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Laboratório de Análise Instrumental 2013 1. Disciplina Análise Instrumental 2. Finalidade: Introduzir práticas de métodos das técnicas clássicas de análises: as volumetrias (de neutralização, de complexação, de precipitação e de óxido-‐redução) e as gravimetrias (de volatilização e de precipitação). As aulas práticas visam a correlacionar o conteúdo teórico com aplicações em amostras reais. Objetiva-‐se também desenvolver no aluno as boas técnicas para análises químicas quantitativas e o tratamento estatístico adequado. 3. Cursos que atende Engenharia Química e Engenharia Ambiental 4. Professores Juliana Aparecida de Sales Marcus Vinícius Tolentino 5. Normas de uso dos laboratórios Normas Gerais Os laboratórios da Faculdade de Engenharia do Centro Universitário Newton Paiva caracterizam-‐se por sua natureza didático-‐pedagógica, servindo de complemento aos usuários, na busca pela informação e pelo conhecimento científico. A finalidade desses laboratórios é atender aos alunos dos cursos de Engenharia, oferecendo-‐lhes infraestrutura e suporte necessário ao desenvolvimento de atividades relacionadas às diferentes disciplinas. Eventualmente, as instalações poderão ser usadas para o desenvolvimento de atividades de pesquisa de material didático ou de extensão, desde que aprovado por órgão competente da instituição. Acesso O acesso às instalações dos laboratórios é restrito a acadêmicos e professores do Centro Universitário Newton Paiva. Qualquer exceção deverá obter autorização da coordenação do curso e/ou da direção da Faculdade de Engenharia. A utilização dos Laboratórios por parte dos alunos só será possível mediante a supervisão e coordenação das atividades por parte dos professores, dos estagiários ou dos monitores. Uso • Os usuários do laboratório são corresponsáveis pela observância de suas normas de funcionamento e pela integridade dos recursos materiais colocados à sua disposição, bem como, pela comunicação à administração do laboratório, pelo desrespeito às normas por outros usuários e eventuais defeitos nos equipamentos. • Só poderão ser requisitados materiais e equipamentos dos laboratórios se os mesmos se destinarem a atividades letivas ou ao desenvolvimento de projetos de investigação. • Qualquer material ou equipamento requisitado por professores de outros cursos do Centro Universitário Newton Paiva deverá ser registado no livro de requisições. • A título excepcional, materiais dos laboratórios poderão ser cedidos ou emprestados a alguma entidade ou instituição, desde que obtenha autorização do conselho executivo ou do coordenador do curso, com o parecer do responsável pelo laboratório. • Quaisquer faltas ou danos deverão ser comunicados ao coordenador do laboratório. • Os computadores e periféricos instalados no laboratório são de uso exclusivo dos professores e monitores. Alunos em horário de aula e sob supervisão do professor ou monitor, poderão fazer uso desses recursos. Compete aos professores das disciplinas experimentais: • Cumprir e fazer cumprir o presente regulamento; • Zelar para que o ambiente do laboratório seja adequado à pesquisa e ao trabalho; • Selecionar os experimentos a serem conduzidos nas aulas de laboratório e preparar os roteiros de aulas e os experimentos; • Informar, com antecedência, aos estagiários ou ao monitor, o material e o equipamento necessários para a condução das atividades programadas; • Comunicar e indicar ao responsável as necessidades de equipamentos e materiais para o normal desenrolar das atividades programadas; • Zelar pela conservação e manutenção dos equipamentos, comunicando ao coordenador do curso defeitos ou avarias nos mesmos. Compete aos estudantes e demais usuários dos Laboratórios: • Cumprir e fazer cumprir o presente regulamento; • Respeitar os horários de início e término das aulas práticas; • Realizar as atividades acadêmicas com seriedade e espírito científico; • Cumprir e fazer cumprir o presente regulamento; • Zelar para que o ambiente do laboratório seja adequado à pesquisa e ao trabalho; • Zelar pela conservação e manutenção dos equipamentos; Compete aos técnicos e monitores de laboratórios: • Cumprir e fazer cumprir o presente regulamento; • Dar suporte técnico aos professores e alunos no desenvolvimento das atividades acadêmicas e pedagógicas que necessitem dos recursos do Laboratório de química; • Supervisionar e controlar o comportamento dos usuários e utilização dos equipamentos; • Inventariar o material do laboratório no prazo estabelecido pelo coordenador do curso. • Controlar o gasto de reagentes e outros materiais de consumo. • Promover a otimização no uso dos equipamentos e materiais; • Apoiar todo o tipo de atividades a desenvolver no âmbito do Laboratório. Compete ao coordenador do departamento, ouvidos os docentes, propor acompra do material necessário para a aprendizagem da disciplina e para o desenvolvimento de projetos relacionados. Início das aulas A tolerância para o ingresso do aluno no laboratório será no máximo de 20 minutos. Alunos que justificarem o atraso poderão fazer o experimento, condicionados à disponibilidade de tempo de laboratório e equipamentos. 6. Sugestões Preliminares Ao Aluno 1. Prepare-‐se antes de ir para o laboratório, leia previamente e cuidadosamente o texto relacionado à atividade a ser executada. 