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AT278_01_2013_2.pdf Profª Ester Gouveia APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA Data Local Descrição 23/10 – 25/10 Sala 15 Apresentação da disciplina; Algarismos significativos; Principais materiais e equipamentos de laboratório; Precisão e Exatidão. 06/11 – 08/11 Laboratório Medidas de volumes1. 20/11 – 22/11 Laboratório Preparação de Soluções e Diluições (Preparar as soluções para a hidrólise)2. 27/11 – 29/11 Laboratório Volumetria (padronização de soluções)3. 04/12 – 06/12 Laboratório Medidas de Massa (Iniciar a hidrólise)4. 11/12 – 13/12 Laboratório Técnicas de Filtração (Filtrar o hidrolisado e ajustar o pH)4. 18/12 – 20/12 Sala 15 Revisão do conteúdo. 08/01 – 10/01 Sala 15 1ª Avaliação escrita (até 7 pontos) e entrega dos relatórios1, 2 e 3 (até 1 ponto para cada relatório – total: até 3 pontos). 15/01 – 17/01 Laboratório/Sala 15 Espectrofotometria e Curva de Calibração (medir ART no hidrolisado5. 22/01 – 24/01 Laboratório/Sala 15 Espectrofotometria e Curva de Calibração (medir ART no hidrolisado5. 29/01 – 31/01 Laboratório Tampões (preparação) 6. 05/02 – 07/02 Laboratório Tampões (funcionamento) 6. 12/02 – 14/02 Laboratório Revisão do conteúdo. 19/02 – 21/02 Sala 15 2ª Avaliação escrita (até 7 pontos) e entrega do relatório4,5 e 6 (até 1 ponto para cada relatório – total: até 3 pontos). 26/02 Sala 15 2ª Chamada 28/02 Sala 15 Avaliação final. MATERIAL OBRIGATÓRIO Apostila da disciplina Caderno de laboratório Calculadora científica Jaleco branco ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS REGRAS: 1. Dígitos diferentes de zero sempre são significativos; 2. Zeros no começo de um número NUNCA são significativos; 3. Zeros entre dígitos diferentes de zero SEMPRE são significativos; 4. Zeros no final de um número que contem uma vírgula decimal SEMPRE são significativos; 5. Zeros no final de um número que não contem uma vírgula – serão considerados significativos. Multiplicando e dividindo A resposta final deve ter o mesmo número de algarismos significativos que o número com menos algarismos significativos. a) 3,6 x 4,27 = ? b) 0,004 x 217,38 = ? c) 42,1/3,695 = ? d) 0,30652 x 138/2,1 = ? Somando e subtraindo A resposta é dada com o mesmo número de casas decimais do termo com menos casas decimais. a) 320,084 + 80,47+ 200,23 + 20,2 = ? Arredondamento Se o número a eliminar for 5, 6, 7 e 8, aumentaremos uma unidade no último dígito (eliminar os últimos dois dígitos). a) 33,679 = b) 2,4715 = c) 1,1145 = d) 0,001309 = e) 3,52 = PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS E MATERIAIS VER APOSTILA!! PRECISÃO Precisão é uma medida da reprodutibilidade de um resultado. Valores muito próximos entre si indicam uma precisão em suas medidas. s – desvio padrão x1 – primeiro valor medido x2 – segundo valor medido xn – último valor medido N – número de valores medidos Valor médio COEFICIENTE DE VARIAÇÃO • Interpretado como a variabilidade dos dados em relação à média. Quanto menor o CV mais homogêneo é o conjunto de dados. • Adimensional, isto é, um número puro, que será positivo se a média for positiva; será zero quando não houver variabilidade entre os dados, ou seja, o desvio padrão é zero. • Usualmente expresso em porcentagem, indicando o percentual que o desvio padrão é menor ou maior do que a média. Um CV é considerado baixo (indicando um conjunto de dados razoavelmente homogêneo) quando for menor ou igual a 25%. Entretanto, esse padrão varia de acordo com a aplicação. Tempo (h) Biomassa 1 (g/L) Biomassa 2 (g/L) Biomassa 3 (g/L) Média (g/L) DP (g/L) CV (%) 0 0,89 0,9 0,93 0,91 0,02 2,30 4 1,2 1,15 1,18 1,18 0,03 2,14 8 1,64 1,56 1,72 1,64 0,08 4,88 12 2,47 2,53 2,44 2,48 0,05 1,85 16 3,54 3,47 3,55 3,52 0,04 1,24 20 4,45 4,21 4,43 4,36 0,13 3,05 24 5,51 5,67 5,47 5,55 0,11 1,91 EXATIDÃO A exatidão indica a proximidade da medida do valor verdadeiro, ou aceito, e é expressa pelo erro. Quanto menor for o erro relativo (ER), mais exata é a medida. Erro absoluto Erro relativo Massa 1 (g) Massa 2 (g) Erro Relativo (%) 40,97 41,0651 0,23 41,07 41,1712 0,25 40,63 40,7213 0,22 40,71 40,8081 0,24 40,84 40,9452 0,26 Massa 1 – massa de uma rolha de borracha medida numa balança semi analítica (duas casas decimais). Massa 2 – massa da mesma rolha de borracha medida numa balança analítica (quatro casas decimais). A exatidão mede a concordância entre um resultado e o valor aceito e a precisão descreve a concordância entre os vários resultados obtidos da mesma forma. RESUMINDO... COMO CONSTRUIR UM GRÁFICO - O eixo vertical é chamado de eixo das abscissas e o horizontal de eixo das coordenadas; - a variável dependente deve ser colocada no eixo vertical e a variável independente no eixo horizontal; - as escalas são independentes e devem ser construídas independentemente; - as escalas devem crescer da esquerda para a direita, e de baixo para cima; - antes de iniciar a construção de um gráfico deve-se verificar a escala a ser usada levando em consideração os valores extremos, ou seja, o maior e o menor valor assumido por ambas as variáveis do gráfico; - o teste final para saber se as escalas estão boas é feito verificando-se se é fácil de ler as coordenadas de qualquer ponto nas escalas; - é necessário inserir os títulos dos eixos com a respectiva unidade, caso se aplique; - é preciso inserir uma legenda, caso existam mais de uma série; - para inserir o desvio padrão no gráfico, deve-se usar a opção “personalizado” na barra de erros. 0 2 4 6 0 4 8 12 16 20 24 B io m a s s a ( g / L ) Tempo (h) Gráfico do crescimento microbiano contendo os desvios padrão de cada medida (barras). Ficha soluções 1.jpg Normas_Relatório.pdf Normas para o relatório O relatório de atividades deve em primeiro lugar, retratar o que foi realmente realizado no experimento, sendo de fundamental importância a apresentação de um documento bem ordenado e de fácil manuseio. Além disso, deve ser o mais sucinto possível e descrever as atividades experimentais realizadas, a base teórica dessas atividades, os resultados obtidos e sua discussão, além da citação da bibliografia consultada. O relatório deve ser redigido de uma forma clara, precisa e lógica. Redija sempre de forma impessoal, utilizando-se a voz passiva no tempo passado. Ex. a massa das amostras sólidas foi determinada utilizando-se uma balança. Devem ser evitadas expressões informais ou termos que não sejam estritamente técnicos (Não utilize em hipótese alguma adjetivo possessivo, como por exemplo, minha reação, meu banho, meu qualquer coisa). Uma atenção especial deve ser dada aos termos técnicos, resultados, fórmulas e expressões matemáticas. As ilustrações (tabelas, fórmulas, gráficos) deverão vir na sequencia mais adequada ao entendimento do texto. Tabela: deve conter pelo menos um título (que deve ficar acima da tabela), um cabeçalho e um corpo: Título- deve conter breve descrição do que contém a tabela e as condições nas quais os dados foram obtidos; Cabeçalho- parte superior da tabela contendo as informações sobre o conteúdo de cada coluna; Corpo – parte inferior ao cabeçalho contendo o