SÓLIDOS OFICIAL (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE FÍSICA E QUÍMICA 
LEIDIANE CRISTINA SILVA - 
EXPERIMENTO 3 – DETERMINAÇÃO DE ÁGUA EM SÓLIDOS E DETERMINAÇÃO DE ZINCO EM ÓXIDO DE ZINCO
ITAJUBÁ
16 de março de 2018
LEIDIANE CRISTINA SILVA - 33714
EXPERIMENTO 3 – DETERMINAÇÃO DE ÁGUA EM SÓLIDOS E DETERMINAÇÃO DE ZINCO EM ÓXIDO DE ZINCO
Relatório de prática experimental apresentado à disciplina Química Analítica Quantitativa Experimental, Professor Sandro Andrade, na Unifei
 ITAJUBÁ
2017
SUMÁRIO
 INTRODUÇÃO
Análises quantitativas são de grande importância, pois tratam de quantizar a massa do analito que se tem interesse. Um método clássico é a análise gravimétrica.
A análise gravimétrica ou gravimétrica é um método analítico quantitativo cujo processo envolve a separação e pesagem de um elemento (ou um composto) na forma mais pura possível, eliminando todas as sustâncias que interferem e convertendo o constituinte ou componente desejado em um composto de composição definida (SKOOG ,2006).
A análise gravimétrica tem sido amplamente usada na indústria para determinação de componentes baseando-se na medida de massa das amostras de trabalho. A gravimetria por volatilização é amplamente usada para a medição do teor de CO2 e H2O de uma amostra, baseando-se na medida de massa de uma espécie química após essa ter se desprendido da substância de origem e pode ser dividida em determinação direta ou indireta.
Determinação direta: Coloca-se uma substância absorvente de massa conhecida na presença da amostra de trabalho para que esta possa absorver a água, por exemplo, que está desprendendo-se no meio. Chama-se direto então porque se está medido diretamente a massa de água que foi absorvida pela substância absorvente. Determinação indireta: Compara-se o peso de uma amostra a medida que esta vai perdendo massa devido a volatilização de uma outra espécie química. A diferença entre o peso inicial e final da amostra indica o quanto foi evaporado. Neste experimento, utilizamos o método gravimétrico indireto que consistiu em volatilizar o constituinte desejado, a água, presente na amostra através do aquecimento para determinarmos a massa do resíduo após o processo, calculando o teor de água volátil a partir da perda de massa sofrida pela amostra.
Os sólidos podem conter dois tipos de água a não-essencial, onde a caracterização química do sólido independe deste tipo de água, formada pelos seguintes casos água de adsorção, água de absorção e água de oclusão e a água essencial, que a água existente como parte integral da composição molecular ou da estrutura cristalina de um sólido, sendo seus subgrupos água de constituição e água de hidratação que é o caso do nosso experimento. A água de hidratação ocorre em vários sólidos formando os hidratos cristalinos (compostos que contém água de cristalização), ambas dependem da umidade e da temperatura do ambiente e seu estado de subdivisão.
A água está ligada a estes sólidos mediante ligações de coordenação covalentes que são mais fracas que as eletrostáticas, por isso a água sofre descristalização facilmente, eliminando este composto pelo calor. O sulfato de cobre penta hidratado quando aquecido passa da cor azul para uma coloração branca, devido á perda de água (desidratação). Através da perda de massa sofrida pela amostra, possível calcular o teor do componente volátil.
Os sólidos podem conter água não-essencial e essencial . A primeira, consiste no tipo de água de que o sólido independe, que são a água de adsorção, água retida sobre a superfície dos sólidos quando em contato a o ambiente e a água de oclusão, que são retidas nas cavidades dos sólidos cristalino segunda, trata -se da água que faz parte da composição molecular, sendo água de constituição, formada quando o sólido se decompõe pela ação do calor e água de hidratação, presente nos hidratos cristalinos. (BACCAN, 2001).
Água Essencial
É a água que faz parte da estrutura cristalina ou molecular de um dos componentes do sólido e, como tal, se encontra presente em quantidades estequiométricas. Se classifica em dois tipos de água essencial:
Água de constituição
Neste caso, a água não está presente como H2O no sólido, mas é formada quando este se decompõe pela ação do calor. O importante a se notar é que a relação estequiométrica de 2:1 entre hidrogênio e oxigênio nestes compostos não precisa ser necessariamente observada.
Algumas vezes necessita-se de temperaturas relativamente-altas para causar a decomposição dos sólidos que contêm este tipo de água.