2. Confira o material recebido. Ao sair do laboratório deixe cada coisa em seu lugar, exatamente como foi encontrado. 3. Mantenha-‐se atento e concentrado durante a atividade para um melhor desempenho e faça um registro cuidadoso de todas as observações e resultados obtidos. Seja escrupuloso no registro das observações e não altere os valores obtidos com o intuito de forçar sua coerência com os dados do problema. Não forje observações que não tenham sido feitas realmente. Se o resultado final for insatisfatório, procure descobrir a causa do erro e, somente se necessário, refaça a experiência. 4. Siga as instruções fornecidas e em caso de algum problema ou dúvida quanto à realização do procedimento experimental, não tome nenhuma providência sem antes consultar o professor ou o responsável pelo laboratório. Ao Grupo 1. Procure harmonizar-‐se durante a execução da atividade de maneira a evitar acidentes. 2. Procure manter-‐se nos limites da bancada e com o menor índice de barulho possível. 3. Organize a execução das atividades de modo a deixar a bancada sempre limpa e organizada. Instruções gerais para trabalho em laboratório Antes de começar qualquer atividade em um laboratório, o estudante deve estudar cuidadosamente os detalhes completo da experiência bem como sua respectiva teoria. Não deve somente ter a idéia do que deve ser feito e como se propõe a fazê-‐lo, mas em todas às vezes deve dar uma resposta inteligente a perguntas como: o que está fazendo e por quê? Pode-‐se então dizer que o exercício foi verdadeiramente científico e não do tipo livro de receitas para cozinha. O estudante logo perceberá que várias experiências dependem de um longo tempo de aquecimento ou repouso, durante os quais nem sempre é necessário voltar toda a atenção ao que ocorre. Um bom operador fará uso deste tempo, por exemplo, para fazer anotações, preparar o material e as condições necessárias para uma próxima etapa (se houver), limpar e secar vidrarias. Os resultados de todas as experiências devem ser anotados em um caderno de notas, no momento em que as observações forem feitas. Se a atividade requer anotações de massa, de volume ou de outros resultados numéricos, estes devem ser colocados diretamente no caderno de notas e não em pedaços de papel, que podem vir a ser perdidos e desenvolverem atos de negligência no estudante. Uma boa indicação da técnica do estudante será a aparência da sua bancada de trabalho. A parte superior da bancada deve sempre estar limpa e seca. Segurança no trabalho Qualquer laboratório pode ser considerado um lugar sem perigo, desde que se tome todo o cuidado e que se tenha toda a prudência para mantê-‐lo livre de acidentes. Quando não se toma precauções ou se trabalha sem cuidados, podem ocorrer intoxicações, lesões, incêndios ou explosões. É necessário, portanto, que se previnam tais acidentes mediante à obediência às normas de segurança. Essas normas devem ser rigorosamente observadas e conscientemente seguidas: 1. Não trabalhar com material imperfeito ou defeituoso, principalmente com vidro que tenha pontas ou arestas cortantes 2. Fechar cuidadosamente torneiras as torneiras dos bicos de gás depois de seu uso. 3. Não deixar vidros, metais ou qualquer outro material, em temperatura elevada, em lugares em que eles possam ser tocados inadvertidamente. 4. Não trabalhar com substâncias inflamáveis, especialmente solventes orgânicos, próximos à chama. 5. Não provar ou ingerir reagentes de laboratório. 6. Não levar alimentos para dentro do laboratório. 7. Não aspirar gases ou vapores, sem antes certificar-‐se de que não são tóxicos. Se for necessário cheirar algum reagente fazê-‐lo puxando com a mão um pouco do vapor em direção ao nariz. 8. Não aquecer tubos de ensaio com a boca virada para o seu lado, nem para o lado de outra pessoa. 9. Não aquecer reagentes em sistemas fechados. 10. Qualquer acidente deve ser comunicado ao professor imediatamente 11. O uso de avental e outros acessórios de segurança exigidos pela atividade são obrigatórios. 12. Conservar limpo o local de trabalho. 13. Somente utilizar o material perfeitamente limpo. 14. Seguircuidadosamente o roteiro da atividade. 15. Enxugar os frascos antes de aquecê-‐los. 16. Colocar o material no local de origem, na medida em que for sendo liberado, respeitando os critérios de limpeza. 17. Não descartar nenhum tipo de material (líquido ou sólido) nas pia. Orientar-‐se com o professor da prática sobre o destino que deve ser dado ao material. 18. Cuidar para que os restos de reagentes sejam devidamente destruídos ou armazenados (conforme instruções contidas nos roteiros das práticas ou fornecidas pelo professor). 19. Conservar os frascos sempre fechados. 20. Não recolocar nos frascos de origem, substâncias deles retiradas, que sobraram ou foram recuperadas. 21. Não misturar substâncias ao acaso e nem realizar experiências não autorizadas. 22. Não mexer em outros itens do laboratório que não estejam associados à prática. 23. Evitar levar as mãos à boca ou aos olhos. 24. Quantidades pequenas de líquidos tóxicos não devem ser pipetadas sem a ajuda de uma pêra de sucção. Na ausência desta utilize pequenas provetas. Nunca deve fazer uso da boca para pipetadas. 25. Manipular substâncias corrosivas ou gases tóxicos sempre dentro da capela ligada. 26. Lavar as mãos com água e sabão antes de sair do laboratório. 