conteúdo da tabela. Tópicos do relatório: Introdução; Experimental; Resultados e Discussão; Conclusões; Bibliografia. Introdução Apresentar os pontos básicos do estudo ou atividades desenvolvidas, especificando as principais aquisições teórico- metodológicas, referentes às técnicas empregadas. Neste ítem é dado um embasamento teórico do experimento descrito, para situar o leitor naquilo que se pretendeu estudar no experimento. A literatura é consultada, apresentando-se uma revisão do assunto. As citações bibliográficas podem ser feitas por números entre parênteses e listadas no final do relatório. Experimental Descrição detalhada do experimento realizado, dos métodos analíticos e técnicas empregadas, bem como descrição dos instrumentos utilizados. Não é um receituário. Este item precisa conter elementos suficientes para que qualquer pessoa possa ler e reproduzir o experimento no laboratório. Utilizam-se desenhos e diagramas para esclarecer sobre a montagem de aparelhagem. Não deve incluir discussão de resultados. Resultados e Discussão Esta é a parte principal do relatório, onde serão mostrados todos os resultados obtidos, que podem ser numéricos ou não. Deverá ser feita uma análise dos resultados obtidos, com as observações e comentários pertinentes. Em um relatório desse tipo espera-se que o aluno discuta os resultados em termos dos fundamentos estabelecidos na introdução, mas também que os resultados inesperados e observações sejam relatados, procurando uma justificativa plausível para o fato. Em textos científicos utilizam-se tabelas, gráficos e figuras como suporte para melhor esclarecer o leitor do que se pretende dizer. Conclusões Neste item deverá ser feita uma avaliação global do experimento realizado, são apresentados os fatos extraídos do experimento, comentando-se sobre as adaptações ou não, apontando-se possíveis explicações e fontes de erro experimental. Não é uma síntese do que foi feito (isso já está no sumário) e também não é a repetição da discussão. Bibliografia Seguir a forma da apostila e chamar no texto como: EX: (GOUVEIA et al., ano) ou (GOUVEIA & SANTOS, ano) ou ainda ... Segundo Gouveia et al. (ano) ou Gouveia & Santos (ano). Química Experimental_Final.pdf UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO Química Experimental Bacharelado em Ciências Biológicas Ester Ribeiro Gouveia Apostila utilizada na disciplina de Química Experimental (AT 278), do Curso de Bacharelado em Ciências Biológicas. SUMÁRIO 1. Apresentação da disciplina 03 2. Procedimento de trabalho no laboratório 03 3. Principais materiais e equipamentos de laboratório 05 4. Precisão e exatidão 08 5. Algarismos significativos 10 6. Como construir um gráfico 12 7. Medidas de volumes 13 8. Soluções 15 9. Volumetria 18 10. Medidas de massas 20 11. Técnicas de filtração 24 12. Espectroscopia no UV/VIS 26 13. Tampões 31 14. Bibliografia 34 3 1. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA A carga horária semanal desta disciplina é de duas horas, estando a mesma baseada principalmente em atividades práticas. O número máximo de faltas é igual a sete, e isso implica que cada aluno só poderá faltar até três dias durante o semestre. Nas aulas práticas, de acordo com o cronograma distribuído no início de cada semestre, os experimentos serão realizados conforme procedimento entregue em cada aula. O uso de caderno de laboratório, calculadora científica, jaleco, calças compridas e sapatos fechados são obrigatórios em todas as aulas. Durante o semestre, serão realizadas duas avaliações compostas de uma prova escrita (0 a 7 pontos) e um relatório (0 a 3). O relatório será em grupo, cujo número máximo de alunos será definido pela professora. 2. PROCEDIMENTO DE TRABALHO NO LABORATÓRIO 2.1 Regras básicas O trabalho num laboratório químico só é efetivo quando realizado conscientemente e com compreensão da sua teoria. Além disso, toda atividade experimental requer que o experimentador SEJA CUIDADOSO E ESTEJA ATENTO. Mesmo um experimento aparentemente inofensivo, pode resultar em consequências sérias quando planejado de maneira imprópria. Todo grupo terá um LUGAR NO LABORATÓRIO (BANCADA), QUE DEVERÁ SER MANTIDO LIMPO E ARRUMADO. Somente os materiais necessários ao experimento deverão permanecer sobre a bancada. O estudante, antes de iniciar o trabalho de laboratório deve: Conhecer todos os detalhes do experimento que irá realizar Ter conhecimento sobre as propriedades das substâncias a serem utilizadas Familiarizar-se com a teoria relativa ao tópico em estudo Ter um protocolo experimental escrito envolvendo todas as atividades a serem realizadas. Vestir jaleco e óculos de segurança sempre que trabalhar no laboratório (itens de uso pessoal que devem ser providenciados pelo aluno). 2.2 Regras de Segurança Realize todo o trabalho com substâncias voláteis na capela. Trabalhe longe de chamas quando manusear substâncias inflamáveis. Use os óculos protetores de olhos, sempre que necessário. Use sempre jaleco com mangas compridas. Não fume, não coma ou beba no laboratório. Evite trabalhar sozinho, e fora das horas de trabalho convencionais. Não jogue material insolúvel nas pias. Use um frasco de resíduo apropriado. 4 Não trabalhe com material imperfeito, principalmente o de vidro que contenha pontas ou arestas cortantes. Feche com cuidado as torneiras de gás, evitando o seu escapamento. Não prove ou ingira drogas ou reagentes de laboratório. Não aspire gases ou vapores. Comunique imediatamente a professora qualquer acidente ocorrido. 2.3 Manuseio de Produtos Químicos Nunca manusear produtos sem estar usando o equipamento de segurança adequado para cada caso. Usar sempre material adequado. Não faça improvisações. Comunicar qualquer acidente ou irregularidade ao professor. Não pipetar, principalmente, líquidos cáusticos ou venenosos com a boca. Use os aparelhos apropriados. Não transportar produtos químicos de maneira insegura, principalmente em recipientes de vidro e entre aglomerações de pessoas. Ler o rótulo antes de abrir a embalagem. Verificar se a substância é realmente aquela desejada. Abrir as embalagens em área bem ventilada. Tomar cuidado durante a manipulação e uso de substâncias químicas perigosas, utilizando métodos que reduzam o risco de inalação, ingestão e contato com pele, olhos e roupas. Fechar hermeticamente a embalagem após a utilização. Evitar a utilização de aparelhos e instrumentos contaminados. Não comer, beber ou fumar enquanto estiver manuseando substâncias químicas. Lavar as mãos e as áreas expostas regularmente. 5 3. PRINCIPAIS MATERIAIS E EQUIPAMENTOS DE LABORATÓRIO Fig. 1: Béquer – aquecimento de líquidos, dissolução de sólidos, etc. Fig. 2: Erlenmeyer – aquecimento de líquidos, titulação, cultivos de microrganismos, etc. Fig. 3: Proveta – medidas aproximadas de volumes fixos de líquidos. Fig. 4: Funil comum – transferência de líquidos e filtração por gravidade. Fig. 5: Pipeta graduada – medir volumes variáveis de líquidos. Fig. 6: Pipetas volumétricas – medir volumes fixos de líquidos. Fig. 7 :Tubo de ensaio – reações químicas e bioquímicas, cultivos de microrganismos. Fig. 8: Tela de amianto – distribuir uniformemente o calor em aquecimentos. Fig. 9: Cadinho de porcelana – aquecimento à seco (calcinações) no bico de Bunsen e mufla. 