P, a concentração das espécies absorvedoras e a largura da seção (dx). Então dP = - P c dx onde é a constante de proporcionalidade, e o sinal negativo indica um decréscimo em P quando x cresce. Essa equação pode ser rearranjada e fica - dP/P = c dx Após integração da equação de P0 quando x =0 a P quando x=b a equação fica Log (P0/P) = ( /ln10) c b Sendo /ln10 = a equação torna-se Log (P0/P) = c b ou A = c b Que é a expressão da Lei de Lambert-Beer. A transmitância T , é definida como a fração da luz original que passa através da amostra. (T=P/P0). O valor de T varia de 0 a 1. O percentual de transmitância é definido como 100.T, e varia de 0 a 100%. Uma quantidade mais útil é a absorbância, definida como A= -log T. Quando nenhuma luz é absorvida, P=P0 e A = 0. Se 90% da luz é absorvida, então 10% é transmitida e P = P0/10. Isso significa que A =1. Se somente 1% da luz é transmitida, A = 2. Se um analito absorve radiação esta absorção pode ser medida através de um espectrofotômetro de absorção e esta absorção poderá ser medida e comparada com a de soluções padrões, que são soluções de concentração conhecida deste analito. A espectrofotometria utiliza dois métodos para a determinação quantitativa de um elemento; curva de calibração e adição de um padrão interno. Quando não existem substâncias interferentes, podemos utilizar o primeiro método.. Quando interferentes estão presentes se recomenda o segundo método, pois ele compensa o efeito de tais substâncias. A fotometria de chama é um método ótico baseado na medida da intensidade da radiação emitida pelo elemento em estudo quando sua solução é nebulizada, sob condições controladas, em uma chama. Quando um átomo recebe energia de uma fonte externa, um elétron de um orbital mais interno pode ser excitado, de tal forma que passe para um orbital mais externo, não totalmente ocupado. Este aumento de energia do elétron corresponde a um valor característico do átomo. 0 tempo de vida deste átomo excitado é limitado. Após cerca de alguns segundos, a energia de excitação é emitida na forma de quanta ou fóton. Como a diferença de energia entre o estado excitado e o estado normal do átomo é exatamente definida, a onda eletromagnética emitida também possui uma energia definida. Então, cada elemento, quando for excitado, emite radiações de comprimentos de onda definidos. Este fato faz com que na fotometria de chama se use a intensidade da luz emitida para a determinação quantitativa do elemento em análise. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 18 A energia necessária para excitar os elétrons de um determinado átomo varia de substância para substância. Assim sendo, teoricamente deveria ser possível detectar todos os elementos desta maneira. Na prática, porém, o uso da fotometria de chama se limita a detecção de metais alcalino-terrosos. Isto porque a chama do gás de iluminação-ar alcança cerca de 1700ºC e esta temperatura é somente suficiente para excitar estes elementos. A chama de propano-ar é apenas um pouco mais elevada e a chama acetileno-oxigênio é a temperatura mais alta (3050ºC) usada, comumente, na fotometria de chama. Com ela é possível excitar aproximadamente 60 elementos, dos quais 35 podem ser determinados. Os espectros dos demais não estão suficientemente separados para permitirem uma avaliação quantitativa. As radiações características que integram o espectro de chama de um elemento podem ser isoladas por meio de um monocromador ou filtro adequado e sua intensidade medida com auxílio de dispositivos fotossensíveis. A intensidade da raia espectral permanece constante desde que o fluxo da solução e a temperatura da chama se mantenham uniformes. O efeito de outros íons ou substâncias neutras em solução pode ser considerável; etanol aumenta a intensidade de radiação, enquanto que dextrose, citratos, sulfatos e fosfatos a diminuem. Estes efeitos são minimizados se as soluções-padrão forem preparadas com composição semelhante à da amostra em análise, ou ainda por diluição (ácidos e seus sais em concentrações abaixo de 0,1M não interferem). 