27. Trabalhar com atenção, método, prudência e calma. Primeiros Socorros 1. Se qualquer substância cair na pele, lavá-‐la imediatamente com bastante água. 2. Cortes ou ferimentos leves devem ser logo desinfetados e protegidos com gaze esparadrapo. 3. Queimaduras: - Por calor: Cobrir a queimadura com vaselina. - Por ácidos: Devem ser lavadas com bastante água e com solução saturada de bicarbonato de sódio. - Por bases: Devem ser lavadas com água e ácido acético 1%. - Por alcoóis: Devem ser lavadas com etanol. - Por fenóis: Devem ser lavadas com etanol. 4. Intoxicações: Procurar local com ar puro para respirar. Nas intoxicações com ácidos, beber leite de magnésia ou solução de bicarbonato de sódio. 5. Se os olhos forem atingidos por qualquer substância, lavá-‐los com bastante água. 6. Se derramar ácido ou base concentrados na própria veste, lavar imediatamente no chuveiro de emergência a parte afetada, 7. Fogo: A primeira providência deve ser extinguir a alimentação do fogo. Se ocorrer sobre bancadas deve ser controlado com areia ou extintor de incêndio. Sobre vestes deve ser abafado com panos de preferência molhados. 7. Atividades Experimentais Título O1 Calibração e avaliação da resposta do peagâmetro e análise do teor de hidróxido de sódio em uma amostra comercial de soda caustica por potenciometria. 02 Aplicação da titulação potenciométrica para análise da concentração de ácido fosfórico presente em refrigerantes do tipo cola. 03 Determinação de cloreto em soro fisiológico por condutimetria direta. 04 Identificação das formas das curvas de titulação condutimétricas em função da condutividade dos íons presentes na titulação e análises por titulação condutométricas 05 Determinação de ferro(II) em amostras de água por espectroscopia molecular (UV-‐vis) 06 Determinação de Ácido Ascórbico (vitamina C) em medicamentos por espectrofotometria UV-‐ vis. 07 Determinação de ácido acetilsalicílico, paracetamol e cafeína em analgésicos por Cromatrografia Líquida de Alto Desempenho (HPLC) Experimento 01: Calibração e avaliação da resposta do peagâmetro e análise do teor de hidróxido de sódio em uma amostra comercial de soda caustica por potenciometria. 1-‐ INTRODUÇÃO Para que um peagâmetro tenha uma sensibilidade ideal para determinadas concentrações de H+ é necessário que o eletrodo de vidro constituinte do peagâmetro desenvolva uma voltagem de 0,05916 V ou 59,16 mV por unidade de pH à 25ºC, de acordo com equação de Nernst: E = Eo – (0,05916/n). log [H+] (Eq.1) Assim, ao avaliar a equação 1 é identificado que a variação de uma unidade, no valor do termo logaritmo, faz variar de (59,16/n) mV o valor do potencial (E). O valor 59,16 mV é chamado de resposta do eletrodo. Essa resposta é linear e pode ser expressa através de equações de reta onde sua forma pode ser generalizada através da equação 2. E = a + b (log [H+]) (Eq.2) Realizando uma analogia da equação 1 e 2 é possível inferir que ofator b é o coeficiente angular, tendo como valor ideal o fator 59,16, o qual indica a variação que o eletrodo apresenta para cada unidade variada do pH. A diversidade da técnica potenciométrica também permite a utilização de eletrodos de membrana seletiva à H+ para análises indiretas, denominadas de titulação potenciométricas, a qual permite a quantificação de analítos presentes em soluções através reações de neutralização. Neste tipo de técnica o fator fundamental a ser interpretado é o salto da variação do potencial em função do volume do titulante adicionado na solução contendo o analíto. Este ponto corresponde ao ponto de equivalência da titulação que possibilita inferir através da construção gráfica, qual é o volume do titulante gasto estequiometricamente para reagir completamente com o analito presente na solução analisada. Através desta breve introdução sobre o método de analise potenciométrico você deverá executar a parte experimental constituída de três partes: a primeira envolve a calibração do peagâmetro, a segunda a identificação do fator de resposta do equipamento (valor ideal 59,16 mV) e a terceira a quantificação do teor em % m/m de NaOH em uma amostra de soda cáustica. 2-‐ EXPERIMENTAL Equipamentos e soluções reagentes Soluções e Reagentes Equipamentos e vidrarias Soda Cáustica Comercial Solução de HCl padronizada 0,1000 mol/L Soluções tampões padrão de pH. Água deionizada. Bureta de 25,00 mL peagâmetro 5 Béqueres 100 mL 1 Béquer 250 mL Balança analítica Microespátula Agitador magnético Ímã (peixe). Procedimentos 1º Parte – Calibração do Peagâmetro. 1-‐ Ligue o peagâmetro e identifique se as souções internas à célula estão completas; 2-‐ Lave à célula com água deionizada em abundância; 3-‐ Clique na função cal do equipamento e mergulhe o eletrodo de membrana nas soluções tampões informados pelo equipamento. 2º Parte – Identificação do fator de resposta do peagâmetro. 1-‐Modifique a resposta do equipamento de pH para potencial. 2-‐Mergulhe o eletrodo de membrana nas soluções tampões com seus respectivos pH’s e anote o valor do potencial fornecido para cada solução. Preencha a tabela 1. Tabela 1-‐ Potencial da membrana seletiva a H+ em função dos valores de pH das soluções tampões. Potencial / mV Soluções tampões de pH 3-‐Construa o gráfico potencial versus pH das soluções tampões com o auxilio do professor. Transcreva abaixo a equação da reta do gráfico construído e descreva como está a sensibilidade do equipamento utilizado para quantificação da espécie H+ no meio reacional. Caso haja diferença entre os valores de sensibilidade, teórico e prático, explique o que esta variação pode implicar na exatidão do equipamento. 