6 Fig. 10: Bico de Bunsen – aquecimentos em laboratório. Fig. 11: Estante para tubos de ensaio – suporte para tubos de ensaio. Fig. 12: Tripé de ferro – sustentar a tela de amianto. Fig. 13: Funil de decantação – separação de líquidos imiscíveis Fig. 14: Placa de Petri – fins diversos Fig. 15: Pisseta – frasco lavador Fig. 16: Dessecador – esfriar substâncias em ausência de umidade. Fig. 17: Balão volumétrico – preparar e diluir soluções Fig. 18: Anel para funil – sustentação Fig. 19: Garra metálica – sustentação Fig. 20: Suporte universal - Fig. 21: Bureta – análises volumétricas 7 Figura 22. Bomba a vácuo - Utilizado para aplicação de vácuo e ar comprimido. Para vácuo, tem utilização em evaporadores rotativos, estufas a vácuo, dessecadores e filtrações etc Figura 23. Centrífuga - Acelera a sedimentação (decantação) de sólidos em suspensão em líquidos. Figura 24. Estufa bacteriológica - Equipamento utilizado para incubação de meios de cultura inoculados e monitoramento de crescimento microbiano. Figura 25. Estufa de secagem e esterilização - Utilizada para secagem e esterilização de material e vidrarias em geral. Figura 26. Destilador de Água - Utilizado no processo de purificação da água. Figura 27. Incubadora refrigerada com agitação orbital - Utilizada para incubação de amostras que necessitem de agitação orbital e temperatura controlada; como meios de cultura para crescimento de microrganismos. 8 4. PRECISÃO E EXATIDÃO Precisão A precisão descreve a reprodutibilidade das medidas, isto é, a proximidade entre os resultados que foram obtidos exatamente da mesma forma. Geralmente, a precisão de uma medida é prontamente determinada simplesmente pela repetição da medida em réplicas da amostra. Três termos são amplamente empregados para descrever a precisão de um conjunto de dados de réplicas: desvio padrão, variância e coeficiente de variação. Estes três termos são uma função de quanto um resultado individual xi difere da média, o que é denominado desvio em relação à média, di. Observe que os desvios em relação à média são calculados desconsiderando-se o sinal. Valores muito próximos entre si indicam uma precisão em suas medidas. Para medir a precisão pode-se utilizar o cálculo do desvio padrão: Onde: s: desvio padrão da amostra x1: primeiro valor medido x2: segundo valor medido xn: último valor medido : valor médio N: número de valores medidos N -1: graus de liberdade. O número de graus de liberdade indica o número de resultados independentes que fazem parte do cálculo do desvio padrão. Um desvio padrão pode ser considerado grande ou pequeno dependendo da ordem de grandeza da variável. Uma maneira de se expressar a variabilidade dos dados sem a influência da ordem de grandeza da variável é através do coeficiente de variação (CV), definido por: e também conhecido como desvio padrão relativo em termos percentuais (DPR%). O CV é: Interpretado como a variabilidade dos dados em relação à média. Quanto menor o CV mais homogêneo é o conjunto de dados. Adimensional, isto é, um número puro, que será positivo se a média for positiva; será zero quando não houver variabilidade entre os dados, ou seja, o desvio padrão é zero. Usualmente expresso em porcentagem, indicando o percentual que o desvio padrão é menor ou maior do que a média. Um CV é considerado baixo (indicando um conjunto de dados razoavelmente homogêneo) quando for menor ou igual a 25%. Entretanto, esse padrão varia de acordo com a aplicação. 9 Exatidão A exatidão indica a proximidade da medida do valor verdadeiro, ou aceito, e é expressa pelo erro. A exatidão mede a concordância entre um resultado e o valor aceito e a precisão descreve a concordância entre os vários resultados obtidos da mesma forma. A precisão pode ser determinada medindo as réplicas da amostra. A exatidão é com freqüência mais difícil de ser determinada porque o valor verdadeiro é geralmente desconhecido. A exatidão é expressa em termos do erro absoluto ou erro relativo. O erro absoluto E, na medida de uma quantidade x, é dado pela equação: Onde xv é o valor verdadeiro, ou aceito, da quantidade. Observe que se mantém o sinal no erro absoluto. O sinal negativo indica que o resultado experimental é menor que o valor aceito, enquanto que o sinal positivo indica que o resultado experimental é maior que o valor aceito. Em geral, o erro relativo é uma quantidade mais útil que o erro absoluto. O erro relativo percentual é dado pela expressão: Quanto menor for o erro relativo (ER), mais exata é a medida. 10 5. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Veja o que diz a referência 2, no final desta apostila, sobre algarismos significativos. 11 12 6. COMO CONSTRUIR UM GRÁFICO Para que gráficos sejam construídos de forma objetiva e clara é necessário respeitar algumas regras simples: - O eixo vertical é chamado de eixo das abscissas e o horizontal de eixo das coordenadas; - a variável dependente deve ser colocada no eixo vertical e a variável independente no eixo horizontal; - as escalas são independentes e devem ser construídas independentemente; - as escalas devem crescer da esquerda para a direita, e de baixo para cima; - antes de iniciar a construção de um gráfico deve-se verificar a escala a ser usada levando em consideração os valores extremos, ou seja, o maior e o menor valor assumido por ambas as variáveis do gráfico; - o teste final para saber se as escalas estão boas é feito verificando-se se é fácil de ler as coordenadas de qualquer ponto nas escalas; - é necessário inserir os títulos dos eixos com a respectiva unidade, caso se aplique; - é preciso inserir uma legenda, caso existam mais de uma série; - para inserir o desvio padrão no gráfico, deve-se usar a opção “personalizado” na barra de erros. 13 7. MEDIDAS DE VOLUMES As medidas de volume aproximadas são efetuadas geralmente com provetas graduadas, béqueres com escala, enquanto que as medidas volumétricas exatas, com aparelhos volumétricos (pipetas, balões volumétricos e buretas). A prática de análise volumétrica requer a medida de volumes líquidos com elevada precisão. Para efetuar tais medidas são empregados vários tipos de aparelhos, que podem ser classificados em duas categorias: a) Aparelhos calibrados para dar escoamento a determinados volumes (pipetas e buretas); b) Aparelhos calibrados para conter um volume líquido (balões volumétricos). OBS: a leitura de volumes de líquidos claros deve ser feita pela parte inferior e a de líquidos escuros pela parte superior. a) Balões volumétricos: Os balões volumétricos são balões de fundo chato e gargalo comprido, calibrados para conter determinados volumes de líquidos. O traço de referência marcando o volume pelo qual o balão volumétrico foi calibrado é gravado sobre a meia-altura do gargalo. A distância entre o traço de referência e a boca do gargalo deve ser relativamente grande para permitir a fácil agitação do líquido, quando, depois de completado o volume até a marca, se tem de homogeneizar