Exemplos:
2 NaHCO3 300° C→ Na2CO3 + H2O + CO2
Ca(OH)2 800° C→ CaO + H2O
2 Fe(OH)3 1000° C→ Fe2O3 + 3 H2O
Água de hidratação ou de cristalização
Esse tipo de água participa da estrutura dos cristais, ou seja, é parte integrante do retículo cristalino em proporção fixa em relação aos íons presentes. É representada na fórmula química e é computada no cálculo do peso molecular .A água está ligada a estes sólidos mediante ligações de coordenação covalentes, que são normalmente mais fracas que as eletrostáticas. Por esta razão, a água de cristalização é facilmente eliminada destes compostos pela ação do calor.
A quantidade de água de hidratação (ou de cristalização) num hidrato cristalino é uma característica do sólido e sempre se apresenta com estequiometria definida. Alguns hidratos cristalinos podem perder água de cristalização quando mantidos em ambiente completamente seco (fenômeno de eflorescência dos cristais), enquanto que, outros podem retirar água de um ambiente úmido (fenômeno de deliqüescência dos cristais). Como exemplos típicos de cristais hidratados citam-se BaCl2.2H2O, CuSO4.5H2O, Na2SO4.10H2O, CaSO4.2H2O, CaC2O4.2H2O, etc. A relação entre umidade e o conteúdo de água em um hidratado pode ser mostrado em diagramas pressão de vapor da água versus composição do sólido.
Não essenciais:
- Água de adsorção
È a água retida sobre a superfície dos sólidos, quando estes estão em contato com um ambiente úmido. A quantidade de água adsorvida dependerá da temperatura e da superfície específica do sólido. Quanto mais finamente dividido este se apresentar, maior será a sua área específica exposta ao ambiente e, consequentemente, maior será a quantidade de água adsorvida.
A extensão da adsorção aumenta com o aumento da pressão de vapor da água no ambiente e diminui com o aumento da temperatura.
Calor + H2O (ads) ↔ H2O (vapor)
A água adsorvida costuma diminuir com a elevação da temperatura, ela pode ser aproximar de zero quando o sólido é aquecido a temperaturas acima de 100°C. Os sólidos podem perder ou fixar água de forma relativamente rápida, com o estabelecimento da condição de equilíbrio em 5 a 10 minutos. A adsorção envolve quantidades de água que importam em apenas alguns décimos de porcento da massa do sólido. A determinação quantitativa da água adsorvida é feita pelo aquecimento do sólido, em estufa, a 105-110°C, até peso constante. Este é um fenômeno geral observado em todos os sólidos, em maior ou menor proporção.
- Água de absorção
Ocorre em várias substâncias coloidais, tais como amido, proteínas, carvão ativo e sílica-gel. Ao contrário do que ocorre com a água de adsorção, a quantidade de água absorvida é muito grande nestes sólidos, podendo, em alguns casos, atingir 20% (m/m) ou mais do peso total do sólido. Ela está retida como uma fase condensada nos interstícios ou capilares do coloide, e por esta razão os sólidos que a contêm apresentam-se como perfeitamente secos.
A quantidade de umidade absorvida varia enormemente com a pressão parcial da água; contudo, o equilíbrio pode levar dias ou mesmo semanas para se estabelecer à temperatura ambiente. A quantidade de água diminui coma elevação da temperatura, porém um aquecimento a 100°C não garante a sua total remoção. Certos materiais retêm sua umidade mesmo com aquecimento a temperaturas até 200°C ou mais.-Água oclusa
É a água líquida aprisionada nas cavidades microscópicas distribuídas irregularmente nos sólidos cristalinos, e não está em equilíbrio com a atmosfera ambiente, não sendo assim, afetada pela umidade da atmosfera. O aquecimento do sólido pode causar uma gradual difusão da umidade até a superfície, seguida de evaporação. Para isso é necessário uma temperatura maior que 100°C é para que este processo se dê com uma velocidade apreciável.
Durante o aquecimento, a volatilização da água ocluída provoca a ruptura dos cristais, fenômeno este chamado de decrepitação. Quando isto ocorre, deve-se precaver contra perdas de material.
		                  
2 OBJETIVO
Procedimento 1.
Determinação da porcentagem de água presente numa amostra por meio da volatilização, utilizando o método indireto.
Procedimento 2. 
Determinar o teor de Zinco (Zn) em uma amostra de Sulfato de Zinco através de uma análise gravimétrica.
3 PROCEDIMENTOS
No procedimento 1 sobre Determinação de Águas em Sólidos foi possível analisar bem a parte estequiométrica com valores precisos, com a finalidade de notarmos a quantidade de água perdida pela amostra.
