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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO-QUÍMICA QUÍMICA ANALÍTICA II APLICADA À FARMÁCIA VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO Joshua Levi Maia Magalhães - 400737 Mac Dionys Rodrigues da Costa - 398722 FORTALEZA 2018 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO-QUÍMICA QUÍMICA ANALÍTICA II APLICADA À FARMÁCIA (Mac Dionys Rodrigues da Costa) (Joshua Levi Maia Magalhães) (Professora Dra. Maria Mozarina Bezerra Almeida) FORTALEZA 2018 1 1 - INTRODUÇÃO A volumetria de precipitação tem sua base em reações que formam compostos pouco solúveis. Elas são razoavelmente limitadas, porque muitas reações de precipitação não obedecem aos fatores necessários para uma titulação bem realizada, como a estequiometria ou a velocidade de reação. Além disso, apenas em um número reduzido dos casos é possível visualizar o ponto de equivalência da titulação, se fazendo necessário a utilização de indicadores que modifiquem a cor do sistema. Nas práticas, foram analisadas amostras de soro, água comum e xarope expectorante, a fim de se determinar as quantidades de NaCl, de íons cloreto e de KI, respectivamente. Para tal feito, foram utilizados dois métodos denominados argentimétricos, pois são formados sais de prata pouco solúveis. O primeiro metódo, denominado Método de Mohr, foi desenvolvido para a determinação de íons cloreto, brometo e iodeto a partir de solução de nitrato de prata. Já o segundo, denominado Método de Volhard, é uma titulação de retorno que envolve a titulação do íon prata, em meio ácido, com uma solução padrão de tiocianato de potássio. Neste relatório, a volumetria de precipitação será mais esmiuçada, tendo como base as práticas realizadas, bem como o objetivo das mesmas, e os posteriores resultados e discussões. 2- OBJETIVOS Determinar as concentrações de NaCl em soro em % (m/v), a concentração de íons cloreto na água comum em ppm, determinar a % (m/v) de KI em xarope expectorante; Proporcionar o aprendizado sobre a volumetria de precipitação, sobre seu procedimento experimental e sobre suas aplicações. 3- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A volumetria de precipitação tem sua fundamentação nas reações de solubilidade. Quando há a adição de compostos iônicos em água, haverá a dissociação dos íons no meio, estabelecendo um equilíbrio entre os íons em solução e o sólido: A constante de equilíbrio para a reação acima chama-se Kps (constante de solubilidade), e pode ser representada da seguinte forma: Kps = [A+] + [B-] A partir de tal sentença, é notável que quanto maior for a constante de solubilidade, haverá maior concentração de íons no meio e, consequentemente, maior será a solubilidade do composto. Na volumetria de precipitação, um dos principais fatores determinantes é o Kps do precipitado formado e as concentrações de reagentes. Por exemplo, no método de Mohr, a solubilidade do composto Ag2CrO4 é cerca de cinco vezes maior do que a do AgCl, devido à diferença de constantes de solubilidade. Logo, o AgCl precipita primeiro. 2 Dois métodos argentimétricos foram utilizados: Mohr e Volhard. No método de Mohr, o nitrato de prata é utilizado como titulante, para a determinação de íons como o cloreto, o qual funciona como titulado. Neste procedimento, acontece a seguinte reação: No entanto, o AgCl é um precipitado branco, que não fornece a mudança visual necessária para se determinar o ponto de equivalência. Para se determinar o ponto de equivalência, se faz precisa a adição de K2CrO4, pois a reação da prata em excesso com este composto formará um complexo iônico de cor castanho avermelhado, que possibilita a identificação do ponto final da titulação. Este excesso de íons prata deve ser eliminado do volume utilizado, para evitar erros analíticos e determinar com exatidão a quantidade de nitrato de prata que reagiu com cloreto. Para eliminar esse volume, o método de Mohr prediz que deve ser realizado um ensaio em branco, contendo apenas o titulante (AgNO3), um certo volume de água e o indicador (K2CrO4). Este ensaio é feito para se determinar a quantidade de íons prata que reage somente com o indicador, ou seja, a quantidade de íons prata que está em excesso. Determinado esse volume, é