3º Parte – Quantificação do teor % m/m de NaOH em uma amostra de soda cáustica. 1-‐Pesar 0,05 g aproximadamente de soda cáustica em um erlenmeyer de 250 mL, utilizando balança analítica. Anotar a massa exata pesada de soda cáustica ___________g. 2-‐Solubilizar os 0,05 g com 40 mL de água deionizada. 3-‐ Adicionar à solução de soda cáustica o eletrodo de membrana de vidro e medir o pH antes da titulação (volume 0,00 mL). 4-‐Titular a solução de soda cáustica com a solução padronizada de HCl 0,1 mol/L. 5-‐ Anotar o valor de pH para cada 0,5 mL da solução de HCl adicionada à solução de soda cáustica e preencher a tabela. Volume titulante / mL pH 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 10,00 10,50 11,00 11,50 12,00 12,50 13,00 6-‐ Plotar um gráfico de volume do titulante em função do pH com o auxilio do professor. 7-‐ Identificar o volume do ponto final da titulação através da segunda derivada.VPF = 8-‐ Calcular o teor de %m/m de NaOH na soda cáustica. Experimento 02: Aplicação da titulação potenciométrica para análise da concentração de ácido fosfórico presente em refrigerantes do tipo cola. 1-‐ INTRODUÇÃO 1.1 Titulação Potenciométrica A titulação potenciométrica consiste em acompanhar os vários estágios e determinar o ponto final de um processo de titulação por intermédio da medida do pH. Neste método, o ponto de equivalência será revelado por uma abrupta modificação do pH. Para a medida do pH, é necessário um potenciômetro que fornece diretamente os valores variáveis do pH à medida que a titulação avança. A exatidão dos resultados deste método dependerá da habilidade com que o gráfico da curva de titulação for representada, a partir das observações experimentais. Por issoé usualmente empregado métodos instrumentais para localizar o ponto final da titulação, através da coleta dos pontos de coordenadas volume do titulante e pH . Após a obtenção dos pontos é construída a curva da titulação e em sequência é determina a curva da primeira derivada (ΔpH/ΔV vs V ) e da segunda derivada (Δ2pH/ΔV2 vs V). A curva da primeira derivada tem um máximo no ponto de inflexão da curva de titulação, isto é, no ponto final. A curva da segunda derivada é nula no ponto em que a curva de ΔpH/ΔV for máxima, permitindo a assim, obter com precisão o volume do ponto de equivalência. 1.2 Ácido Fosfórico Ácido fosfórico (H3PO4) de grau alimentício é empregado como flavorizante e acidulante em diversos alimentos e bebidas. O ácido fosfórico é classificado como um ácido poliprótico, isto é, tem a capacidade de doar mais de um próton quando presente em solução ou quando reage com espécies básicas. A desprotonação em meio aquoso é ilustrado pelos equilíbrios: H3PO4(aq) à H2PO4-‐(aq) + H+(aq) H2PO4-‐(aq) à HPO4-‐(aq) + H+(aq) HPO4-‐(aq) à PO42-‐(aq) + H+ (aq) Quando há adição do reagente de caráter básico, NaOH, as seguintes neutralizações são identificadas. NaOH + H3PO4 à NaH2PO4 + H2O 1º Ponto de equivalência NaOH + NaH2PO4 à Na2HPO4 + H2O 2º Ponto de equivalência NaOH + Na2HPO4 à Na3PO4 + H2O 3º Ponto de equivalência Assim, a utilização da técnica de titulação potenciométrica para quantificação da concentração de ácido fosfórico em uma amostra permite obter a curva de titulação potenciométrica, a qual é ilustrada pelo gráfico abaixo. Através da interpretação gráfica é observado que o terceiro ponto de equivalência é de difícil visualização, pois a terceira constante de acidez, Ka3 é muito pequena, em consequência a variação de acidez das espécies químicas Na2HPO4 à Na3PO4 e desprezível, impossibilitando a visualização do 3º ponto de equivalência na curva de titulação potenciométrica, de forma nítida. 2-‐ OBJETIVO O objetivo é determinar a concentração de ácido fosfórico (H3PO4) em uma amostra de refrigerante de cola através de titulação potenciométrica. 3-‐ PARTE EXPERIMENTAL 3. 1 MATERIAIS E REAGENTES Materiais Reagentes 2 béqueres de 250 mL Amostra de refrigerante tipo cola 3 béqueres de 100 mL Solução padronizada de NaOH 0,1 mol/L Agitador magnético com aquecimento Barra magnética Suporte Universal Peagâmetro Proveta de 100 mL 1 vidro de relógio Variação referente 1o ponto de equivalência Variação referente 2o ponto de equivalência 3.2 PROCEDIMENTO -‐ Aqueça cerca de 70 mL do refrigerante em um béquer de 250 mL coberto por um vidro de relógio até a ebulição. Mantenha o aquecimento por cerca de 5 minutos para remover completamente o gás carbônico. Deixe esfriar. -‐ Com o auxilio de uma pipeta volumétrica de 50,00 mL transfira 50 mL do refrigerante descarbonatado (eliminação de CO2), para o interior de um béquer de 250 mL. -‐ Adicione 60,0 mL de água deionizada com uma proveta de 100 mL. -‐ Faça a montagem do sistema para realizar a coleta dos dados pH versus volume do titulante padronizado (NaOH 0,1 mol/L; Fc =_______________). -‐ Verifique e anote o pH inicial da amostra e então proceda a titulação, adicionando NaOH 0,1 mol/L, de acordo com a tabela 1, representada abaixo. (Caso o volume adicionado seja ligeiramente diferente do valor presente na tabela 1, anote-‐o precisamente.) Tabela 1 – Alíquotas do titulante (NaOH) versus pH da amostra. Volume de NaOH / mL pH da Amostra Volume de NaOH / mL pH da Amostra 0,00 4,80 0,50 5,00 1,50 5,20 2,00 5,40 2,50 5,60 3,00 5,80 3,20 6,00 3,40 6,20 3,60 6,40 3,80 6,60 4,00 6,80 4,20 7,00 4,40 7,20 4,60 7,40 7,60 8,80 7,80 9,00 8,00 9,50 8,20 10,00 8,40 10,50 8,60 11,50 -‐ Com os dados obtidos na tabela 1 e com o auxílio do professor faça o gráfico da curva de titulação e obtenha os volumes dos pontos finais da titulação através da segunda derivada. -‐Calcule a concentração molar (mol/L) de ácido fosfórico no refrigerante. -‐ Explique por que não houve a calibração do peagâmetro antes de realizar a titulação potenciométrica do ácido fosfórico. Experimento 03: Determinação de cloreto em soro fisiológico por condutimetria direta e da condutividade de água de diversas origens. 