No procedimento 2, análise da Gravimétrica por precipitação- determinação de zinco com óxido de zinco, foi possível ver claramente a estequiometria presente.
PROCEDIMENTO 1 : DETERMINAÇÃO DE ÁGUAS EM SÓLIDOS 
MATERIAS E REAGENTES
 1 pesafiltro com a tampa;
 Estufa (marca: Biomar Equipamentos; modelo: S300SD; número de série: 4101; data de fabricação: 11.05.11) 
Dessecador 
CuSO4 pentahidratado (CuSO4.5H2O) (Marca: Dinâmica; Lote: 77707).
Bomba de vácuo;
PROCEDIMENTO
Lavou-se um pesafiltro com água destilada, e a sua secagem foi feita em uma estufa (ANEXO 1) que estava aquecida a 105ºC - 110°, no tempo de 1 hora.
Após o resfriamento feito no dessecador (ANEXO 2), foi pesado o pesafiltro incluindo a tampa e foi obtido um determinado valor. Em seguida adicionou-se CuSO4.5H2O (ANEXO 3) ao pesafiltro, e novamente foi pesada. Em seguida, a amostra foi posta com a tampa, não fechando a vidraria, e foi aquecida na estufa por 90 minutos a 105ºC - 110°C. Logo depois, foi colocado o pesafiltro novamente no dessecador e foi retirado o ar com a bomba de vácuo, deixando em torno de 30 minutos, e depois foi pesado e anotado o valor.
PROCEDIMENTO 2: GRAVIMÉTRICA POR PRECIPITAÇÃO- DETERMINAÇÃO DE ZINCO EM ÓXIDO DE ZINCO.
MATERIAIS E REAGENTES
ZnSO4.7H2O sólido;
Na2CO3 (1 mol.L-1);
Béquer de 100mL;
Tubo de ensaio;
Chapa aquecedora;
Mufla; (Marca: Fonitec Ind. E com. LTD; Modelo: 15X15X30)
Conta gotas;
Papel de filtro;
Cadinho de porcelana;
Funil de vidro;
Balança analítica (Marca: Marte; modelo: AY220; número de série: D305601633; data de fabricação: 2010); 
PROCEDIMENTO
Foi pesado somente um béquer de 100 mL em uma balança analítica (ANEXO 2) e anotou o valor pesado. E em seguida fez-se a transferência de Sulfato de Zinco Heptahidratado (ZnSO4.7H2O) de 0,4 a 0,5 g e anotado o dado. Após isso, dissolveu-se o conteúdo pesado em 30 mL de água destilada e gota a gota foi-se adicionando uma solução de Na2CO3 1 mol.L-1 (ANEXO 1). Para saber se a precipitação foi completa da solução, foi necessário realizar um teste em que consistia em colocar um pouco do sobrenadante no tubo de ensaio e adicionou-se algumas gotas de Na2CO3 1 mol.L-1. Se houvesse formação de precipitado novamente é porque não ocorreu a reação completa.
Então, após notar que foi completa a reação, o béquer foi colocado para aquecer em uma chapa aquecedora entre 10 a 15 minutos. Em seguida foi filtrado em um papel filtro quantitativo e lavou-se bem o béquer com água destilada para não perder nada do precipitado. 
Após deixar por um tempo sendo filtrado foi preciso dobrar o papel filtro de forma correta e colocado dentro cadinho, que foi pesado antes de conter o papel e foi anotado o valor.
Inicialmente antes da aula, lavou-se um cadinho de porcelana e o colocou na estufa à 100ºC – 110ºC (ANEXO 3) e após uma hora retirou-se o cadinho, colocando-o no dessecador (ANEXO 6) até que a temperatura ambiente fosse atingida no mesmo. Após tudo isso, no momento do experimento o cadinho foi levado para calcinar o precipitado em uma mufla (ANEXO 3) a 800ºC. Para o resfriamento, o cadinho foi levado ao dessecador e pesado (ANEXO 2). Anotaram-se os dados. 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO  
PROCEDIMENTO 1: DETERMINAÇÃO DE ÁGUA EM SÓLIDOS
Após o resfriamento do pesafiltro no dessecador foi feita a sua medição com a tampa e foi encontrado o valor de 52,4992g. Em seguida, era necessário pesar a quantidade de 0,5g de CuSO4.5H2O, porém ao fazer a medição pesou-se 0,5342g. O peso do pesafiltro, com a tampa e mais a massa de CuSO4.5H2O na balança constava o valor de 53,0334g .
