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Universidade Federal de Goiás Instituto de Química Apostila de Química Analítica Quantitativa Experimental Professores: Dra. Gabriela Duarte Dra. Lívia Sgobbi Goiânia, GO Março/2019 2 Curso: Química - Disciplina: Química Analítica Quantitativa Experimental – 2019/1 Profa. Gabriela R. M. Duarte Chts: 64 Ementa: Pesagem em balança analítica; Aferição de Aparelhos Volumétricos; Preparo e padronização de soluções ácidas e básicas; Análise Gravimétrica; Volumetria de Neutralização; Volumetria de Precipitação (Métodos de Mohr, Fajans e Volhard). Volumetria de Complexação; Volumetria de Oxi-redução. CRONOGRAMA DE AULAS PRÁTICAS Nº Data Assunto 1. 13/03 Normas de segurança em laboratório e manuseio de material volumétrico 2. 20/03 Gravimetria – Determinação de Níquel em uma liga metálica 3. 27/03 Estatística Aplicada a Química Analítica 4. 03/04 Aferição de aparelhos volumétricos 5. 10/04 Preparo da solução de HCl 0,50 mol/L Preparo da solução de NaOH 0,150 mol/L 6. 17/04 Padronização da solução de NaOH 0,150 mol/L Volumetria Ácido-Base. Dosagem do ácido acético em vinagre comercial 7. 24/04 Volumetria Ácido-Base – Dosagem do AAS em analgésicos 8. 08/05 Espaço das Profissões 9. 15/05 Volumetria Ácido-Base – Dosagem do teor de Mg(OH)2 em leite de magnésia 10. 22/05 1ª Prova Escrita e Prática 11. 29/05 Volumetria de Precipitação – Métodos de Mohr e Fajans (Cl- em soro fisiológico) 12. 05/06 Volumetria de Precipitação – Método de Volhard (cloreto em soro fisiológico e em salmoura) 13. 12/06 Volumetria complexação - Dosagem de Ca2+ e Mg2+ em pastilhas anti-ácidas 14. 19/06 Volumetria Redox – Dosagem de H2O2 em água oxigenada comercial 15. 26/06 Volumetria Redox- Dosagem do teor de cloro em água sanitária 16. 03/07 2ª Prova Escrita e Prática 17. 10/07 Entrega de notas 3 REDAÇÃO CIENTÍFICA: RELATÓRIO Um texto científico deve conter no mínimo as seguintes partes: INTRODUÇÃO, OBJETIVO, DESENVOLVIMENTO e CONCLUSÃO. O relato por escrito, de forma ordenada e minuciosa daquilo que se observou no laboratório durante o experimento é denominado RELATÓRIO. Tratando-se de um relatório de uma disciplina experimental aconselhamos compô-lo de forma a conter os seguintes tópicos: Título: uma frase sucinta, indicando a ideia principal do experimento. Resumo: um texto de cinco linhas, no máximo, resumindo o experimento efetuado, os resultados obtidos e as conclusões a que se chegou. Introdução: um texto, apresentando a relevância do experimento, um resumo da teoria em que ele se baseia e os objetivos a que se pretende chegar. Objetivo: um texto curto e direto descrevendo qual o objetivo do experimento realizado. Determinar o que? Em que tipo de amostra? Usando qual metodologia? Parte experimental: um texto, descrevendo a metodologia empregada para a realização do experimento. Geralmente é subdividido em duas partes: Materiais e reagentes: um texto, apresentando a lista de materiais e reagentes utilizados no experimento, especificando o fabricante e o modelo de cada equipamento, assim como a procedência e o grau de pureza dos reagentes utilizados; Procedimento: um texto, descrevendo de forma detalhada e ordenada as etapas necessárias à realização do experimento. Resultados e discussões: um texto, apresentando resultados na forma de dados coletados em laboratório e outros resultados, que possam ser calculados a partir dos coletados em laboratório. Todos os resultados devem ser apresentados na forma de tabelas, gráficos, esquemas, diagramas, imagens fotográficas ou outras figuras. A seguir, apresenta-se uma discussão concisa e objetiva dos resultados, a partir das teorias e conhecimentos científicos prévios sobre o assunto, de modo a se chegar a conclusões. Conclusão: um texto, apresentando uma síntese sobre as conclusões alcançadas. Enumeram-se os resultados mais significativos do trabalho. Não se deve apresentar nenhuma conclusão que não seja fruto da discussão. Referências: Livros, artigos científicos e documentos citados no relatório devem ser indicados a cada vez que forem utilizados. Recomenda-se a formatação das referências segundo norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 