1-‐ INTRODUÇÃO A condutividade eletrolítica é a medida da capacidade de transporte de corrente elétricade uma solução sob a influência de um campo elétrico. Como um condutor metálico, as soluções eletrolíticas obedecem à Lei de Ohm (V=R.i). O método condutométrico é classificado como um método não seletivo sendo utilizado em analises que não necessitam de seletividade iônica. As análises condutométricas são classificadas em direta ou indiretas. Na análise direta a calibração da célula condutométrica deve ser realizada para identificar a equação da reta a qual permitirá relacionar resposta do equipamento em função da concentração iônica na solução, através de soluções de concentrações padrões. 2-‐ OBJETIVO Aplicação da técnica condutimétrica direta para determinação do teor em % m/v de cloreto de sódio (NaCl) em amostras de soro fisiológico. 3-‐ EXPERIMENTAL Determinação do teor de cloreto em soro fisiológico. 1.1 Materiais e Reagentes Tabela 1 – materiais e reagentes utilizados na análise direta de cloreto de sódio em amostras de soro fisiológico. Materiais Reagentes 4 balões volumétricos de 50 mL 1 pipeta graduada de 25 mL 1 garrafa lavadeira 5 Béqueres de 100 mL 1 condutivímetro 1 pipetador ou perâ Amostra de soro fisiológico. Solução padrão de KCl p/ calibração do condutivimetro. 500 mL solução padrão de NaCl 5% m/v. 1.2 Procedimentos 1 – Prepare, a partir da solução padrão estoque (NaCl 5 % m/v), as soluções padrões de NaCl de acordo com a tabela 2. Tabela 2 – Volumes da solução titulante adicionadas e os respectivos valores de condutividade Balão (50,00 mL) % m/v de NaCl das soluções padrões VNaCl 5 % m/v K (mS.cm-‐1) 1 0,25 2 0,75 3 1,00 4 1,25 5 1,50 2 -‐ Calcule as alíquotas em mL que devem ser pipetadas da solução padrão de estoque (NaCl 5% m/v) para realizar o preparo das soluções diluídas padrões de NaCl, 0,25, 0,75, 1,25 e 1,50 % m/v. 3 – Calibre o condutivímetro com a solução padrão de KCl. 4 – Transfira as soluções preparadas nos balões de 50,00 mL para os respectivos béqueres identificados com os teores (0,25, 0,75, 1,25 e 1,50 % m/v). 5 – Meça a condutividade de cada solução padrão preparada e da amostra de soro fisiológico e anote nas tabelas 2 e 3. Tabela 3 – Identificação das amostras de soro e as respectivas condutividades. 6 -‐ Construa a curva de calibração condutimétrica de condutividade versus teor % m/v de NaCl, com a ajuda do professor. Anote no espaço abaixo a equação da reta obtida através da curva de calibração. 7 -‐ Calcule a concentração de cloreto de sódio nas amostras de soro em %m/v, através da equação da reta da curva de calibração. Determinação da condutividade de água de diversas origens 1 -‐ Recolha em béqueres previamente identificados, amostras de água da torneira, do bebedouro, mineral e de Milli-‐Q (solicite ao professor). 2-‐ Utilizando o condutivímetro previamente calibrado, faça leitura da condutividade das amostras. Anote os valores. 3 -‐ Compare os resultados com os preconizados por órgãos regulamentadores para valores de condutividade para águas potáveis. Amostra de soro Teor de NaCl no rótulo K (mS cm-‐1) A B Experimento 04: Identificação das formas das curvas de titulação condutimétricas em função da condutividade dos íons presentes na titulação e análises por titulação condutométricas. 1-‐ INTRODUÇÃO A condutividade eletrolítica é a medida da capacidade de transporte de corrente elétrica de uma solução sob a influência de um campo elétrico. Como um condutor metálico, as soluções eletrolíticas obedecem à Lei de Ohm (V=R.i). O método condutométrico é classificado como um método não seletivo sendo utilizado em analises que não necessitam de seletividade iônica. No método indireto o volume do ponto final da titulação é o valor que se busca para identificar teor ou concentração do analíto presente na amostra. Os dados da titulação são lançados graficamente para obter a cura de condutividade em função do volume do titulante adicionado. A curva de titulação consiste em dois ramos: o primeiro, ramo da reação, variação da condutividade desde o inicio da titulação até o ponto de equivalência e o segundo ramo, excesso do titulante. A variação não continua da condutividade com excesso do titulante possibilita a obtenção do volume do ponto final da titulação condutimétrica. Para as reações ácido-‐base, esta técnica é mais satisfatóriaque a titulação potenciométrica pois, permite determinações de ácidos ou bases cujas constantes de dissociação são muito pequenas. Isto se deve ao valor elevado da condutância especifica do íon H+, permitindo grandes variações da condutividade na proximidade do ponto de equivalência da titulação. 