uma solução. Assim, o ajustamento do menisco ao traço de referência poderá ser feito com maior exatidão. O traço de referência é gravado sob a forma de uma linha circular, de sorte que, por ocasião da observação, o plano tangente à superfície inferior do menisco tem que coincidir com o plano do círculo de referência. Os balões volumétricos são construídos para conter volumes diversos, os quais são os de 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 e 2000 mL. Estes materiais são usados na preparação de solução de concentração conhecida. b) Pipetas Existem duas espécies de pipetas, volumétricas ou de transferência (para dar escoamento a um determinado volume líquido) e graduadas ou cilíndricas (para livrar volumes variáveis de líquidos). As pipetas volumétricas são construídas por um tubo de vidro com um bulbo na parte central. O traço de referência é gravado na parte do tubo acima do bulbo. A extremidade inferior é afilada e o orifício deve ser ajustado de modo que o escoamento não se processe rápido demais. As pipetas volumétricas são construídas com as capacidades de 1, 2, 5, 10, 15, 20, 50, 100 e 200 mL. As pipetas graduadas consistem de um tubo de vidro estreito e, geralmente graduadas em 0,1 mL. São usadas para medir pequenos volumes líquidos com elevada exatidão. Para se encher uma pipeta, coloca-se a ponta no líquido e faz-se sucção com um instrumento apropriado. Deve-se ter o cuidado de manter a ponta da pipeta sempre abaixo do nível do líquido. Para se escoar os líquidos, deve-se colocar a pipeta na posição vertical, com a ponta encostada na parede do recipiente que vai receber o líquido e aperta-se na indicação da pêra até que o líquido escoe totalmente. Não se deve soprar uma pipeta. c) Buretas As buretas servem para dar escoamento a volumes variáveis de líquidos. São construídas de tubo de vidro uniformemente calibrados, graduados em 0,1 mL. São providas de dispositivos permitindo o fácil controle de escoamento. O dispositivo consiste de uma torneira de vidro entre o tubo graduado e a ponta afilada da bureta ou de uma pinça apertando o tubo de borracha ligado, de um lado, ao tubo 14 graduado e, de outro, a um tubo de vidro afilado que funciona como ponta de bureta. As buretas podem ser dispostas em suportes universais. As buretas mais utilizadas são as de 50 mL. As que têm torneira de vidro são preferidas às de pinça. Estas últimas não podem ser usadas no caso de soluções capazes de atacar a borracha, como as soluções de permanganato de potássio e iodo. Para o uso com soluções que possam sofrer o efeito da luz, são recomendadas buretas de vidro castanho (âmbar). A ponta da bureta deve ser estreita, para que possa sair somente aproximadamente 50 mL por minuto, estando a torneira totalmente aberta. As buretas são usadas na análise volumétrica, de acordo com as seguintes recomendações: 1. A bureta limpa e vazia é fixada a um suporte na posição vertical; 2. Antes de usar o reagente, deve-se agitar o frasco que o contém, pois não é raro haver na parte superior do mesmo, gotas de água condensada; 3. A bureta é lavada duas vezes com porções de 5 mL do reagente em questão, que são adicionados por meio de um funil; cada porção é deixada escoar completamente antes da adição da seguinte; 4. Enche-se então, a bureta até um pouco acima do zero da escala e remove-se o funil; 5. Abre-se a torneira ou afrouxa-se a pinça para encher a ponta e expulsar todo o ar e, deixa-se escoar o líquido, até que a parte inferior do menisco coincida exatamente com a divisão zero. Procedimento Experimental Medir ___ mL de água num (a) _________ de ___ mL e transferir para um balão volumétrico de ___ mL. Calcule o erro relativo da respectiva vidraria, considerando o valor aceito como o do balão volumétrico; Repetir este procedimento mais duas vezes; Calcular a precisão de um conjunto de ___ medidas do volume da vidraria utilizada neste experimento. 15 8. SOLUÇÕES A matéria pode ser dividida em duas classes: substâncias puras e misturas. - Elementos: é uma substância (por exemplo, carbono, hidrogênio e ferro) que consiste em átomos idênticos. - Composto: é uma substância pura formada por dois ou mais elementos em proporções fixas em massa. Por exemplo, a água é um composto formado de hidrogênio e oxigênio, na proporção de 2:1, enquanto que, o sal de cozinha é formado de sódio e cloro, na proporção de 1:1. - Misturas: é uma combinação de duas ou mais substâncias puras. Uma importante diferença entre mistura e composto é que as proporções em massa dos elementos de um composto são fixas, enquanto, na mistura, as substâncias puras podem estar presentes em qualquer proporção em massa. Por exemplo, sangue, manteiga, gasolina, sabão, o metal de um anel, o ar e a terra são misturas de substâncias puras. - Mistura homogênea e heterogênea: se uma mistura for totalmente uniforme no nível molecular, ela será denominada mistura homogênea ou, o que é mais usual, solução. Ar filtrado e água do mar, por exemplo, são ambas as soluções transparentes. Entretanto, na maioria das rochas, podem-se ver regiões distintas separadas uma das outras por limites bem definidos. Essas rochas são misturas heterogêneas. Outro exemplo é a mistura de areia e açúcar. Também é possível distinguir entre os dois componentes; a mistura não ocorre no nível molecular. Assim, misturas são classificadas com base em sua aparência a olho nu. - Soluções: quando se pensa em solução, normalmente se pensa em um líquido. As soluções líquidas, como o açúcar e a água, é o tipo mais comum, mas há também soluções de gases ou sólidos (Tabela 1). De fato, todas as misturas de gases são soluções. Como as moléculas de gás estão bem separadas uma das outras, e há muito espaço vazio entre elas, dois ou mais gases podem se misturar em quaisquer proporções. Como a mistura ocorre em nível molecular, sempre forma uma solução, isto é, não há misturas heterogêneas de gases. Com sólidos ocorre o oposto. Ao serem misturados sólidos, quase sempre se obtém uma mistura heterogênea. Como pedaços Matéria – qualquer coisa que ocupa espaço e tem massa. Misturas – uma combinação de duas ou mais substâncias puras. Substância pura – composição fixa; não podem ser purificadas. Fisicamente separáveis em Elementos não podem ser subdivididos por meio químico ou físico. Compostos elementos unidos em proporções fixas. Mistura homogênea composição totalmente uniforme. Mistura heterogênea composição não uniforme. 