10. Curva de Calibração A curva de calibração é obtida representando as leituras da intensidade da emissão na a ordenada e as correspondentes concentrações na abcissa. Critérios de aceitação da curva de calibração A curva deverá ser preparada com no mínimo 5 pontos mais o valor do branco. Os valores utilizados podem ser construídos por diluição da solução estoque e separados por intervalos regulares O valor estimado deve estar preferencialmente entre 20 e 80% do valor máximo da curva O desvio em relação à concentração nominal deve ser menor ou igual a 15 % (quinze por cento) para as concentrações da curva de calibração; O coeficiente de variação para os pontos da curva deve ser menor ou igual a 15% o coeficiente de correlação linear deve ser igual ou superior a 0,98. A sensibilidade analítica é a capacidade da técnica para diferenciar dois valores de concentração próximos. Quanto maior a inclinação maior a sensibilidade 11. Avaliação de Resultados Calculo da precisão (ANVISA) Precisão é a avaliação da proximidade dos resultados obtidos em uma série de medidas de uma mesma amostra. Esta é considerada em três níveis. 1. Repetibilidade : concordância entre os resultados dentro de um curto período de tempo com o mesmo analista e mesma instrumentação. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 19 a) no mínimo, 9 (nove) determinações, contemplando o intervalo linear do método, ou seja, 3 (três) concentrações, baixa, média e alta, com 3 (três) réplicas cada, ou mínimo de 6 determinações a 100% da concentração do teste; B) no mínimo, 3 (três) concentrações (baixa, média e alta), contemplando a faixa de variação do procedimento, realizando-se, no mínimo, 5 (cinco) determinações por concentração. 2. Precisão: deve ser determinada em uma mesma corrida e em corridas diferentes O valor máximo aceitável da precisão deve ser definido de acordo com a metodologia empregada, a concentração do analito na amostra, o tipo de matriz e a finalidade do método, não se admitindo valores superiores a 5%3. Expressão da precisão : desvio padrão ou desvio padrão relativo ( DPR ou coeficiente de variação CV%), de uma série de medidas, não se admitindo, em geral, valores superiores a 15%. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 20 PRÁTICA 01 TÉCNICAS DE LABORATÓRIO - PESAGEM E MEDIDAS VOLUMÉTRICAS Objetivos Desenvolver o manuseio dos equipamentos volumétricos Treinar o aluno na operação com balança analítica Treinar o aluno em tratamento estatístico de dados Experimento 1 – Uso de Buretas Fazer a leitura de 03 buretas colocadas pelo professor no laboratório com precisão de 0,01 ml. Esse valor deve ser comparado com o verdadeiro posteriormente, utilizando cálculos estatísticos. Experimento 2 – Tomada de Alíquota/ Calibração de pipeta 1. Pegar uma pipeta volumétrica de 10 ml e um frasco erlenmeyer. 2. Pesar o frasco erlenmeyer. Usar papel para manuseio para não deixar resíduos gordurosos no frasco 3. Aspirar água contida em um béquer com o auxílio de uma pera. Verificar se não há bolhas no meio do líquido ( verificar a temperatura da água e anotar) 4. Enxugar a parte externa da ponta da pipeta com papel absorvente 5. Aferir a pipeta em posição vertical, controlando o escoamento do líquido até o menisco. 6. Transferir para o erlenmeyer 7. Pesar novamente o frasco 8. Retirar o líquido, secar por fora e repetir os procedimentos de 3 a 7 pelo menos 8 vezes. 