Trabalho Gravimetria Calcio Precipitação homogênea

Prévia do material em texto

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
ICE – DEQUIM
Disciplina: Química Analítica II – IC 610
Turma T64 – Professora Cristina Maria Barra
Determinação Gravimétrica de Cálcio por Precipitação Homogêna
Introdução
Este trabalho tem por objetivo mostrar como se determina o cálcio a partir da precipitação homogênea e pesagem.
O método de análise gravimétrica, que é analítico quantitativo, consiste em duas principais etapas: a separação e pesagem do elemento, radical ou composto de um elemento. A separação do constituinte pode ser feita por três meios diferentes: precipitação química, eletrodeposição e volatilização. 
A pesagem ocorre por meios de equipamentos apropriados, e os cálculos são realizados com base no peso atômico e peso molecular, e se fundamentam na composição das sustâncias puras e na estequiometria das reações químicas.
Cálcio é um elemento da família dos metais alcalinos terrosos (2A). Seu símbolo é Ca, seu número atômico 20 e massa atômica 40u. É um metal branco prateado, relativamente mole. Funde a 845ºC. Forma o cátion Ca+2 em soluções aquosas. Quando em meio de uma solução de oxalato de amônio, forma um precipitado branco, o oxalato de cálcio, que é praticamente insolúvel em água.
Análise gravimétrica por precipitação
No processo de análise gravimétrica ocorre a transformação do elemento, a ser determinado, em um composto estável e puro que possa ser convertido numa forma apropriada para pesagem, já que nem sempre o constituinte pode ser pesado na mesma forma que precipitou, seja por não possuir uma composição definida, seja por não suportar as etapas de aquecimento durante o decorrer da análise. 
Mas como todo método, a análise gravimétrica tem suas vantagens e desvantagens.
As vantagens são: constitui de um método de extensa aplicação na determinação de macroconstituintes de uma amostra, é um processo que permite grande exatidão e precisão quando se utiliza balanças analíticas modernas, é um método barato porque utiliza de vidrarias simples e barata, é um método absoluto e não dependente de padrões, tem operações unitárias de fácil execução e de boa reprodutibilidade.
As desvantagens são: o tempo necessário para sua execução, o que pode ocasionar uma série de erros acumulativos devido ao grande número de etapas necessárias, como a perda de precipitados durante as etapas de transferências ou devido aos elementos interferentes na amostra inicial, além da falta de sensibilidade da determinação dos microconstituintes presentes na amostra. (BACCAN et al, p. 144, 2009)
Os métodos gravimétricos de precipitação são os mais importantes e numerosos. O constituinte a determinar é isolado mediante adição de um agente precipitante capaz de ocasionar a formação de uma substância pouco solúvel e de fácil separação. Esse agente precipitante deve agir especificamente, ou pelo menos seletivamente com o analito. Devem-se levar em conta vários fatores para a escolha do reagente precipitante, como por exemplo, a solubilidade, as características físicas e a pureza do precipitado obtido.
Para conseguir analisar, por meio da precipitação química, uma amostras, tem-se que seguir os seguintes passos:
Pesagem da amostra 
Preparação das soluções (reagentes e amostra): A partir de uma pequena quantidade de amostra (fração a ser analisada) se produz uma solução, sempre com um volume bem definido. É necessário que o elemento esteja em solução para a análise. Nessa fase prepara-se a solução água –mãe.
Precipitação: Escolhe-se sempre uma reação que produza um precipitado que seja facilmente filtrável, e que tenha também sua natureza química bem conhecida; É necessária uma solução supersaturada do elemento que deseja. 
	Sendo uma solução supersaturada instável a uma temperatura, ela tende a precipitar o excesso de soluto até atingir o estado de equilíbrio (solução saturada). Resulta em diferentes tipos de precipitados. Deve-se procurar obter um precipitado o mais puro possível, e para isso tomam-se as precauções quanto aos reagentes empregados, não só em relação à pureza, mas também na velocidade de sua adição. 
	É sempre recomendável adicionar o reagente gota a gota sob agitação, e sempre que possível, a quente. Este procedimento evita uma supersaturação localizada do reagente, o que produziria cristais muito pequenos, muito dispersos, que levaria a uma filtração extremamente demorada.
Digestão (ou maturação): Reorganização dos cristais do precipitado, pelo contato com a água-mãe, visando obter um precipitado com partículas grandes, o mais puro possível, já que as impurezas passam para a água-mãe, e de fácil filtração.
Filtração: O precipitado é separado do meio ao qual foi formado. Os meios de filtração são: filtro de papel e cadinhos de filtração. Deve-se utilizar um filtro que não interfira na quantidade de precipitado obtido. 
Lavagem: Processo em que se retira parte da água-mãe que ficou retida e elimina impurezas solúveis e não voláteis.
Secagem: Processo em que se retira a água do precipitado. A escolha do processo de secagem depende da natureza do precipitado, não podendo ser volátil nem higroscópio. 