4 ORIENTAÇÕES DE SEGURANÇA 1. Regras e segurança no laboratório Laboratórios de química são lugares de trabalho que necessariamente não são perigosos, porém são considerados áreas de risco que podem trazer diversos problemas para a saúde dos usuários caso não haja o devido cuidado. Deve-se então utilizar normas de conduta para assegurar a integridade das pessoas, instalações e equipamentos. Um laboratório bem organizado e bem gerenciado, representa risco mínimo a segurança e a saúde de quem os utiliza. Por isso, é importante que todas as pessoas que trabalham neste ambiente tenham uma noção clara dos riscos existentes e de como minimizá-los. As normas gerais de segurança que serão apresentadas aqui devem ser compreendidas e seguidas por todos (estudantes, docentes e técnicos) para tornarem seu trabalho no laboratório o mais seguro possível, a fim de evitar lesões para si e para os outros ao seu redor. Desta forma, qualquer pessoa que não seguir as Normas de Segurança está sujeita as seguintes medidas disciplinares: 1. Impedimento de participar de aula prática pelo professor da disciplina; 2. Advertência verbal pela Administração do IQ; 3. Advertência escrita pela Administração do IQ. Nunca é demais repetir: O MELHOR COMBATE AOS ACIDENTES É A PREVENÇÃO. 1.1. Normas de segurança pessoal • Usar óculos de segurança, exceto quando a remoção for autorizada pelo professor ou técnico. • Usar protetor facial quando solicitado pelo professor ou técnicos. • Usar luvas ao manipular reagente perigoso ou tóxico. • Usar jaleco fechado com manga longa, preferencialmente, de algodão. • Usar calçado fechado que cubra completamente os pés e o calcanhar, bem como calça comprida jeans ou de algodão. • Usar cabelos presos. • Remover adereços tais como: brincos e colares longos, anéis e pulseiras. • Não comer ou beber no laboratório. • Não usar fones de ouvido. 5 • Não deixar livros, bolsas, agasalhos sobre as bancadas e locais de circulação. • Não usar lentes de contato. • Lavar as mãos antes de sair do laboratório. • Informar ao professor ou técnico de laboratório de qualquer acidente. 1.2. Normas de segurança química • Certificar-se de que todos os produtos químicos estão claramente rotulados com o nome da substância, a concentração, a data e o nome do responsável. • Considerar todos os produtos químicos como perigosos. • Não expor solventes orgânicos à faísca elétrica ou à chama, pois estes são inflamáveis. SE NÃO HOUVER INDICAÇÃO NOS FRASCOS, ASSUMA QUE TODOS OS SOLVENTES ORGÂNICOS SÃO INFLAMÁVEIS. • Não levar à boca e não permitir que nenhum produtos químicos (sólidos, líquidos ou gasosos) entre em contato com sua pele, pois podem ser tóxicos, venenosos ou corrosivos. • Nunca pipetar com a boca. Utilizar a pera de sucção (também conhecida como pipetador de três vias). • Ser cuidadoso ao realizar procedimentos de transferência, destilação e aquecimento de líquidos. • Não devolver os produtos químicos usados ao recipiente de estoque, ao menos, que seja orientado pelo professor ou técnico. • Nunca aquecer um sistema fechado – o mesmo atuará como uma BOMBA!• Nunca adicionar água em ácido concentrado. Sempre despejar lentamente o ácido sobre a água. • Manter e manipular ácidos e bases concentrados, bem como substâncias voláteis e inflamáveis somente dentro da câmara de exaustão (Capela) com o sistema de exaustão ligado. • Realizar procedimentos que liberam gases ou produzem aerossóis dentro da Capela. • Ao aquecer tubos de ensaio contendo substâncias químicas, manter a extremidade aberta do tubo na direção oposta ao seu rosto e aos das demais pessoas. 1.3. Outras orientações de segurança Professor e técnico: • Certificar-se de que os corredores, os chuveiros de segurança e as portas não estão obstruídos. 