9. Fazer os cálculos devidos com o auxílio das tabelas em anexo. 10. Lavar e arrumar o material Obs . O escoamento da pipeta para o erlenmeyer deve ser efetuado controlando-se a vazão com o dedo, estando a ponta da pipeta encostada na parede do recipiente (tempo de escoamento mínimo: 05 segundos) ou livre e reta ( tempo de escoamento mínimo 20 segundos). Após o escoamento, afasta-se a extremidade da pipeta da parede do recipiente com cuidado. A quantidade de líquido restante na ponta da mesma não deve ser soprada para o interior do recipiente. Obs: Os valores da calibração devem concordar entre si dentro de uma faixa de 0,005 ml, e pelo menos 3 valores devem ser concordantes. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 21 RESULTADOS – PRÁTICA 1 Experimento 1 Leitura da bureta Bureta 1 Bureta 2 Bureta 3 Leitura feita pelo aluno Valor verdadeiro Erro absoluto Erro relativo Experimento 2 Balança Usada: Temperatura da água: Capacidade Nominal da Pipeta : Determinações Peso aparente da água Fator de correção Volume real da pipeta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Média do volume Mediana do volume Desvio padrão t (student) IC ( 95% de confiança) Volume Real da pipeta após calibração Valor médio ± desvio padrão (n = número de medidas ) Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 22 PREPARO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÕES PREPARO DE SOLUÇÕES Algumas soluções podem ser preparadas diretamente por pesagem ou medida cuidadosa de uma quantidade definida de uma substância pura, dissolvendo-a num solvente apropriado e diluindo a volume conhecido, sendo conhecidas como soluções padrões e outras soluções podem ser preparadas com concentração aproximada e posteriormente estas soluções serão padronizadas. Como nenhuma base forte, está disponível em estado de pureza elevado, prepara-se uma solução de molaridade próxima, e a concentração exata é determinada pela padronização contra um padrão primário. Os ácidos inorgânicos também não são encontrados em estado de pureza elevado, então são preparados a partir de uma solução concentrada, com molaridade aproximada a desejada e depois padronizados contra um padrão primário. Padrões primários são substâncias estáveis, não higroscópicas, que reagem quantitativamente e são de fácil purificação e manuseio. Em geral, sua massa molar deve ser alta porque os erros de pesagem são minimizados. Entre os padrões primários destacam-se : biftalato de potássio, ácido benzóico, ácido oxálico dihidratado e ácido sulfamico , para a padronização de bases ; oxalato de sódio e carbonato de sódio para padronização de ácidos. Para a padronização do EDTA utiliza-se solução padrão de cálcio. Antes de iniciar a prática : Identifique materiais ( equipamentos, vidrarias e reagentes) necessários na prática e separe-os Verifique o funcionamento da bureta quanto a vazamentos e funcionamento da torneira Separe o material a ser levado para a sala de balança (não esqueça do caderno de anotações) Seque os erlenmeyers na parte externa e na interna, somente na boca. Identifique os mesmos 02 – PREPARO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO BÁSICA Preparo de solução NaOH aproximadamente 0,1000 M Anotar a concentração do NaOH contido no recipiente sobre a pia do laboratório. Calcular o volume necessário para preparar uma solução aproximadamente 0,10000 M para 0,3 litros (300mL) de solução. Com uma proveta graduada colocar a quantidade necessária em béquer de 500 mL, adicionar água destilada até a marca de 300 mL, agitar com bastão de vidro. Lavar um frasco de plástico ( 500 mL ou menor) com água destilada, pequenas porções da solução preparada, e transferir o restante desta solução para o frasco. Etiquetar o frasco com: nome