Esfriamento do precipitado
Pesagem do precipitado: Tem que ter sua composição conhecida e considerar toda a precisão que o instrumento de pesagem (balança) permitir.
Cálculos e interpretação dos resultados: Então, para obter bons resultados, você deve ser capaz de obter um bom precipitado. E isso é possível quando um bom precipitado tem baixa solubilidade, de fácil recuperação, não ser ativo com o ar e água. (HARRIS, p. 691-692, 2008).
	Como a formação dos precipitados é um processo cinético, com o controle da velocidade da reação e de outras condições é possível conduzir a precipitação de maneira a separar a fase sólida com as melhores características físicas possíveis. É necessário considerar duas fases na formação dos precipitados: nucleação e o crescimento dos cristais. Na nucleação ocorre, por meio da junção aleatória das moléculas, a formação dos núcleos, que por não serem estáveis, crescem até atingir o tamanho de partículas coloidais. Podendo parar de crescer, ou não. Se não pararem, ocorre o crescimento dos cristais por estas.
As suspensões coloidais podem ser utilizadas para análise gravimétrica desde que suas partículas sejam convertidas em uma massa amorfa que possa ser filtrada. Isto pode ser obtido por um processo chamado coagulação (ou aglomeração). Para coagularem, as partículas precisam se colidir, mas as atmosferas iônicas das partículas coloidais, carregadas negativamente, repelem-se entre si. A coagulação pode ser induzida de duas maneiras: 1) Adição de um eletrólito inerte: um aumento na concentração dos íons responsáveis pela 2ª camada de adsorção favorece a aproximação das partículas e permite a coagulação do precipitado; 2) Aquecimento da solução: aumenta a energia cinética das partículas o suficiente para que possa sobrepor a repulsão eletrostática.
Peptização: Em um precipitado coagulado, as partículas são unidas por forças de coesão relativamente fracas e se o aglomerado for lavado de maneira inadequada, as partículas se dispersarão novamente para a forma coloidal. Um precipitado coagulado precisa ser lavado na presença de um eletrólito volátil, para que ele seja removido durante a secagem.
A supersaturação relativa é dada por (Q – S)/S, onde Q representa a concentração instantânea do soluto e S a solubilidade do equilíbrio. A supersaturação é um estado instável que se transforma em saturação através da precipitação do excesso de soluto. 
Em condições de supersaturação elevada, o número de núcleos gerados homogeneamente aumenta muito com o grau de supersaturação relativa. Segundo esta equação, quanto maior o grau de supersaturação relativa, isto é, quanto maior for a concentração em relação à solubilidade da solução, menor o tamanho das partículas, já que a velocidade da formação de novos núcleos será maior que a velocidade do crescimento de partículas. Por esta razão é comumem análises gravimétricas recomendar-se o uso de soluções reagentes diluídas, e que a mesma seja adicionada lentamente e com agitação.
As características físicas dos precipitados dependem, parcialmente, das condições em que foram formados. A temperatura, a concentração dos reagentes e a velocidade de adição dos mesmos e a solubilidade do precipitado no meio em que se origina, também influenciam. Existem os principais grupos de precipitados: graudamente cristalinos, pulverulentos, grumosos e gelatinosos: 
	Graudamente cristalinos: São precipitados com partículas cristalinas bem desenvolvidas, ou seja, densas e sedimentam rapidamente.
	Pulverulentos: São agregados cristalinos individuais menores. Também são densos e se sedimentam rapidamente. Exige um cuidado maior na filtração por serem menores. Sem o cuidado e a escolha do filtro certo, pode resultar em erros.
	Grumosos: É o resultado da floculação de coloides hidrofóbicos. São bastante densos. A floculação pode ser efetuada por adição de eletrólitos, aquecimento e agitação. Os agregados de partículas coloidais são facilmente retidos pelos meios filtrantes usuais.
	Gelatinosos: é o resultado da floculação de coloides hidrófilos. Tem consistência de flocos e arrastam uma quantidade considerável de água, dificultando a filtração e a lavagem.
Contaminação de precipitado
	Os precipitados podem arrastar alguns constituintes solúveis e de difícil remoção na lavagem. E estas impurezas são a maior fonte de erro na análise gravimétrica. Elas podem se incorporar ao precipitado de duas maneiras: Coprecipitação e Pós-precipitação.
	Coprecipitação: Ocorre quando as impurezas se incorporam ao precipitado no processo de formação do mesmo. A aderência pode ocorrer das seguintes maneiras:
Por formação de soluções sólidas, onde o íon contaminante é capaz de substituir o ânion ou o cátion na rede cristalina do precipitado. Normalmente esta substituição ocorre com íons de mesmo tamanho e mesma carga. Um modo de se contornar o problema é colocar a substância contaminante sob outra forma química antes da precipitação.
Por adsorção na superfície,  onde a impureza é adsorvida na superfície do precipitado e, à medida que as partículas crescem, o íon contaminante fica ocluído.