16 microscópicos de sólidos ainda contêm bilhões de partículas (moléculas, íons ou átomos), não há como obter mistura em nível molecular. Misturas homogêneas de sólidos (ou ligas), tais como o latão, não existem, mas são feitas pela fusão dos sólidos, misturando os componentes fundidos e permitindo que a mistura solidifique. Tabela 1. Os tipos mais comuns de soluções. Soluto Solvente Aparência da solução Exemplo Gás Em Líquido Líquido Água carbonada Líquido Em Líquido Líquido Vinho Sólido Em Líquido Líquido Água salgada Gás Em Gás Gás Ar Sólido Em Sólido Sólido Ouro (14quilates) Quando uma solução consiste em um sólido ou gás dissolvido em um líquido, o líquido é chamado solvente e o sólido ou gás é chamado de soluto. Um solvente pode ter vários solutos nele dissolvidos, até de diferentes tipos. Um exemplo comum é a água mineral, em que gases (dióxido de carbono e oxigênio) e sólidos (sais) são dissolvidos no solvente, a água. Quando um líquido é dissolvido em outro, pode surgir uma dúvida sobre qual é o solvente e qual é o soluto. Aquele que aparece em maior quantidade geralmente é chamado solvente. - Características das soluções 1. A distribuição das partículas em uma solução é uniforme: cada parte da solução tem exatamente a mesma composição e as mesmas propriedades de todas as outras partes. Essa é, de fato, a definição de homogêneo. 2. Os componentes de uma solução não se separam em repouso: uma solução de vinagre, por exemplo, nunca se separa. 3. Uma solução não pode ser separada em seus componentes por filtração: tanto o solvente como o soluto atravessa o papel de filtro. 4. Dados qualquer soluto e solvente, é possível preparar soluções com muitas composições diferentes: podemos facilmente preparar uma solução de1 g de glicose em 100 g de água, ou 2 g, ou 6 g, ou qualquer outra quantidade de glicose até o limite da solubilidade. 5. As soluções são quase sempre transparentes: podem ser incolores ou coloridas, mas geralmente podemos ver através delas. Soluções sólidas são exceções. 6. Soluções podem ser separadas em componentes puros: métodos comuns de separação incluem destilação e cromatografia. - Solubilidade: a solubilidade de um sólido em um líquido é a quantidade máxima de sólido que se dissolverá em uma dada quantidade de determinado solvente, a certa temperatura. Cada sólido tem uma solubilidade diferente em cada líquido. O mesmo acontece com gases dissolvidos em líquidos. Alguns líquidos são praticamente insolúveis em outros líquidos (gasolina em água), ao passo que são solúveis até certo limite (éter dietílico em água). - Solução saturada, insaturada e supersaturada: quando um solvente contem todo o soluto que ele pode manter em uma determinada temperatura, a solução é dita saturada. Qualquer solução que contenha uma quantidade menor do soluto é insaturada. Se forem adicionados mais soluto a uma solução saturada, a uma temperatura constante, aparentemente nenhum sólido adicional vai se 17 dissolver, pois a solução já contem todo o soluto que pode conter. Por outro lado, uma solução supersaturada contém mais soluto no solvente do que normalmente pode conter em uma dada temperatura sob condições de equilíbrio. Uma solução supersaturada não é estável; quando de algum modo perturbada, seja por vibração quando é sacudida ou por agitação, o excesso de soluto precipita e, assim, a solução retorna ao equilíbrio e torna-se apenas saturada. - Unidades de concentração: a quantidade de um soluto dissolvido em uma dada quantidade de solvente, isto é, a concentração da solução, pode ser expressa de várias maneiras. Concentração comum – é a relação entre a massa do soluto (grama - g) e o volume da solução (litros - L). ___________________________________________________________ Densidade – é a relação entre a massa da solução e o volume da solução, geralmente em mL ou cm 3 . ___________________________________________________________ Concentração molar ou molaridade – é a relação entre o número de moles do soluto e o volume da solução (litros). ___________________________________________________________ Como o número de moles é a relação entre a massa e o mol de um composto, temos: ___________________________________________________________ Uma solução 1 molar é aquela que apresenta 1 mol de soluto em 1 litro de solução. Procedimento Experimental A partir dos dados de densidade, percentagem em massa e massa molar do ácido sulfúrico (H2SO4), determinar a concentração em grama por litro e em molaridade; Preparar 100 mL de uma solução de H2SO4, utilizando o volume discriminado no quadro para a sua bancada. Qual o valor da concentração em molaridade? 18 9. VOLUMETRIA Para determinar a concentração de um ácido ou de uma base, um método chamado titulação é utilizado. A titulação utiliza o fato de que ácidos são neutralizados por bases para formar sal + água. Quando se adicionam números iguais de equivalentes-grama de base e de ácido, a solução mudará de cor em função da presença de um indicador ácido-base. Esta mudança de cor indica o ponto final da titulação e é chamado de ponto de viragem ou ponto de equivalência e o número de íons H + é igual ao nº de íons OH - . O ponto quando a base neutraliza completamente um ácido (ou vice versa) pode ser detectado com um indicador, que muda de cor com um excesso de íons H + ou OH - . Material Suporte universal Papel de filtro qualitativo Garra metálica com mufa para bureta Bico de Bunsen Tripé de ferro Funil comum Tela de amianto Pipeta graduada de 10 mL Espátula Bureta de 50 mL Erlenmeyer de 250 mL Biftalato de potássio Solução de NaOH 0,1 M Carbonato de sódio Fenolftaleína HCl 0,1 M Solução de metilorante Procedimento Experimental – Solução de NaOH Lavar a bureta duas vezes com 5 mL de NaOH 0,1 M que é adicionado por meio de um funil. Deixar escoar livremente cada porção antes da adição da seguinte; Colocar o NaOH na bureta até um pouco acima do zero da escala; Abrir e fechar a torneira rapidamente para evitar a formação de bolhas de ar e para encher a ponta da bureta; Pesam-se 0,2 g de biftalato de potássio em erlenmayer de 250 mL, colocam-se 10 mL de água destilada e três gotas de fenoftaleína; Colocar o erlenmeyer sob a bureta e um papel de filtro sob o erlenmeyer para verificar o ponto de viragem com mais facilidade; Segurar a torneira da bureta com a mão esquerda e o gargalo do erlenmeyer com a mão direita; Usando a mão esquerda, abrir cuidadosamente a torneira da bureta e gotejar a solução de NaOH na solução de biftalato de potássio, com agitação branda; Após a viragem do indicador de incolor para coloração rósea anota-se o volume de NaOH gasto. O cálculo do fator de correção é feito conforme a equação: LV*N*E m F NaOHtBIF BIF NaOH Onde: FNaOH – fator de correção da solução de NaOH = Nr/Nt (Nr – normalidade real; Nt – normalidade teórica = 0,1M), sendo Nr = mBIF EBIFVNaOH Quanto mais próximo da unidade, melhor será o fator de correção; mBIF – massa de biftalato de potássio; EBIF- Equivalente grama de biftalato de potássio; Nt – normalidade da solução de NaOH a ser padronizada; VNaOH – volume da solução de NaOH gasto na titulação. 