da solução, concentração aproximada, data e nome do aluno. Padronização de NaOH com biftalato de Potássio O biftalato será entregue já seco (em estufa cerca de 1- 2 horas a 110 oC ) e resfriado em dessecador. Retirar do dessecador o frasco com biftalato e tampa-lo. Preparar os erlenmeyers para pesagem do biftalato. Os erlenmeyers devem estar secos. Identifique os erlenmeyers com numeração de 1 a 4 e anote logo em seguida a pesagem a massa contida em cada um. Faça a pesagem da massa uma de cada vez e não use espátula molhada ou suja Calcular a massa de biftalato seco que deve ser pesada para gastar cerca de 20 mL da base preparada. Pese no erlenmeyer de 250 ml a massa de biftalato seco calculada. No laboratório adicione cerca de 20 ml de água destilada recém fervida e agite a solução do sal . Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 23 Prepare a bureta de 25 ml para a titulação com o NaOH preparado, lavando-a e enchendo-a com o auxílio de um bequer que deve estar sempre tampado com um vidro de relógio. Adicione a cada erlenmeyer na hora da titulação 3 a 4 gotas de fenolftaleína e titule com o NaOH contido na bureta até o aparecimento de coloração rosa persistente por cerca de 30 s. Próximo ao ponto final (PF) da titulação lava-se as paredes internas do erlenmeyer com pequenas porções de água destilada. O PF está sendo alcançado quando ao acrescentar uma gota do titulante, surge uma coloração rosa na região vizinha a da gota adicionada que desaparece quando agitamos o frasco. Para maior exatidão adicione o titulante gota a gota, encostando a ponta da bureta no erlenmeyer depois da gota formada e lavando-se em seguida com o frasco lavador o erlenmeyer( nãoa bureta) para garantir que todo o titulante foi para a solução e não ficou nas paredes do mesmo. Anotar a leitura da bureta com duas casas decimais Repita o procedimento de pesagem e titulação para mais 3 alíquotas. Após as titulações, lavar a bureta, pois o contato prolongado com o NaOH ataca o vidro. Lavar com água da torneira e depois com água destilada. Guardar a bureta no suporte cheia de água destilada. Não retornar o NaOH que sobrou no béquer para seu frasco original, coloca-lo em outro recipiente identificado junto com o de outros alunos. Deixar o frasco de biftalato fora do dessecador para nova secagem Cálculo Reação da Titulação COO- K+ COO- K+ COOH + 1 NaOH COO- Na+ + H2O MNaOH x VNaOH (L) = massa do biftalato em gramas/PM biftalato PM biftalato = 202,43 VNaOH = volume gasto na titulação do biftalato (em litros) massa do biftalato em gramas = massa pesada para cada erlenmeyer Padronização do NaOH Etapa 1 2 3 4 Peso de biftalato Leitura inicial de NaOH (ml) Leitura final de NaOH (ml) Volume escoado em ml Molaridade do NaOH Cálculo da Molaridade do NaOH Média Mediana Desvio padrão t (student) Intervalo de Confiança (95)% Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 24 PRATICA 03 – PREPARO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA Preparo de solução HCl aproximadamente 0,0300 M Anotar a concentração do HCl contido no recipiente sobre a pia do laboratório. Calcular o volume necessário para preparar uma solução aproximadamente 0,0300 M para 0,25 litros (250mL) de solução. Com uma proveta ou pipeta graduada colocar a quantidade necessária em béquer de 300 a 500 mL, adicionar água destilada até a marca de 250 mL, agitar com bastão de vidro. Lavar um frasco de vidro (500 mL) com água destilada, pequenas porções da solução preparada, e transferir o restante desta solução para o frasco. Etiquetar o frasco com: nome da solução, concentração aproximada, data e nome do aluno. Padronização de HCl O bórax (Na2B4O7 10 H2O) é utilizado como padrão primário. Seu peso molecular é 381,43 g. Lavar uma