possível eliminá-lo da quantidade de volume utilizada anteriormente, para obtermos a quantidade de volume exata que reagiu com os íons cloreto. Já no método de Volhard, é feita uma retrotitulação, na qual os íons prata em excesso retornam, para reagir com o titulante escolhido, que, no caso, foi o KSCN. Este procedimento foi utilizado para a determinação de KI em xaropes. Este analito reage com a prata, através da seguinte reação: No entanto, o nitrato de prata foi colocado em excesso, formando uma quantidade maior de íons prata que o ideal. Este excesso deve reagir com o titulante, como supracitado, através da seguinte reação: Sabendo a quantidade total de nitrato de prata e a quantidade que não reagiu (que é a mesma quantidade que reagiu com o titulante), é possível determinar o volume exato de nitrato de prata que reagiu com a amostra de xarope. Todavia, nenhum dos precipitados formados é capaz de determinar o ponto final da titulação. Por causa disso, é colocado no sistema Fe3+, que será o indicador da titulação. É importante que o meio esteja ácido, para evitar a formação de Fe(OH)3. O íon férrico irá reagir com o íon tiocianato, através da seguinte reação: Este complexo iônico formado apresenta coloração vermelha alaranjada, o que indica o ponto final da titulação. 3 4- RESULTADOS E DISCUSSÃO Preparação das Soluções de AgNO3 0,1 mol L -1 e de NaCl 0,1 mol L-1 1. Preparação da solução de AgNO3 (mm= 170,0 g/mol) 0,1 mol/L: foi preparado uma solução de 100 mL de AgNO3 utilizando água deionizada e armazenando em um recipiente opaco objetivando evitar a redução do íon Ag+ que na presença da luz reduz-se a prata metálica. Inicialmente pesou-se 1,7029 g de nitrato de prata e dissolveu-se em 100 mL de água deionizada, a molaridade resultante foi calculada: M= m/mm x V M= 1,7029 g/ 170g/mol x 0,1 L M= 0,10017mol L-1 Por tratar-se de um padrão secundário, a solução necessita ser padronizada. 2. Preparação da solução de NaCl (mm= 58,45 g/mol) 0,1 mol/L: foi preparado uma solução de 50 mL de NaCl utilizando uma massa do sal previamente dessecado a 105 °C e água destilada. Pesou-se 0,2932 g de cloreto de sódio e dissolveu-se em 50 mL de água destilada, resultando na seguinte molaridade: M= m/mm x V M= 0,2932 g/ 58,45 g/mol x 0,05 L M= 0,10024 mol L-1 Por tratar-se de um padrão primário, a solução manterá essa concentração e não necessitará de uma padronização. Padronização da Solução de AgNO3 0,10017 mol/L AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 (reação da titulação direta) 2Ag+ + CrO4 -2 Ag2CrO4(s) (reação do ponto final) Este processo foi realizado em duplicata, portanto os valores de volume e a molaridade encontrada será um valor médio. A solução padrão utilizada como referência foi 10 mL da solução já preparadaanteriormente de NaCl 0,10024 mol/L e o indicador foi 0,5 mL de K2CrO4 5%. Os volumes de AgNO3 titulados foram 10,5 e 10,9 mL resultando em um volume médio de 10,7 mL e o volume titulado no ensaio em branco foi de 0,1 mL de AgNO3. Portanto o volume de AgNO3 que reagiu com NaCl foi de 10,7 - 0,1 = 10,6 mL. Calculou-se a molaridade da solução: Nº de mmol de NaCl = 0,10024 mol/L x 10 mL 1,0024 mmoles Se: 1 mol de AgNO3 _____________ 1 mol de NaCl X ________________ 1,0024 mmoles X = 1,0024 mmoles de AgNO3 Logo: M= nº mol/ V M= 1,0024 mmoles / 10,6 mL M= 0,09457 mol L-1 MÉTODO DE MOHR Determinação do teor de cloreto (Cl-) na água potável Ag+ + Cl- AgCl (reação da titulação direta) 2Ag+ + CrO4 -2 Ag2CrO4(s) (reação do ponto final) 4 Este procedimento foi realizado em duplicata, portanto os valore de volume titulado e a concentração encontrada será um valor médio. A solução padrão utilizado como referência foi a solução de AgNO3 0,09457 mol/L recentemente padronizada e o indicador foi 1 mL de K2CrO4 5%. Os volumes de AgNO3 titulados foram 3,6 e 3,8 mL, resultando em um volume médio de 3,7 mL e o volume titulado no ensaio em branco foi de 0,2 mL. Logo o volume médio de AgNO3 que reagiu com os íons cloretos foi 3,7 – 0,2 = 3,5mL. Calculou-se o teor de cloreto em ppm e em %(m/v): Nº mmol de AgNO3: 0,09457 mol/L x 3,5 mL = 0,33099 mmoles Se: 1 mol de AgNO3 _____________ 1 mol de Cl - 0,33099 mmoles _____________ X X = 0,33099 mmoles de Cl- Logo: massa de Cl- = nº x peso atômico 