19 Procedimento Experimental – Solução de HCl Lavar a bureta duas vezes com HCl 0,1 M que é adicionado por meio de um funil. Deixar escoar livremente cada porção antes da adição da seguinte; Colocar o HCl na bureta até um pouco acima do zero da escala; Abrir e fechar a torneira rapidamente para evitar a formação de bolhas de ar e para encher a ponta da bureta; Colocar num erlenmeyer de 250 mL, 0,2 g de carbonato de sódio. Dissolvê-lo com 100 mL de água destilda; Adicionar 2 gotas de solução de metilorange; Colocar o Erlenmeyer sob a bureta e um papel de filtro sob o Erlenmeyer, para verificar o ponto de viragem com mais facilidade; Usando a mão esquerda, abrir cuidadosamente a torneira da bureta e gotejar a solução de HCL na solução de carbonato de sódio, com agitação branda; Continuar gotejando até que a solução passe da coloração amarela para alaranjado; Anotar o volume gasto de HCl; O cálculo do fator de correção é feito conforme a equação: LV*N*E m F HCltCSodio CSodio HCl Onde: FHCl – fator de correção da solução de HCl = Nr/Nt (Nr – normalidade real; Nt – normalidade teórica = 0,1M), sendo LV*N*E m F HCltCSodio CSodio HCl Quanto mais próximo da unidade, melhor será o fator de correção; mCSodio – massa de carbonato de sódio; ECSodio - Equivalente grama de carbonato de sódio; Nt – normalidade da solução de HCl a ser padronizada; VHCl – volume da solução de HCl gasto na titulação. 20 10. MEDIDAS DE MASSAS Na maioria das análises, uma balança analítica precisa ser utilizada para se obter massas altamente exatas. As balanças de laboratório menos exatas também são empregadas para as medidas de massa quando a demanda por confiabilidade não for crítica. 9.1 Tipos de balanças analíticas Por definição, uma balança analítica é um instrumento usado na determinação de massas com uma capacidade máxima que varia de 1 g até alguns quilogramas, com uma precisão de pelo menos 1 parte em 10 5 em sua capacidade máxima. A precisão e a exatidão de muitas balanças analíticas modernas excedem a 1 parte em 10 6 em sua capacidade total. As balanças analíticas mais comumente encontradas (macrobalanças) têm uma capacidade máxima que varia entre 160 e 200 g. Com essas balanças, as medidas podem ser feitas com um desvio- padrão de ± 0,1 mg. As balanças semi-microanalíticas têm uma carga máxima de 10 a 30 g com uma precisão de ± 0,01 mg. Uma balança microanalítica típica tem capacidade de 1 a 3 g e uma precisão de ± 0,001 mg. 10.2 Precauções no uso de uma balança analítica A balança analítica é um instrumento delicado que você precisa manusear com cuidado. Observe as seguintes instruções gerais no trabalho com uma balança analítica, não obstante a marca ou modelo: a) Verificar se a balança está nivelada observando através de um nível em forma de bolha. Para nivelar a balança giram-se os pés localizados na parte frontal da mesma (depende da balança); b) Centralize tanto quanto possível a carga no prato da balança; c) Não se deve pesar material cujo peso seja mais ou menos próximo da capacidade da balança; d) Proteja a balança contra a corrosão. Os objetos a serem colocados sobre o prato devem ser limitados a metais inertes, plásticos inertes e materiais vítreos; e) Consulte o professor se julgar que a balança precisa de ajustes; f) Mantenha a balança e seu gabinete meticulosamente limpos; g) Se durante a operação partículas cair no prato, retirá-las imediatamente; h) Sempre deixe que um objeto que tenha sido aquecido retorne à temperatura ambiente antes de pesá-lo; i) Utilize uma pinça para prevenir a absorção da umidade de seus dedos por objetos secos; j) A balança eletrônica quando não está em uso deverá estar desligada. OBS: A tara é a massa de um frasco de amostra vazio. Tarar é o processo de ajuste da balança para apresentar leitura zero na presença da tara. 10.3 Dispositivo associado à pesagem - dessecadores A secagem em estufa é a maneira mais comum de se remover umidade de sólidos. Essa abordagem não é apropriada para substâncias que se decompõem ou para aquelas nas quais a água não é removida na temperatura da estufa. Para minimizar a absorção de umidade, os materiais secos são armazenados em dessecadores, enquanto se resfriam. Um dessecador é um dispositivo para a secagem de substâncias ou objetos. A 21 Figura 28 apresenta um dessecador típico. A base contém um agente químico de secagem, como o cloreto de cálcio anidro, o sulfato de cálcio anidro. As superfícies de vidro esmerilhado são finamente recobertas com graxa. Quando se remove ou se recoloca a tampa de um dessecador, faz-se uso de um movimento de deslizamento para minimizar a perturbação da amostra. Uma vedação é alcançada por uma pequena rotação e pressão sobre a tampa já posicionada. Figura 28. Componentes de um dessecador típico. OBS: a secagem até massa constante é um processo no qual um sólido sofre um ciclo envolvendo etapas de aquecimento, resfriamento e pesagem até que seu peso torne-se constante na faixa de 0,2 a 0,3 mg. Procedimento Experimental Pese dois g de papel (de escritório ou de jornal) picado com o auxílio de um furador de papel e adicione 50 mL de H2SO4; Leve para uma autoclave por 30 minutos e reserve o material para a próxima aula; Pese uma folha de papel de filtro e reserve para a próxima aula. Tampa Superfícies de vidro esmerilhadas Dessecante Prato do dessecador Base 22 Hidrólise do papel: a hidrólise do papel por ácido sulfúrico trata-se de reações de polissacarídeos. O principal mecanismo molecular de hidrólise ácida é apresentado na Figura 29 (Fengel & Wegener, 1983) e ocorre em três passos. Inicialmente o próton do ácido interage com o oxigênio da ligação glicosídica entre duas unidades de açúcar (I), formando um ácido conjugado (II). Este passo é seguido por uma quebra lenta da ligação C-O resultando num cátion cíclico (III). Pela adição de uma molécula de água é finalmente liberado um produto estável. Figura 29. Mecanismo da hidrólise ácida de ligações glicosídicas (Fengel & Wegener, 1983). OBS: o ácido sulfúrico é um dos produtos químicos mais utilizados na indústria; por isso costuma-se dizer que o consumo deste ácido mede o desenvolvimento industrial de um país. O ácido sulfúrico puro é um líquido incolor, oleoso, denso (d = 1,84 g/mL), corrosivo e extremamente solúvel em água (para diluí-lo, deve-se despejá-lo lentamente em água, e nunca o contrário, pois, devido ao calor liberado, quando se despeja água sobre este ácido, ela vaporiza rapidamente e pode se projetar contra as mãos ou rosto do operador). Autoclave: é um dispositivo de aquecimento selado (Figura 30), que permite a entrada de vapor sob pressão. A autoclave utiliza vapor a uma pressão de 1,1 Kg/cm 3 , que gera uma temperatura de 121ºC. http://www.prismatec.com.br/imagem/autoclave/manual_vertical.pdf 23 Figura 30. Autoclave vertical, marca Prismatec http://www.prismatec.com.br/imagem/autoclave/manual_vertical.pdf 24 11. TÉCNICAS DE FILTRAÇÃO Filtração é a operação de separação de um sólido, de um fluido no qual está suspenso, pela passagem do líquido ou fluido através de um meio poroso capaz de reter as partículas sólidas. Numa filtração qualitativa e dependendo do caso, o meio poroso poderá ser uma camada de algodão, tecido, polpa de fibras quaisquer, que não contaminem os materiais, mas o caso mais frequente é papel de filtro qualitativo. Para as filtrações quantitativas, usa-se geralmente papel de filtro quantitativo, ou placas de vidro sinterizado. Em qualquer um dos casos há uma grande quantidade de porosidade a ser selecionada, dependendo da aplicação. Os papéis de filtro para fins quantitativos deferem dos qualitativos, principalmente por serem quase livres de cinzas (na calcinação). Estes papéis existem na forma de discos e apresentam várias porosidades: 1. Faixa preta – textura aberta e mole que filtra