bureta de 25 ml, 3 vezes, com porções pequenas de HCl 0,03 M preparado. Encher a bureta com o HCl. Calcular a massa de bórax a ser pesada para gastar cerca de 20 mL do HCl e pesar em erlenmeyer de 250 ml. Dissolver cada porção em cerca de 20 ml de água destilada e juntar gotas de verde de bromocresol. Podem ser usados também os indicadores vermelho de metila ou metil orange mas o verde de bromocresol dá melhor visualização do ponto final da titulação. Titular o bórax com o HCl contido na bureta. Anotar o volume gasto em cada titulação Reação do bórax com o HCl : 2 HCl + 1 Na2B4O7 + H2O 4 HBO2 + 2 NaCl M HCl x V HCl = 2 ( m bórax / PM bórax ) Padronização do HCl com bórax Etapa 1 2 3 4 Massa de bórax pesada (g) Leitura inicial de HCl (ml) Leitura final de HCl (ml) Volume de HCl gasto (ml) Molaridade do HCl Cálculo da Molaridade do HCl Média Mediana Desvio Padrão t (student) Intervalo de Confiança (95)% Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 25 PRÁTICA 04 - TITULAÇÃO ÁCIDO - BASE 1. Dosagem da Acidez em Vinagre Pegar uma alíquota de 2 ml para erlenmeyer de 250 ml, adicione cerca de 20 ml de água destilada recém fervida, e 2 gotas de fenolftaleína. Titule com solução de NaOH preparada e padronizada anteriormente, até cor rosa clara persistente. Anote o volume gasto. Proceda do mesmo modo para mais 2 alíquotas. Calcule a acidez do vinagre em %(p/v) de ácido acético (PM=60,053). Compare com o valor indicado no rótulo. Obs: preparar cada alíquota na hora da titulação e conservar o frasco e o balão da solução preparada bem fechado.Verificar no rótulo do frasco o percentual de acidez para comparação com o valor encontrado. 2. Dosagem da acidez do leite Pipetar uma alíquota de 10 ml da amostra, transferir para erlenmeyer de 250 ml, e adicionar cerca de 20 ml de água destilada recém fervida e 2 gotas de fenolftaleína. Titule com solução de NaOH padronizada até viragem do indicador. Anote o volume gasto. Repetir o procedimento mais duas vezes. Calcule o teor de ácido lático % (p/v) e em g/L (ácido lático MM = 90 gmol-1) Compare com o valor para consumo previsto na legislação ou com o indicado na embalagem, que indica que o leite deve conter entre 0,13 a 0,20% de acidez. 3. Dosagem da acidez total em vinho branco Colocar em um erlenmeyer 20 ml de água recém fervida e resfriada Adicionar 3 a 4 gotas de fenolftaleína 1% Titular com solução padrão de NaOH preparada e padronizada até aparecimento de coloração rósea Juntar então a alíquota de 10 ml de vinho branco e prosseguir a titulação até o aparecimento da coloração rosa persistente por 30 segundos Anotar o volume. Repetir o procedimento por mais duas vezes. Calcular a acidez do vinho em relação ao ácido tartárico, que é um ácido diprótico (massa molar 150,09 gramas/mol). Comparar seu resultado com o esperado para vinhos secos (0,60 a 0,90%) e suaves ou licorosos (0,40 a 0,65%) 4. Alcalinidade em água Pipetar 100 ml de alíquota de água da torneira e transferir para erlenmeyer (ou pesar aproximadamente 100 g de água no erlenmeyer). Adicione três gotas de verde de bromocresol. Titular com o HCl padronizado. Realizar o ensaio três vezes. Anotar o volume gasto e expressar o resultado em mg de CaCO3 / ml. Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 26 RESULTADOS Dosagem de Acidez no Vinagre Amostra: Valor %(p/v) no rótulo : Diluição : Vbalão/Valíquota = Etapa 1 2 3 Volume da alíquota em ml Volume de NaOH gasto em ml Molaridade do NaOH Média Mediana Desvio padrão IC (95%) % (p/v) de ácido acético Dosagem de acidez no Leite Amostra : Valor no rótulo ou da legislação: Etapa 1 2 3 Volume da alíquota em ml Volume de NaOH gasto em ml Molaridade do NaOH Média Mediana Desvio padrão IC (95%) % (p/v) ou (p/p) de ácido lático Dosagem de ácido tartárico em vinho Amostra: Valor %(p/v) legislado: Etapa 1 2 3 Volume da alíquota em ml Volume de NaOH gasto em ml Molaridade do NaOH Média Mediana Desvio padrão IC (95%) % (p/v) de ácido tartárico Alcalinidade da água Reação envolvida: CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + H2CO3 Alíquota 1 2 3 Massa ou volume de água Volume gasto de HCl Molaridade do HCl Massa de CaCO3/ 100 mL Média Mediana Desvio Padrão IC (95%) Massa: média ± s (n= ) Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 27 PRÁTICA 05 - PADRONIZAÇÃO E DOSAGEM DE CÁLCIO COM EDTA Preparo desolução EDTA aproximadamente 0,0300 M Após cálculo da quantidade necessária a ser pesada do EDTA sal dissódico (Na2H2Y. 2 H2O ) para preparo de 200 mL de solução 0,0300 M, pesar em bequer e balança a massa calculada do sal dissódico de EDTA di-hidratado. Dissolver em água deionizada e completar o volume para 200 mL em béquer e agitar com bastão de vidro. Transferir para frasco de plástico devidamente limpo. Etiquetar o frasco com: nome da solução, concentração aproximada, data e nome do aluno. Padronização da Solução de EDTA Prepare 3 alíquotas de 10 ml da solução padrão de CaCO3 preparada pelos técnicos em erlenmeyer de 250 ml e complete para 10 ml com água deionizada Adicione cerca de 1 ml de tampão KOH 3 M e verifique o pH (verificar se o pH > 12,5 ) Adicione 2 gotas do indicador Calcon e titule com o EDTA até viragem do vermelho para azul. Anote o volume de EDTA gasto e calcule a molaridade média do EDTA utilizado Reação : Ca++ + H2Y CaY = + 2 H+ Indicação : Ca.Ind- + MgY= Mg . Ind- + CaY= Mg. Ind- + H2 Y = MgY= + H. Ind = + H+ Vermelho-vinho azul Calcular a molaridade da solução de EDTA em mol/L : MEDTA = (Vgasto do Ca x M Ca ) / Vgasto do EDTA Alíquota de CaCO3 usada na titulação = Etapa 1 2 3 4 Vol EDTA gasto (mL) Molaridade do EDTA Média Mediana Desvio Padrão IC (95)% Ensaio em Branco Prepare uma alíquota de 10 ml de água deionizada Adicione cerca de 1 ml de KOH 3 M (verificar se o pH > 12,5 ) e adicione 2 gotas de calcon Verifique a coloração: se a ficar azul não é necessária a titulação com EDTA até a viragem; se a coloração ficar vermelha, titule com o EDTA até a viragem para azul e anote o volume gasto. E) Dosagem de cálcio em amostras Tomar uma alíquota de amostra de leite e adicionar 10 ml de água deionizada. Adicionar 1 ml de KOH 3M ( verificar se o pH > 12,5 ) e 2 gotas de calcon como indicador Titular com EDTA 0,030 M adicionando até mudança de coloração de vermelho para azu Dosagem de Ca na amostra Etapa 1 2 3 Volume da alíquota utilizada Volume de EDTA gasto Molaridade do EDTA Massa de cálcio na amostra Média Desvio padrão Massa ± desvio ( n= ) Erro relativo em relação ao rótulo Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 28 PRÁTICA 6 - DETERMINAÇÃO DE ÁCIDO ASCÓRBICO EM SUCOS Baseia-se na redução do 2-6 - diclorofenol-indofenol (DCFI) pelo ácido ascórbico. O DCFI em meio básico ou neutro é azul, em meio ácido é rosa e sua forma reduzida é incolor. O ponto final da titulação é detectado pela viragem da solução de incolor para rosa, quando a primeira gota de solução de DCFI é introduzida no sistema, com todo o ácido ascórbico já consumido. Método de Tillmans modificado (ANVISA) Reagentes e Soluções: Solução de ácido oxálico 1% Solução padrão de ácido ascórbico: já pronta, preparada pelos técnicos 50,0 mg de ácido ascórbico p.a. dissolvidos em solução de ácido oxálico a 1% e diluídos a 100 mL com ácido oxálico em balão volumétrico (recém preparada) Solução de 2,6-diclorofenolindofenol sódio a 0,2% Vidraria e outros materiais: Pipeta volumétrica de 10 mL Bureta de 25 mL cor âmbar Erlenmeyer de 250 mL Balão volumétrico de 100 mL e 1000 mL (cor âmbar) Barra magnética