Como foi calculado:
	Massa inicial (ma)
	Massa final (mb)
	Massa de CuSO4.5H2O (mb – ma)
	52,4992g
	53,0334g
	0,5342g
	Depois de retirar o pesafiltro do dessecador que estava a vácuo, foi pesado obtendo o valor 52,8567g.
	A massa de água perdida foi de 0,1767 g.
Como foi calculado:
	Massa final (mb)
	Massa nova final (mc)
	Massa de água (mb - mc)
	53,0334 g
	52,8567 g
	0,1767 g
	
Para determinar a quantidade em mols é necessário seguir o seguinte pensamento:
Se 1 mol de água tem 18,0128g , é preciso saber quanto terá em 0,1767.
1 mol--------18,01g
 X mol ------- 0,1767g
X = 0,0098 mol
Encontra-se agora a relação percentual da quantidade de água eliminada:
CuSO4.5H2O - - - - - - - 1 H2O
249,67 - - - - - - 18,014
100 - - - - -- - X
X= 7,2148 %
Faz-se então o cálculo da massa de água em relação à massa de CuSO4.5H2O:
0,5342g - - - - - - 100%
0,1767 - - - - - X
X= 33,077 %
Agora relaciona-se estes valores com a proporção da massa de água: 
 7,2148 % - - - - - 1 molécula de água
33,077 % - - - - - - - - K
K= 4,58 moléculas
Portanto, vê-se que foi retirado do sistema 4 moléculas, então a quantidade de água removida é:
5 moléculas - - - - - 100%
4,58 moléculas - - - - - - Z
Z= 91,6 %
Tomando como base a reação de aquecimento do Sulfato de Cobre pentahidratado abaixo, pode-se perceber que o mesmo perde as 4 moléculas de água presentes na reação. De acordo com os valores encontrados após os procedimentos, observa-se que houve a perda de 4,58 moléculas de água, sendo que, 0,58 moléculas são caracterizadas de água de hidratação e que as outras 4,00 moléculas foram facilmente evaporadas com o aumento da temperatura da reação.
CuSO4.5H2O → CuSO4.H2O
Reação 1: Reação de aquecimento do Sulfato de Cobre Pentahidratado
PROCEDIMENTO 2 : GRAVIMÉTRICA POR PRECIPITAÇÃO- DETERMINAÇÃO DE ZINCO EM ÓXIDO DE ZINCO.
	Tarou-se o béquer de 100 mL e em seguida foi adicionado 0,5342g de ZnSO4.7H2O no béquer e o diluiu com 30 mL de água destilada e com gotas de solução de Na2CO3, 1 mol.L-1. Ocorrendo a seguinte reação:
ZnSO4(g) + Na2CO3 (g) → Na2SO4(l) + ZnCO3 (ppt)
	Onde, ZnCO3 foi o precipitado encontrado, de coloração branca que se depositou no fundo do béquer. Partindo deste precipitado, foram feitos os processos que envolviam o aquecimento, o resfriamento, a filtração, e o aquecimento em mufla por 800ºC.
ZnCO3 (s) ZnO + CO2
	Importante ressaltar, que a presença do CO2 também é devido à celulose do papel filtro.
	 Em seguida, após o resfriamento do cadinho de porcelana, este foi pesado vazio e o valor obtido foi de 36,4938g.
	Após a transferência estufa/dessecador/balança o conjunto apresentou-se com uma variação de massa. A escassez de tempo influenciou na hora de verificar o peso o final, o professor que fez a leitura do peso final no dia seguinte. Utilizou-se a massa final para descobrir a quantidade de amostra desidratada e consequentemente a quantidade de água evaporada. Sabe-se que essas quantidades podem não ser as reais devido ao fato da massa não se apresentar constante. Através das reações acima apresentadas, calculou-se o teor de cinzasna mostra, com os seguintes cálculos:
 Fórmula para o cálculo da área:
A= πr²
Como o diâmetro do papel filtro, 18,5 ÷ 2= 9,25.
A= 3,14x (9,25) ² 
A = 268,6662 cm² ou 0,02686663 m²
 1m² ----------------- 0,00019g
0,02686663m² -------------- x
 x= 5,1046x10-6g.
A massa de cinza que se obteve na amostra de 5,1046x10-6g.