2-‐ OBJETIVOS 1º Parte -‐ Aplicação da técnica de titulação condutimétrica para as quantificações: -‐ do teor % m/v de ácido acético na amostra de vinagre; -‐ da concentração em mol/L de ácido clorídrico e acético presentes em uma mistura. -‐ da concentração em mg/L de NaCl em água do mar; 2º Parte – Identificação do formato das curvas condutométricas em função da condutividade equivalente (especifica) dos íons. 3-‐ EXPERIMENTAL 3.1. Materias e Reagentes Tabela 2 -‐ Materias e reagentes utilizados na aula experimental de análise instrumental condutimétrica Materiais Reagentes 2 buretas de 25,00 mL 1 proveta de 100 mL 1 balão volumétrico de 500,00 mL 1 garrafa lavadeira 2 pipetas volumétricas de 25,00 mL 1 pipeta volumétrica de 20,00 mL 4 Béqueres de 150 mL 1 condutivímetro Amostras: vinagre, água do mar e mistura ácida. Solução de NaOH 0,1 mol/L padronizada. Solução de AgNO3 0,1 mol/L padronizada. 3.2. Procedimentos a) Quantificação do teor de ácido acético na amostra de vinagre. 1 -‐ Pipete 25,00 mL da amostra da amostra de vinagre e transfira para o béquer de 150 mL. 2 – Com o auxilio da proveta adicione à alíquota de 25,00 mL da amostra de vinagre, presente no béquer de 150 mL, 100 mL de água deionizada. 3 – Faça a montagem para a titulação, completando o volume da bureta com a solução padronizada de NaOH 0,1 mol/L. 4 – Execute a titulação e anote os valores de condutividade (k) para as respectivas alíquotas do titulante adicionadas, de acordo com a tabela 2. Tabela 2 – Volumes da solução titulante adicionadas e os respectivos valores de condutividade na titulação condutométrica de ácido acético com hidróxido de sódio VNaOH (mL) k (mS.cm-‐1) VNaOH (mL) k (mS.cm-‐1) 0,00 2,00 0,50 2,50 1,00 3,00 1,50 3,50 4,00 7,50 4,50 8,00 5,00 8,50 5,50 9,00 6,00 9,50 6,50 10,00 7,00 b) Quantificação da concentração de ácido clorídrico e acético em uma mistura. 1 -‐ Pipete 25,00 mL da amostra da mistura ácida e transfira para o béquer de 150 mL. 2 – Com o auxilio da proveta adicione à alíquota de 25,00 mL da mistura ácida, 100 mL de água deionizada. 3 – Faça a montagem para a titulação, completando o volume da bureta com a solução padronizada de NaOH 0,1 mol/L. 4 – Execute a titulação e anote os valores de condutividade (k) para as respectivas alíquotas do titulante adicionadas, de acordo com a tabela 3. Tabela 3 – Volumes da solução titulante adicionadas e os respectivos valores de condutividade na titulação condutométrica da mistura ácida (HCl + H3CCOOH) com hidróxido de sódio VNaOH (mL) k (mS.cm-‐1) VNaOH (mL) k (mS.cm-‐1) 0,00 2,00 0,50 2,50 1,00 3,00 1,50 3,50 4,00 7,50 4,50 8,00 5,00 8,50 5,50 9,00 6,00 9,50 6,50 10,00 7,00 c) Quantificação da concentração de NaCl na água do mar. 1 -‐ Pipete 25,00 mL da amostra da água do mar e transfira para o balão volumétrico de 500,00 mL. Avolume o balão e homogeneíze a solução. 2 – Com o auxilio da pipeta volumétrica de 20,00 mL pipeta a amostra diluída da água do mar e transfira para o béquer de 150 mL. 3 – Com o auxilio da proveta adicione à alíquota de 20,00 mL da amostra diluída da água do mar, 100 mL de água deionizada. 3 – Faça a montagem para a titulação, completando o volume da outra bureta com a solução padronizada de AgNO3 0,1 mol/L. 4 – Execute a titulação e anote os valores de condutividade (k) para as respectivas alíquotas do titulante adicionadas, de acordo com a tabela 4. Tabela 4 – Volumes da solução titulante adicionadas e os respectivos valores de condutividade na titulação condutométrica da amostra diluída da água do mar VAgNO3 (mL) k (mS.cm-‐1) VAgNO3 (mL) k (mS.cm-‐1) 0,00 1,00 0,50 1,50 2,00 6,50 2,50 7,00 3,00 7,50 3,50 8,00 4,00 8,50 4,509,00 5,00 9,50 5,50 10,00 6,00 3) Cálculos e Discussões 1 – Monte os gráficos de titulações condutimétricas (condutividade versus volume do titulante) para cada uma das amostras e discuta a variação da condutividade em cada um dos gráficos levando em consideração a condutividade especifica dos íons presentes nas titulações. 2 – Identifique os volumes dos pontos de equivalência presentes nos gráficos de titulação condutimétrica. 3 – Explique o motivo da existência de dois volumes de ponto de equivalência na titulação da amostra da mistura ácida. 4 -‐ Calcule o teor % m/v de ácido acético na amostra analisada. 5 – Calcule a concentração mol/L de HCl e H3CCOOH na mistura ácida. 6 -‐ Calcule a concentração g/L de NaCl presente na água do mar. (Neste caso, considere que a maior fonte de Cl-‐ na água do mar é proveniente do sal NaCl). Experimento 05: Determinação de ferro(II) em amostras de água por espectroscopia molecular (UV-‐vis) 1-‐ INTRODUÇÃO 1.1 Fontes de ferro nas águas O ferro aparece principalmente em águas subterrâneas devido à dissolução do minério pelo gás carbônico da água, conforme a reação: Fe(s) + CO2(g) + ½ O2(g) → FeCO3(aq) O carbonato ferroso é solúvel e frequentemente é encontrado em águas de poços contendo elevados níveis de concentração de ferro. Nas águas superficiais, o nível de ferro aumenta nas estações chuvosas devido ao carreamento de solos e à ocorrência de processos de erosão das margens. Também poderá ser importante a contribuição devida a efluentes industriais, pois muitas indústrias metalúrgicas desenvolvem atividades de remoção da camada oxidada (ferrugem) das peças antes de seu uso, processo conhecido por