Por oclusão, só ocorrendo em precipitados cristalinos. O contaminante fica preso dentro do precipitado conforme ele é formado durante um crescimento rápido do cristal. A oclusão podem acontecer de duas maneiras, à medida que as partículas crescem: a) Os íons contaminantes são fisicamente adsorvidos na superfície do precipitado e ficam presos a ele durante o crescimento; b) Uma porção da solução fica presa, dentro do precipitado, formando uma bolsa.
Pós-precipitação: Ocorre a contaminação depois do precipitado formado. As impurezas se depositam sobre o precipitado, podendo aumentar a contaminação com o tempo da digestão, já que alguma outra substância, por meio de reação com o agente precipitante, pode precipitar em cima do precipitado de interesse.
DETERMINAÇÃO DO CÁLCIO POR PRECIPITAÇÃO HOMOGÊNEA:
	Aplicação: Determinação de cálcio por precipitação homogênea
	
	Objetivo: Utilizamos excesso de ácido oxálico (H2C2O4), que é adicionado a um volume cuidadosamente medido da amostra. Depois, adiciona-se amônia (NH3) para neutralizar o ácido e provocar a precipitação completa do cálcio presente na amostra, como oxalato de cálcio (CaC2O4), porque este é insolúvel em meio básico. A calcinação converte o precipitado a óxido de cálcio (CaO). Após o resfriamento, o cadinho com o precipitado é pesado e a massa de CaO é determinada subtraindo-se a massa do cadinho. Através de cálculos estequiométricos, se obtêm a quantidade de cálcio na amostra:
Materiais e Reagentes:
Ácido Oxálico - H2C2O4 (2M);
Amônia (NH3)
Água Natural;
Papel de filtro quantitativo;
Provetas (100 mL);
Cadinho de porcelana;
Bastão de vidro;
Funil;
Béquer de (250mL);
Mufla;
Balança (precisão: 0,001g).
Resumo do procedimento experimental
Transfere-se a amostra de água natural para a proveta.
Adiciona-se acido oxálico H2C2O4, sob agitação. O íon cálcio é precipitado na forma de sal orgânico oxalato de cálcio CaC2O4 (pouco solúvel) com acido oxálico H2C2O4. Em seguida adiciona-se amônia para neutralizar. Ocorrendo a precipitação completa do sal orgânico.
Deixou-se decantar por alguns minutos.
Filtrou-se de modo a formar uma coluna para acelerar o processo. O precipitado CaC2O4 é coletado do papel de filtro (este será convertido em CO2(gás) e H2O(vapor) pela ação oxidante do O2 atmosférico, sendo estes então eliminados.
Transferiu-se o resíduo para um cadinho de porcelana, previamente pesado
Calcinou-se em mufla a 900°C por 2 horas. Este processo converte o precipitado quantitativamente para oxido de cálcio (CaO).
Retirou-se o cadinho da mufla, deixou-se esfriar para, em seguida, pesá-lo.
 A porcentagem em peso do analito na amostra é dada por: 
Fator gravimétrico
CÁLCULO PARA A DETERMINAÇÃO:
Exemplo: Cálcio em 400mL de amostra de água natural foi determinado pela precipitação do cátion como CaC2O4. O precipitado foi filtrado, lavado e calcinado em cadinho com massa de 29,400g, quando vazio. A massa do cadinho mais o precipitado calcinado (CaO PM=56,08g/mol) foi de 29,530g. Calcule a massa de cálcio (PM=40.08g/mol) por 150mL de amostra de água. 
Passo 1: Cálculo da massa de CaO:
(massa cadinho + massa precipitado) - massa do cadinho = massa de CaO 
29,530 - 29,400 = 0,130g de CaO
Passo 2: Cálculo da massa de Ca presente no material calcinado:
CaO ------------------------------ Ca+2 
1mol de CaO ------------------- 1mol Ca+2 
1 x MM CaO -------------------- 1x MA Ca+2 
mCaO ----------------------------- mCa 
 mCa = mCaO x MACa+2 
MMCaO 
 mCa = 40,08 x 0,130 
 	 56,08
 mCa = 0,093 g (massa do Ca em 200 mL de amostra)
		
Passo 3: Cálculo da massa de Ca em 150 mL de amostra:
 mCa --------------- 400 mL 
 X --------------- 150 mL
 X = mCa x150mL 
 400mL 
 X = 0,081x150 
 400 
 X = 0,035 g (massa de Ca em 150 mL de amostra)
Bibliografia
BACCAN, N. et al. Química analítica quantitativa elementar. 2. ed. São Paulo - Campinas: Edgard Blucher São Paulo, 2 ed. 1992-1998, p. 144, 148.
HARRIS, C. Análise química quantitativa. 7. ed.  Rio de Janeiro: LTC, 2008. p. 689, 691, 692.
VOGEL, A. Química analítica quantitativa. 5.ed.  São Paulo: Ed. Mestre Jou, 1981. p.66, p.402.