rapidamente. Usos: precipitados grossos e soluções gelatinosas; 2. Faixa branca – precipitados médios tipo sulfato de bário; 3. Faixa azul – precipitados finos como o sulfato de bário formado à frio; 4. Faixa vermelha – para materiais que tendem a passar para a solução ou suspensões coloidais; 5. Faixa verde – no caso anterior quando se exige dupla folha da faixa vermelha; 6. Fino – filtração de hidróxidos do tipo de alumínio e ferro. A filtração e a transferência do material retido no béquer devem ser feitas conforme as Figuras 31 e 32, respectivamente. Figura 31. Filtração comum. Figura 32. Transferência do precipitado com o auxílio de uma pisseta. A filtração com funil de Buchner deve ser efetuada com sucção com o auxílio de uma bomba de vácuo e kitassato. No fundo do funil, sobre a placa plana perfurada é adaptado o disco de papel de filtro molhado, aderido devido à sucção. A sucção acelera a filtração, especialmente 25 para precipitados gelatinosos. Um esquema de uma filtração com funil de Buchner é apresentada na Figura 33. Figura 33. Esquema de uma filtração com funil de Buchner. A filtração de suspensões microbianas é feita em membrana com 0,2 ou 0,45 m de diâmetro de poro também se utilizando uma bomba de vácuo. A Figura 34 apresenta um esquema de uma filtração com membrana. Figura 34. Esquema de uma filtração com membrana. A equação a seguir é utilizada para a determinação da concentração (em g/L), após filtração de uma suspensão. )( ))(( 12 LV gmm C Onde: m2 – massa de sólidos (em grama) m1 – massa da membrana ou papel de filtro quantitativo (em grama) V – volume filtrado (em litro) Procedimento Experimental Filtre o material hidrolisado no papel de filtro pesado e reserve o filtrado; Coloque o papel contendo o resíduo na estufa para secar até massa constante; Pese o papel e expresse o resultado em concentração comum (g/L). 26 12. ESPECTROSCOPIA NO ULTRAVIOLETA/VISÍVEL Conceitos fundamentais A luz, em todas as suas formas (raios X, luz visível, radiação UV ou infravermelha e ondas de rádio e televisão), é chamada de radiação eletromagnética. Ela viaja através do espaço a uma velocidade constante c, chamada de velocidade da luz igual a 3x10 8 m/s. A forma como a luz caminha é a de onda. As ondas são caracterizadas pela intensidade ou amplitude, pelo comprimento (), que é a distância entre dois picos ou dois vales consecutivos, e, pela frequência (), que é o número de picos que passam por um dado ponto por segundo. c A radiação eletromagnética (luz) na parte visível do espectro (porção do espectro eletromagnético, cuja radiação pode ser captada pelo olho humano), possui comprimento de onda dado em nm, que se estende de 400 até cerca de 700 nm (Figura 35). O espectro visível pode ser subdividido de acordo com a cor, com vermelho nos comprimentos de onda maiores e violeta nos comprimento de onda menores. Figura 35. Espectro visível. A radiação ultravioleta é a radiação eletromagnética com comprimento de onda menor que o da luz visível (190 a 400 nm). O nome significa “além do violeta”, pelo fato que a cor violeta é a cor visível com menor comprimento de onda (Figura 36). Figura 36. Espectro ultravioleta. 27 Princípio A luz da lâmpada passa através de uma célula de fluxo e bate num diodo (componente eletrônico formado por supercondutores, que possibilitam a circulação de corrente), que mede a intensidade da luz, I. Geralmente, a luz da lâmpada é também direcionada para um diodo de referência para a medida da intensidade original da luz, I0. O detector eletrônico então converte o sinal dos dois diodos em absorbância A, que é transmitida ao sistema de dados. A - absorbância I - Intensidade da luz I0 - Intensidade original da luz C - concentração do composto na célula de fluxo – absortividade molar (coeficiente de extinção molar) – mede a intensidade de absorção. Lcf - comprimento da célula de fluxo A absorção da luz é o resultado de uma transição eletrônica. Como as ligações sigma são muito fortes, a energia necessária para uma transição eletrônica é muito grande. Uma vez que a quantidade de energia necessária à transição eletrônica é inversamente proporcional ao comprimento de onda, grupos saturados (que têm apenas ligações sigma) absorvem em comprimentos de onda muito baixos (menores que 140 nm). hE E – Energia h – constante de Planck Logo, c hE Grupo cromóforo – grupo insaturado covalente que apresenta absorção característica na região do ultravioleta (ou do visível). Ex: alcenos, alcinos, anéis aromáticos; ligações duplas C e O, N, S; ligações duplas N e N, O; ligações duplas S e O. Detector UV/Vis fixo e variável Existem detectores UV/visível fixo e variável. Os tipos variáveis usam uma lâmpada de deutério e/ou tungstênio como a fonte de radiação, e podem operar entre 190 e 700 nm. Detector com comprimento de onda fixo normalmente trabalha a 254 nm ou 280 nm, mas outros comprimentos são possíveis. A Figura 37 apresenta um desenho esquemático de um detector de comprimento de onda fixo. A radiação UV a 254 nm, de uma lâmpada de mercúrio de baixa pressão, é transmitida através da cela da amostra. A quantidade de radiação não absorvida atinge a célula fotoelétrica da amostra. Esta radiação da fonte é dirigida também através de um divisor de feixe para a cela de referência e I I A 0log cfLCA 28 ao atravessá-la atinge a célula fotoelétrica de referência. A diferença de corrente destas células fotoelétricas alimenta um amplificador, que gera um sinal de saída, linear com a concentração do soluto, para o registrador. Figura 37. Detector U. V. fixo Espectrofotômetros de comprimento de onda variável UV/VIS, cobrindo a faixa de 190-800 nm, através de monocromador que seleciona o comprimento de onda desejado do feixe de luz emitido pelas lâmpadas de deutério (UV) ou tungstênio (VIS), oferecem várias vantagens sobre os instrumentos de comprimento de onda fixo, tais como: - apresentam alta absorvância para vários componentes devido à escolha de comprimento de onda e, consequentemente, têm maior sensibilidade; - permitem maior seletividade, desde que um determinado comprimento de onda pode ser escolhido onde o soluto de interesse absorve bastante e outros não; - promovem eficiência em eluição por gradiente através da habilidade de selecionar um comprimento de onda onde os componentes da fase móvel não apresentam uma variação de absorvância para diferentes concentrações; - permitem obter o espectro de absorvância de cada componente em separado após parar a vazão da fase móvel. A Figura 38 apresenta um espectrofotômetro de comprimento de onda variável. Neste esquema, a radiação emitida pela lâmpada selecionada (deutério ou tungstênio), passa através de uma primeira fenda e é direcionada para o monocromador, sendo refletida na grade de difração, passando pela segunda fenda saindo do monocromador. O caminho óptico percorrido pelo feixe dentro do monocromador define o limite de resolução do espectrofotômetro. Quanto maior este caminho, maior será a separação dos comprimentos de onda difratados pela grade e melhor será a resolução do instrumento. Se a luz passar através de uma pequena fenda cuja abertura seja aproximadamente igual ao comprimento da onda da luz, a fenda comporta-se como se fosse uma fonte de luz muito pequena, espalhando luz em todas as direções. Este fenômeno é chamado de difração. Um monocromador é composto por um arranjo óptico no qual uma fonte de luz policromática incidente se decompõe em seus diferentes comprimentos de onda, através de uma grade de difração. 