Cálculos para identificar a massa do precipitado:
	Massa do Cadinho vazio (ma)
	Massa do cadinho com precipitado (mb)
	Massa do precipitado(mb –ma)
	36,4938 g
	36,6266 g
	0,1328 g
Massa do precipitado dentro do cadinho é de 0,1328 g
Como foi encontrada a massa das cinzas e calculado o valor da massa do precipitado total presente no cadinho, é possível descobrir a massa total de ZnO. 
	Massa do precipitado (mc)
	Massa de cinza na amostra (mk)
	Massa de ZnO (mc – mk)
	0,1328 g
	5,1046x10-6 g
	0,13279 g
	Logo após obter-se a massa de cinza e a do precipitado, consequentemente foi possível obter a massa de Zinco presente na amostra. Seguem-se os cálculos utilizados:
MM de ZnO : 65,37 + 15,995 =81,365 g.mol-1 MM de Zn : 65,37g.mol-1 
81,365 g----- 65,37g
0,13279 g -------------- X
X= 0,1067 g 
Ou seja, a massa de Zn na amostra foi de 0,10668 g.
Para a porcentagem de Zn na amostra:
0,1067 / 0,5342g x 100% = 19,97% 
Cálculos com a finalidade de saber o quantidade que deveria estar presente de Zn :
MM de ZnSO4.7H2O : 65,37+ 32,064+ (4*15,995) + 7* (2,016+ 15,995)= 287, 539 g.mol-1
MM de Zn : 65,37 g.mol-1
287, 539 g.mol-1 ----------- 65,37 g.mol-1
100% --------- Z
Z = 22,73 %
Para identificação do erro de uma medida, foi utilizada a fórmula do erro absoluto: 
E= X- Xv
E = 19,97% - 22,73% E= - 2,76% (m/v)
Erro absoluto de - 2,76% (m/v).
Encontrou-se que o percentual de zinco (zinco ou oxido de zinco) na amostra analisada é de 19,97% . Sabendo que a porcentagem esperada de zinco no é de 22,73%, conclui-se que o valor encontrado se situa pouco abaixo do ideial. 
No geral, são vários os erros que podem justificar a magnitude de tal desvio, pois estes tipos de análise estão sujeito a uma série de erros acumulativos, devido a falhas de execução, ou ainda erros devidos a elementos interferentes existentes na amostra original são: erros de medição de natureza humana; erros de regulagem dos aparelhos utilizados nas medidas; grandes oscilações de temperatura durante o aquecimento; resíduos que não foi visto que permaneceu no béquer; precipitado que no momento de ser filtrado pode ter sido eliminado juntamente com água na filtração; no momento de manuziar o conta gotas para o teste de analise completa da reação do ZnSO4(g) + Na2CO3 o precipitado pode ter sido sugado juntamente com o sobrenadante.
5 CONCLUSÃO
PROCEDIMENTO 1: DETERMINAÇÃO DE ÁGUA EM SÓLIDOS
		
	Após todas as análises e posteriormente cálculos conclui-se que a amostra perdeu uma quantidade de água em sua composição, de 91,6%. Isso nos permite concluir que o CuSO4.5H2o, perde sua água de cristalização a alta temperatura, transformando-se em CuSO4, pó branco, que tem facilidade de absorver umidade e pode -se tornar instantaneamente azul ao contato da menor quantidade de água. No entanto percebeu-se que o tempo disponível necessário para a realização da prática foi algo crítico, uma vez que os procedimentos de secagem e pesagem teriam que ser feitos várias vezes até o peso de manter constante, concluindo-se que as análises gravimétricas apresentam um diferencial negativo: o elevado tempo.
PROCEDIMENTO 2 : GRAVIMÉTRICA POR PRECIPITAÇÃO- DETERMINAÇÃO DE ZINCO EM ÓXIDO DE ZINCO.
A partir do experimento realizado foi possível definir o teor de Zinco (Zn) presente em uma amostra de Sulfato de Zinco, através de uma analise gravimétrica, e pode-se perceber a eficiência dos métodos gravimétrico em uma análise quantitativa, notou-se que a variação da porcentagem real para a que foi obtida não foi brusca a diferença. Ou seja, erros durante o experimento causou resultado não foram muito significativos.
	
	
REFERÊNCIAS
 BACCAN; Química Analítica Quantitativa Elementar; Editora Blucher LTDA; 3° edição.
SKOOG; WE ST; HOLLER; CROUCH. Fundamentos de Química Analítica. Tradução da 8ª Edição norte-americana, Editora Thomson, São Paulo, 2006.
 ANEXOS
 (ANEXO 1) (ANEXO 4)
 (ANEXO 2) (ANEXO 5)
 (ANEXO 3)(ANEXO 6)