0,33099 mmoles x 35,5 g/mol = 11,7503 mg ppm (m/v)= mg/L 11,7503mg/ 0,1 L = 117,503 ppm % (m/v)= g/100mL 0,0117503g/100 mL x 100% = 0,0117503 % (m/v) Segundo a OMS, a água potável deve conter até 250 ppm de cloreto. Portanto, a amostra da água analisada está dentro do especificado segundo a OMS, sendo viável para o consumo. Determinação do teor de NaCl (mm = 58,45 g/mol) em soro fisiológico AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 (reação da titulação direta) 2Ag+ + CrO4 -2 Ag2CrO4(s) (reação do ponto final) Este procedimento foi realizado em duplicata, portanto os valores de volume titulado e a concentração encontrada será um valor médio. A solução padrão de referência foi a solução de AgNO3 0,09457 mol/L recentemente padronizada e o indicador foi 0,5 mL de K2CrO4 5%. Inicialmente, 20 mL de soro fisiológico foi diluído até 100 mL e posteriormente foi retirado uma alíquota de 10 mL para análise. Os volumes de AgNO3 titulados foram iguais nos dois testes, 3,6 e 3,6 mL, logo o volume médio corresponde a 3,6 mL e o volume titulado no ensaio em branco foi usado o mesmo já determinado na padronização da solução de AgNO3 0,10017 mol/L, igual a 0,1 mL. Portanto o volume de AgNO3 0,09457 mol/L que reagiu com NaCl em soro foi 3,6 – 0,1 = 3,5 mL. Calculou-se a % (m/v) do NaCl em soro: Nº mmol de AgNO3: 0,09457 mol/L x 3,5 mL = 0,33099 mmoles Se: 1 mol de AgNO3 _____________ 1 mol de NaCl 0,33099 mmoles _____________X X = 0,33099 mmoles de NaCl Logo: massa de NaCl: nº mmol x mm 0,33099 mmoles x 58,45 g/mol = 19,3466 mg Se: 10 mL ________________ 19,3466 mg 100 mL ________________ X X = 193,466 mg 5 A massa de NaCl presente nos 20 mL de soro é igual a massa presente nos 100 mL, porque a diluição não afeta a massa. Logo: % (m/v) = g/20 mL x 100% 0,193466g/ 20 mL x 100% = 0,98% (m/v) Segundo informações contidas no rótulo, a solução conta com 0,9% (m/v) de NaCl. Portanto, com um resultado 0,98%, podemos considerar que o soro está dentro do padrão especificado, porém a diferença de 0,08% pode ser atribuída aos erros de titulação que é inerente a toda titulação. Preparação da solução de KSCN 0,1 mol/L Preparação da solução de KSCN (mm= 97,09 g/mol) 0,1 mol/L: foi preparado uma solução de 100 mL de KSCN utilizando água destilada e 1,0648 g do sal, após a dissolução calculou-se a molaridade: M= m/mm x V M= 1,0648 g/ 97,09 g/mol x 0,1 L M= 0,1096 mol L-1 Por tratar-se de um padrão secundário, a solução necessita ser padronizada. Padronização da solução de KSCN 0,1096 mol/L Ag+ + SCN- AgSCN(s) (reação de titulação direta) SCN- + Fe+3 [FeSCN]+2 (reação no ponto final) Este procedimento foi realizado em duplicata, portanto os valores de volume titulado e a molaridade encontrada será um valor médio. A solução padrão de referência foi 10,0 mL de AgNO3 0,09457 mol/L, juntamente com 0,5mL de indicador sulfato férrico amoniacal e 3 mL de HNO3 5 mol/L para acidificar o meio e evitar que o íon Fe +3 do indicador precipite na forma de Fe(OH)3. Os volumes de KSCN titulados foram iguais a 9,7 mL nos dois testes, logo o volume médio foi de 9,7 mL. Calculou-se a molaridade da solução de KSCN: Nº mmol de AgNO3: 0,09457 mol/L x 10 mL = 0,9457 mmoles Se: 1 mol de AgNO3 ______________ 1 mol de KSCN 0,9457 mmoles _______________ X X = 0,9457 mmoles de KSCN Logo: M= nº mmol/ V M= 0,9457 mmles/ 9,7 mL = 0,09749 mol/L MÉTODO DE VOLHARD Determinação da concentração de KI (%KI) em xaropes Ag+ + I- AgI + Ag+(excesso) (reação de precipitação de haleto) Ag+(excesso) + SCN - AgSCN(s) (reação de titulação de retorno) SCN- + Fe+3 [FeSCN]+2 (reação no ponto final) 6 Este procedimento foi realizado em duplicata, portanto os valores de volume titulado e a concentração de KI (mm= 165,91 g/mol) encontrada será um valor médio. A solução padrão de referência foi 10 mL da solução de AgNO3 0,09457 mol/L, o indicador foi 1,0 mL de sulfato férrico amoniacal e 2,0 mL de HNO3 6,0 mol/L a fim de acidificar o meio e evitar que o íon Fe+3 do indicador precipite na forma de Fe(OH)3. Inicialmente 5,0 mL da amostra de xarope foi diluída até 50 mL e posteriormente retirado uma alíquota de 10 mL para análise. Os volumes de KSCN 0,09749 mol/L titulados foram 8,3 e 8,6 mL, resultando em um volume médio de 8,45 mL. Calculou-se então a % (m/v) de