29 Figura 38. Detector U.V. variável Detectores por arranjo de diodos A Figura 39 apresenta um esquema de um detector por arranjo de diodo. Vê-se neste esquema duas fontes de radiação, as lâmpadas de deutério e de tungstênio, cujas emissões são focalizadas através de uma lente sobre a amostra. Portanto, todo o espectro de emissão da lâmpada incide sobre a mesma, sendo que a radiação incidente será, em parte, absorvida. Esta radiação que atravessou a amostra (transmitida ou emergente) irá incidir sobre uma lente que focaliza o feixe sobre uma fenda, e desta sobre uma grade de difração. Esta grade irá difratar a radiação, separando os seus diferentes comprimentos de onda, sendo que cada um deles irá incidir sobre um diodo do arranjo. Este diodo, ao ser irradiado, produz uma corrente elétrica cuja magnitude depende da intensidade da emissão. Através de um circuito de calibração adequado, esta corrente será transformada em absorbância nos diferentes comprimentos de onda, resultando no que se convenciona chamar de espectro de absorção. Figura 39. Esquema de um detector por arranjo de diodo Obturador – alternar o caminho óptico do feixe, ou seja, um caminho fará com que o feixe atinja a amostra e outro a referência. 30 Construindo uma curva de calibração A calibração é realizada obtendo-se o sinal de resposta como uma função da concentração conhecida do composto. Uma curva de calibração é preparada colocando-se os dados em forma de gráfico ou ajustando-se por meio de uma equação matemática adequada. A próxima etapa é a da previsão, na qual o sinal de resposta obtido para a amostra é usado para prever a concentração desconhecida, a partir da curva de calibração ou pela equação de melhor ajuste. Então a concentração do composto na amostra original é calculada pela aplicação dos fatores da diluição apropriados decorrentes das etapas de preparação da amostra. A ordenada é o eixo da variável dependente (resposta método), enquanto que a abscissa é a variável independente (concentração do composto). Como é típico e normalmente desejado, o gráfico se aproxima de uma linha reta (Figura 41). Figura 41. Gráfico de uma curva de calibração para a glicose. Procedimento Experimental Proceder com a reação de amostras padrão de glicose com o ácido dinitrossalicílico para construção de uma curva de calibração; Repetir o procedimento para as amostras da hidrólise de papel com ácido sulfúrico; Determinar a concentração de glicose nas amostras da hidrólise, utilizando a curva de calibração. 31 13. TAMPÕES Qualquer solução que contenha um ácido fraco e uma base fraca tem a capacidade de absorver pequenas quantidades de um ácido forte ou de uma base forte com uma variação muito pequena no pH. Quando pequenas quantidades de um ácido forte são adicionadas, estas são neutralizadas pela base fraca, enquanto que pequenas quantidades de uma base forte são neutralizadas pelo ácido fraco. Tais soluções são chamadas de tampões, pois resistem a variações significativas no pH. Um tampão cujo pH seja menor que 7, geralmente, pode ser preparado misturando-se um ácido fraco com um sal derivado do ácido fraco, como, por exemplo, ácido acético e acetato de sódio. O mesmo raciocínio pode ser utilizado para um tampão com pH maior que 7. Em um tampão ácido, a concentração de H + (e o pH) são determinados pelas concentrações relativas do ácido fraco e sua base conjugada (que é o ânion). Por exemplo, para o ácido acético, temos Resolvendo para o , temos: Onde Ka é a constante de dissociação do ácido. Os ácidos mais fortes têm constantes de dissociação maiores. Os valores de pKa são análogos ao de pH e são definidos pela equação: Quanto mais fortemente um ácido se dissocia, menor é o seu pKa. A relação quantitativa entre o valor de pH, a ação tamponante da mistura do ácido fraco com sua base conjugada e o pKa do ácido fraco é dada pela equação de Henderson-Hasselbalch. Esta equação é simplesmente uma forma útil de redefinir a expressão para a constante de dissociação de um ácido. Para a dissociação de um ácido fraco HÁ em H + e A - , a equação de Henderson-Hasselbalch pode ser derivada como segue: Resolvendo-se para : Calculando-se o logaritmo negativo dos dois lados: 32 Substituindo-se por pH e por pKa: Invertendo-se a fração , inverte-se o sinal, e obtém-se a equação de Henderson-Hasselbalch: que pode ser escrita em sua forma genérica, como A equação de Henderson-Hasselbalch possibilita calcular o pKa de qualquer ácido fraco a partir da razão molar entre as espécies doadora de prótons e receptora de prótons em qualquer pH dado. Também é possível calcular o pH de um par ácido-base conjugado com um dado pKa e em uma dada relação molar, e, ainda, calcular a razão molar entre o doador e o receptor de prótons em qualquer pH dado, conhecendo-se o pKa do ácido fraco. Para o tampão de ácido acético-acetato de sódio, temos a equação de Henderson-Hasselbalch, reescrita como: Numa solução tampão de ácido acético-acetato de sódio, existem moléculas inteiras de : Por outro lado, o sal está totalmente dissociado: Adicionando um ácido qualquer a esta solução, seus H + serão imediatamente consumidos pelo primeiro equilíbrio, deslocando a reação para a esquerda. Assim, a acidez não aumenta e o pH não varia. Não faltará o íon comum ( ), pois também virá da dissociação do sal do tampão. Da mesma forma, adicionando-se uma base qualquer à solução tampão, seus OH - serão imediatamente consumidos pelos H + da reação, formando água. Assim, a basicidade também não aumenta e o pH não varia. Não faltarão H + para reagir com os OH - da base adicionada, uma vez que o 33 ácido acético é um ácido fraco e ainda terão moléculas inteiras deste ácido que continuarão se ionizando e fornecendo H + . Procedimento Experimental 1. Preparar uma solução de acetato de sódio 0,2 M (solução B) em balão de 100 mL. Qual a massa de sal necessária para esta solução? 2. Preparar uma solução de ácido acético 0,2 M (solução B); 3. A partir das soluções A e B preparar uma solução tampão, para um pH de 5,14, sabendo-se que o pKa do ácido acético é 4,76. 34 14. BIBLIOGRAFIA 1. Brady, J. E.; Humiston, G. E. "Química Geral", vol. 1, Livros Técnicos e Científicos Editora, 2ª edição, 1986. 2. Bettlheim, F. A.; Brown, W.; Campbell, M. K.; Farrel, S. O. “Introdução à Química Geral, Orgânica e Bioquímica”, Tradução da 9ª Edição Norte-Americana, Cengage, 2012. 3. Feltre, R. “Química Geral”, 7ª Edição, Moderna, 2008. 4. Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. “Fundamentos de Química Analítica”, 8ª Edição, Cengage, 2010. 5. Trindade, D. F.; Oliveira, F. P.; Banuth, G. S.; Bispo, J. G. “Química Básica Experimental”, Cone, 2010. Scan13.jpg
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