Padronização do 2,6 diclorofenolindofenol Pipetar 10 mL da solução padrão de ácido ascórbico (AA) em erlenmeyer contendo 50 mL de solução de ácido oxálico. Titular com solução de 2,6-diclorofenolindofenol sódio até coloração rosa persistente por 15 segundos. Análise da Amostra: Pipetar 5 mL de amostra e adicionar 25 mL da solução de ácido oxálico no erlenmeyer. Titular com a solução de 2,6-diclorofenolindofenol sódio padronizado até coloração rosa persistente por 15 segundos. RESULTADOS Etapa 1 2 3 Volume de DCFI gasto na padronização Molaridade do DCFI Vol DCFI gasto para titular a amostra Ácido ascórbico (mg/ml) Média IC(95%) Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 29 PRÁTICA 7 - TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA. Equipamentos pHmetro e Eletrodo de vidro combinado Bureta Agitador magnético e barras magnéticas Piscete com água destilada Bastão de vidro NaOH 0,1 M padronizado ( com 4 decimais) Tampões de pH 4 e 7 Béquer grande com corpo comprido 2 béqueres de 50 ml Calibração Ligar o pHmetro Colocar em 2 bequers de 50 ml as soluções tampões de pH 4 e 7, marcando os béquers com 4 e 7. Retirar o eletrodo da solução em que está imerso e lavá-lo com a ajuda do piscete enxugando-o logo após com papel fino. Com o aparelho ligado, colocar o eletrodo de vidro na solução tampão solicitada. Esperar a estabilização. Retirar o eletrodo da solução tampão , lavar com água destilada do piscete e enxugar. Colocar agora o eletrodo na outra solução tampão requisitada, esperar para estabilizar. Retirar o eletrodo, lavar e enxugar. Verificar a resposta do pHmetro à calibração. Mudar o eletrodo se necessário. Titulação Potenciométrica Realizar medição de pH durante uma titulação ácido base e construir a curva de calibração, identificando através da mesma o PF da titulação. Pegar alíquota de 25 ml da amostra e colocar em bequer de 250 ml Adicionar água destilada recém fervida para poder mergulhar o eletrodo Montar esquema de titulação volumétrica com bureta de 25 ml contendo o NaOH padronizado na prática 2, agitador magnético sob o bequer contendo a amostra, bagueta, tomando cuidado para a bagueta não bater no eletrodo para não quebrá-lo. Mergulhar o eletrodo após sua calibração e anotar o pH da amostra (volume de NaOH = 0). Ir adicionando NaOH anotando o volume adicionado e o pH lido , verificando a variação no pH do sistema. Perto do PE ocorre uma variação brusca de pH e o NaOH deve ser adicionado lentamente. Adicionar NaOH até que o pH varie pouco (até cerca de pH 9,8) Edna Madeira Nogueira 13/03/2017 30 2. Cálculos e Gráficos Construir curva de titulação usando a tabela de pH versus Volume adicionado Construir o gráfico da derivada primeira e da derivada segunda utilizando o programa excel Calcular a acidez da amostra e compara-la com o valor legislado/rotulado Preparar relatório contendo introdução, metodologia, resultados e discussão, conclusões e referências bibliográficas utilizadas. Obs. Para construção dos gráficos da curva de titulação, derivada primeira e segunda, consultar as referências : Skoog & West e Sawyer, Cap. 19 e 12 , páginas 424 e 279/280. Exemplo Medidas Variação Derivada 1 a Variação Derivada 2 a Vol. NaOH PH pH V pH/ V Vol Méd. ( pH/ V) V ( pH/ V) V Vmédio 85 4,245 86 4,400 0,155 1 0,155 85,5 87 4,626 0,226 1 0,226 86,5 0,0710 1 0,0710 86 88 4,933 0,307 1 0,307 87,5 0,0810 1 0,0810 87 89 5,273 0,340 1 0,340 88,5 0,0330 1 0,0330 88 90 5,530 0,257 1 0,257 89,5 - 0,0830 1 - 0,0830 89 91 5,719 0,189 1 0,189 90,5 - 0,0680 1 - 0,0680 90 93 5,980 0,130 1 0,130 92 - 0,0390 1 - 0,0390 91,25 Com os valores da derivada primeira (máximo da inflexão) e/ou derivada segunda (ordenada zero na inflexão)
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