decapagem, que normalmente é procedida através da passagem da peça em banho ácido. Nas águas tratadas para abastecimento público, o emprego de coagulantes à base de ferro provoca elevação em seu teor. 1.2 Formas em que o ferro pode se apresentar nas águas Basicamente, o ferro pode se apresentar nas águas nos estados de oxidação Fe+2 e Fe+3. O íon ferroso (Fe+2) é mais solúvel do que o férrico (Fe+3). Portanto, os inconvenientes que o ferro traz às águas devem ser atribuídos principalmente ao ferro “ferroso”, que, por ser mais solúvel, é mais freqüente. Quando se pretende determinar apenas a fração solúvel, as amostras de água são filtradas antes de serem submetidas à determinação da concentração de ferro. Este parâmetro é denominado “ferro solúvel”. É também comum o uso da expressão “ferro coloidal”, pois as partículas de ferro podem apresentar tal comportamento na água. 1.3 Determinação da concentração de ferro em águas O ferro é determinado em água através de método espectrofotométrico, através de reação de complexação com a ortofenantrolina, que reage com o ferro (Fe2+) produzindo um complexo avermelhado, obedecendo a Lei de Beer, podendo-‐se fazer calibração em espectrofotômetro com leituras a 530 nm. Para a determinação de Fe+2, basta se adicionar a ortofenantrolina (1,10 -‐ C12H8O2) e a solução tampão de pH 4,8. Para obter a relação absorção e concentração de ferro presente em uma solução deve se criar a curva de calibração do ferro onde o reagente padrão empregado é o sulfato ferroso amoniacal. 2-‐ OBJETIVO Aplicação da técnica de absorção molecular na região do visível (espectrofotometria) para a determinação da concentração em mg/L de ferro em uma amostra de água. 3-‐ EXPERIMENTAL 3.1. Materias e Reagentes Tabela 1 – materiais e reagentes utilizados na análise direta de cloreto de sódio em amostras de soro fisiológico. Materiais Reagentes 6 balões volumétricos de 50 mL 1 micropipeta de (10 -‐ 1000 µL) 1 garrafa lavadeira 1 pipeta de Pauster 4 Béqueres de 100 mL 1 proveta 5 mL Pipeta volumétrica de 25 mL Papel dupla face (higiênico). Amostras de água contaminada com ferro. 1 Litro de Solução padrão de Fe2+, 25 mg/L preparada através do padrão de sulfato ferroso amoniacal. 250 mL de solução de orto-‐fenantrolina 0,2% m/v. 500 mL de solução tampão pH 4,8. 3.2. Procedimentos 1 – Calcule os volumes que devem ser utilizados da solução de Fe2+ 25 mg/L para o preparo das soluções padrões de ferro diluídas, de acordo com os dados da tabela 2. Tabela 2 -‐ Soluções padrões e volume das alíquotas da solução padrão de Fe2+. Balão (50,00 mL) Conc. de Fe2+ (mg/L) Vsolução Fe2+ 25 mg/L1 0,10 2 0,40 3 0,70 4 1,00 2 -‐ Prepare as 4 soluções padrões de Fe2+ nos balões volumétricos de 50 mL, a partir da solução padrão estoque (sulfato ferroso amoniacal 25 mg/L) e adicione em cada balão 5,0 mL da solução tampão (pH 4,8) e 2,0 mL da solução de orto fenantrolina (0,2%m/v), de acordo com a tabela 3. 3 -‐ Prepara a solução denominada de branco em um balão volumétrico de 50 mL, de acordo com a tabela 3. Tabela 3 -‐ Composição das soluções padrões e valores de absorção 4 -‐ Transfira a solução branco para uma cubeta e posicione a cubeta no suporte para leitura do branco presente no equipamento. 5 – Transfira a solução preparada no balão 5 para uma outra cubeta. Coloque-‐a no equipamento ao lado da cubeta com o branco e encontre o comprimento de absorção máximo da solução (λmax). Para chegar ao valor máximo de absorção preencha a tabela 3 através de dados coletados no espectrofotômetro UV-‐vis. (Caso o equipamento apresente varredura automática do λmáx, não é necessário preencher a tabela 4.) 6 – Após identificar o λmáx selecione o comprimento de onda de máxima absorção no equipamento. Tabela 4 – Valores de absorção da solução 5 em diferentes comprimento de onda λ (mm) Abs λ (mm) Abs 460 530 480 540 490 560 500 580 510 600 520 620 7 – Após a seleção do comprimento de onda, realize as leituras de absorção para as soluções padrões preparadas e obtenha a curva de calibração absorbância versus concentrações de Fe2+ em mg/L. Anote abaixo a equação da reta obtida através da curva de calibração. 8 – Pipeta 25,00 mL da amostra de água da torneira do laboratório e transfira para um balão de 50 mL. Adicione ao balão 5 mL da solução tampão e 2 mL da solução de orto fenantrolina. Complete o volume e faça a leitura no espectrofotômetro no mesmo comprimento de onda definido anteriormente. Preencha a tabela 5. Balão (50,00 mL) Conc. de Fe2+ (mg/L) Vsolução Fe2+ 25 mg/L V tampão pH 4,7 (mL) Vorto fenantrolina 0,2 %m/V (mL) Abs (branco) 0,00 0,0 5 2 1 0,10 5 2 2 0,40 5 2 3 0,70 5 2 4 1,00 5 2 Tabela 5 – Absorção e concentração das amostras de água constituídas de ferro Amostra de ferro Abs Conc. Fe2+ (mg/L) Água da torneira do laboratório Água mineral 9 -‐ Utilizando a equação da reta da curva de calibração, determine a concentração de Fe2+ em (mg/L) presente na amostra de água da torneira do laboratório. EXPERIMENTO 6: Determinação de Ácido Ascórbico (vitamina C) em medicamentos por espectrofotometria UV-‐vis. 1. INTRODUÇÃO A vitamina C é um sólido branco que se dissolve em água originando uma solução incolor. Em função disso não poderia ser dosada por espectrofotometria na região do visível. No entanto, a vitamina C pode ser determinada através de um método indireto, envolvendo sua reação com Fe3+. Este forma um complexo colorido com o íon tiocianato (SCN-‐), sendo a espécie [Fe(SCN)6]3-‐ mais estável, formada na presença de excesso do íon SCN-‐. A modificação do íon Fe3+ para Fe2+ presente na estrutura resulta na redução na coloração da solução em função da transformação do complexo [Fe(SCN)6]3-‐ em [Fe(SCN)6]4-‐.Logo maior concentração de vitamina C presente no comprimido menor a intensidade da coloração da solução. 