KI: Nº mmol de KSCN: 0,09749 mol/L x 8,45 mL = 0,82379 mmoles Nº mmol de AgNO3: 0,09457 mol/L x 10 mL = 0,9457 mmoles Nº mmol de AgNO3 (reagiu com KI)= Nº mmol de AgNO3 (adicionado) - Nº mmol de KSCN Nº mmol de AgNO3 (reagiu com KI)= 0,9457 mmol – 0,82379 mmol Nº mmol de AgNO3 (reagiu com KI)= 0,12191 mmol Se: 1 mol de AgNO3 (reaagiu com KI) ______1 mol de KI 0,12191 mmoles ______________ X X = 0,12191 mmol de KI Logo: massa de KI= mm x nº mmol 165,91 g/mol x 0,12191 mmol = 20,2260 mg de KI Se: 10 mL ____________________20,2260 mg de KI 50 mL ____________________ X X = 101,1304 mg de KI A massa de KI presente nos 5 mLda amostra é igual a massa presente nos 50 mL, porque a diluição não afeta a massa. Logo: % (m/v) de KI= 0,1011304g/ 5mL x 100% = 2,02 % (m/v) Segundo informações contidas no rótulo do Xarope NEO®, a concentração de KI é de 100 mg/5mL, isso nos dá uma %(m/v)= 2,00%, logo podemos considerar que a formulação encontra-se de acordo com o especificado no rótulo e, podemos atribuir que a diferença de 0,02% foi proveniente de erros de titulação que é inerente a qualquer análise de titulometria. Vale ressaltar o controle de qualidade seguidos durante os experimentos de modo a julgar alguma alteração quantitativa dos resultados a partir de um mal manuseio dos reagentes e dos produtos em análise. Durante cada experimentação as vidrarias foram previamente lavadas e para garantir ainda mais o estado inalterados dos reagentes, foi feito a ambientalização das vidrarias e dos recipientes antes de colocar o material a fim de evitar a diluição pela presença de água, por exemplo, ou para prevenir uma potencial contaminação do reagente e/ou produto. 7 A volumetria de precipitação como pôde-se perceber é um método de análise química quantitativa muito relevante para as análises de íons inorgânicos que reagem formando sais de baixa solubilidade, como é o caso do Cl-, I-, entre outros. Vale ressaltar a importância dessa prática para a formação do profissional farmacêutico, podendo ser empregado em análises clínica, hospitalar, perícia criminal, indústria e entre outros inúmeros campos de atuação do farmacêutico. Assim como todo e qualquer método baseado na titulometria, os erros de titulação estarão sempre presentes nos resultados uma vez que o ponto final da análise depende das mudanças físicas do indicador e da habilidade visual do analista que depende da individualidade biológica de cada um. Portanto, os erros experimentais presentes nos resultados como a concentração de NaCl no soro fisiológico, a concentração de KI no xarope NEO®, as concentrações das soluções de AgNO3 e de KSCN quando padronizadas foram inferiores aos valores esperados, todos esses erros podem ser atribuídos pelo ao fato de que não estávamos em um ambiente com condições ideais para uma análise quantitativa, reagentes que reagiam com o meio externo diminuindo suas concentrações e entre outros fatores supracitados. 5- CONCLUSÃO Portanto, conclui-se que os objetivos das práticas foram alcançados em relação aos conhecimentos repassados para os alunos, trabalhando o pensamento científico crítico sobre os fatos observados. Pôde-se perceber que o método de volumetria de precipitação é eficiente e de grande importância para o conhecimento farmacêutico. Os resultados foram bem aproximados dos teóricos, uma vez que a molaridade das soluções de AgNO3 0,1 M e KSCN 0,1 M padronizadas foram de 0,09457 M e 0,09749 M respectivamente, a concentração de íons cloretos na água foi 117,503 ppm sendo a concentração especificada pela OMS de até 250 ppm, a concentração de NaCl no soro fisiológico 0,9% foi igual a 0,98% e a concentração de KI em xarope expectorante 2,00% foi de 2,02%. 6- REFERÊNCIAS 1. Mendham, J; Denney, R. C; Barnes, J. D; & Thomas, M. J. K. “Vogel Análise Química Quantitativa”, 6a ed., LTC editora, Rio de Janeiro – RJ, 2002. Acesso: 25/04/18 2. Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R.; Fundamentos da Química Analítica, Cengage Learning, São Paulo, 2008. Acesso: 25/04/18 3. MANUAL DE LABORATÓRIO QUÍMICA ANALÍTICA II, p. 3-5, Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências, Departamento de Físico-Química e Analítica, Fortaleza - CE, 2018. Acesso: 25/04/18
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