2. OBJETIVO Determinação do teor de vitamina C em medicamentos por espectrofotometria na região visível do espectro eletromagnético 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Materias e Reagentes Tabela 1 – materiais e reagentes utilizados na análise de determinação de ácido ascórbico (vitamina C) em medicamentos Materiais Reagentes 7 balões volumétricos de 50 mL 1 micropipeta de (10 -‐ 1000 µL) 1 garrafa lavadeira 1 pipeta de Pauster 4 Béqueres de 100 mL 1 proveta 5 mL Pipeta volumétrica de 25 mL Papel dupla face (higiênico). Comprimido de Vitamina C Solução de Fe3+ 90 mg/L Solução de SCN-‐ 0,4 mol.L-‐1 Ácido ascórbico P.A. (vitC) 3.2 Procedimentos 1-‐ Preparar uma solução padrão de vitamina C de concentração 0,5 g.L-‐1. 2 -‐ Preparar as soluções indicadas na tabela 3, em balões de 50,00 mL, mantendo semprea seguinte ordem de adição dos regentes: Fe3+ + vitamina C + SCN-‐. 3 – Preparar a solução amostra com a dissolução de um comprimido efervescente, de vitamina C previamente pesado, e completar o volume para um litro em uma balão volumétrico.(massa do comprimido =____________________g) 4 -‐ Transfira a solução preparada no balão 2 para uma cubeta. Coloque-‐a no equipamento ao lado da cubeta com o branco da curva e encontre o comprimento de absorção máximo da solução (λmáx.). Para chegar ao valor máximo de absorção preencha a tabela 2 através de dados coletados no espectrofotômetro UV-‐vis. (Caso o equipamento apresente varredura automática do λmáx, não é necessário preencher a tabela 2.) Tabela 2 – Valores de absorção da solução 5 em diferentes comprimento de onda λ (mm) Abs λ (mm) Abs 400 510 410 520 420 530 430 540 440 550 450 560 460 570 470 580 480 590 490 600 500 1-‐ Determinado o λmáx, fixe este valor no equipamento e obtenha os valores de absorvância das soluções-‐padrão (balões de 3 a 7), zerando o espectrofotômetro com a solução do balão 1. Preencha os dados na tabela 3. Tabela 3 -‐ Composição das soluções padrões e valores de absorção 2-‐ Prepare as soluções da amostra utilizando o comprimido de vitamina C pesado, solubilizando em béquer de 200 mL e transferindo a fração solubilizada para o balão volumétrico de 1000 mL, completando o volume. 3-‐ Prepare a solução do branco da amostra e as amostras em triplicata de acordo com a tabela 4. 4-‐ Anote os valores de absorção na tabela 4. Balão (50,00 mL) Conc.vitC (mg/L) VvitC(mL) V Fe3+(mL) V(SCN-‐) (mL) Abs 1 Branco da curva -‐ 2,50 0,00 0,000 2 -‐ 2,50 10,00 3 0,100 2,50 10,00 4 0,200 2,50 10,00 5 0,300 2,50 10,00 6 0,400 2,50 10,00 7 0,500 2,50 10,00 5 . CÁLCULOS E RESULTADOS 1-‐ Trace o espectro de absorção para o complexo [Fe(SCN)6]3-‐. 2-‐ Trace a curva de calibração para a vitamina C, com a equação da reta e R2. 3-‐ Calcule o teor de vitamina C na amostra e compare com a bula. 4-‐ Discuta e conclua os resultados obtidos. Experimento 7: Determinação de Ácido Acetilsalicílico, paracetamol e cafaína em analgésicos por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) 1. INTRODUÇÃO A Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) ou em inglês Hight Performance/Pressure Liquide Chromatography (HPLC) é uma técnica cromatográfica que se distingue por usar a fase móvel à alta pressão. O uso de pressões elevadas permite uma redução no diâmetro das partículas da fase estacionária, localizada no interior da coluna cromatográfica denominado de recheio. As partículas do recheio de tamanho de aproximadamente de 5,0 µm permitem a existência de uma maior área superficial nos sítios de adsorção permitindo maior eficiente de separação dos componentes da amostra. Essa "miniaturização" das partículas da coluna permite o uso de colunas menores, volumes menores de amostras e um gasto menor de fase móvel. Assim sendo, em cromatografia líquida de alta eficiência trabalha-‐se na faixa dos microlitros (µL). 2. OBJETIVO Quantificação de ácido acetilsalicílico, paracetamol e cafeína presentes no analgésico Cibalena®, através da cromatografia líquida de alta eficiência. 3. 3. PARTE EXPERIMENTAL Tabela 1 – materiais ,reagentes e equipamentos utilizados na análise de determinação ácido acetilsalicílico, paracetamol e cafeína presentes no analgésico Cibalena Materiais Reagentes 7 balões volumétricos de 50 mL 1 micropipeta de (10 -‐ 1000 µL) 1 garrafa lavadeira 1 pipeta de Pauster 4 Béqueres de 1000 mL Padrão Primário de Ácido Acetilsalicílico Padrão Primário de Paracetamol Padrão Primário de Cafeína Metanol grau HPLC Ácido fosfórico grau HPLC Comprimidos de Cibalena Filtros para seringa membrana de PTFE 0,45μm Equipamento HPLC com injetor automático, sistema desgaseificador, bomba quaternária, d etector UV-‐VIS de múltiplos comprimentos de onda, software LC Systems. Peagâmetro Balança Analítica Ultrassom 3.1 PROCEDIMENTO 3.1. Preparo da solução H3PO4 pH 2,5 1-‐ Coloque cerca de 800 mL de água deionizada em um béquer com capacidade de 1000 mL e introduza
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