6 • Certificar-se que todas as orientações de segurança sobre o experimento foram fornecidas e compreendidas pelos alunos. Aluno: • Certificar-se de estar familiarizado com todas as informações de segurança que lhes foram fornecidas sobre cada experimento antes de iniciá-lo. • Perguntar ao professor ou ao técnico de laboratório caso você não tenha certeza de como realizar o experimento de forma segura. • Informar o professor ou o técnico de laboratório caso um equipamento falhe durante o uso. Nunca tentar consertar o problema sozinho. • Informar imediatamente o professor ou técnico de laboratório quando houver derramamento de reagentes para que a limpeza seja feita de forma adequada. • Descartar os resíduos gerados no experimento conforme as instruções fornecidas no Manual de Laboratório da disciplina ou informadas pelo professor ou técnico de laboratório. • Deixar todas as vidrarias, equipamentos e ferramentas limpos assim como foram encontrados. 1.4. Comportamento de risco • Remover produtos químicos ou equipamentos do laboratório sem autorização do professor ou técnico de laboratório. • Realizar experimentos sem a presença ou autorização do professor ou técnico de laboratório. • Deixar experimentos sem vigilância durante o andamento. • Trabalhar fora do horário da aula, exceto em circunstâncias excepcionais com prévia autorização do professor ou técnico de laboratório. • Fazer brincadeiras dentro do laboratório. • Utilizar vidraria quebrada ou equipamentos danificados. • Realizar experimentos de forma acelerada. • Se sentir muito seguro e subestimar as normas de segurança. • Não utilizar os Equipamentos de Proteção Individual (EPI) e Equipamentos de Proteção Individual (EPC) obrigatórios. • Adaptar equipamentos inadequados ao procedimento. 2. Informações de segurança de produtos químicos 7 As informações de perigo de qualquer produto químico devem ser conhecidas anteriormente à sua manipulação no laboratório. Tais informação são sistematizados pelo Sistema Globalmente Harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS) e normatizadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), norma ABNT-NBR 14725, que traz orientações por meio de palavras de advertência, frases de perigo, frases de precaução e pictogramas padronizados, a serem utilizados mundialmente nos rótulos e nas Fichas de Informação de Segurança de Produtos Químicos (FISPQ ou MSDS/SDS do inglês, Material Safety Data Sheet). A FISPQ é um instrumento de comunicação dos perigos e possíveis riscos de um produto químico, levando em consideração o seu uso previsto. Essas fichas devem ser consultadas anteriormente ao uso, armazenamento ou transporte de qualquer produto químico e são encontradas nos sites de empresas que fabricam, transportam e armazenam produtos químicos como, por exemplo, os disponíveis no site da CISSP-IQ, www.cissp.quimica.ufg.br. Além disso, os perigos associados aos produtos químicos devem ser informados no rótulo do produto, por meio de seus pictogramas de perigo, normatizado pela ABNT-NBR 14725. O desenho e a modulação destes pictogramas devem ser elaborados conforme a ABNT-NBR 7500. Os pictogramas de alerta de perigo mais comuns em rótulos de produtos químicos e suas interpretações estão no quadro a seguir: Pictograma Classe de Perigo Explosivo; Auto-reativo; Peróxido orgânico. Gás sob pressão. Inflamável; Auto-reativo; Pirofórico; Auto- aquecimento; Emite gás inflamável; Peróxido orgânico. Oxidante. Corrosivo à pele; Causa danos severos aos olhos; Corrosivo aos metais. 8 Tóxico agudo (severo) Irritação da pele e dos olhos; Sensibilizante da pele; Tóxico a órgão alvo específico (única exposição); Tóxico agudo (prejudicial); Prejudicial à camada de ozônio. Carcinogênico; Sensibilizante respiratório; Tóxico reprodutivo; Tóxico a órgão alvo específico (exposições repetidas); Mutagênico a células germinativas; Perigo por aspiração. Tóxico à vida aquática (agudo); Tóxico à vida aquática (crônico). Adaptado de: Quim. Nova, Vol. 40, No. 3, 353-361, 2017 3. Procedimentos em caso de acidentes no laboratório Qualquer acidente, por menor que seja, deve ser informado ao professor ou técnico de laboratório. A Comissão de Saúde e Segurança do Servidor Público do Instituto de Química (CISSP-IQ) deve ser notificada logo após o ocorrido por meio do formulário disponível na site www.cissp.quimica.ufg.br, ou pelo canal de comunicação da CISSP-IQ no campo FALE CONOSCO. A notificação de acidentes é importante para que a comissão possa melhor identificar as situações de risco e propor iniciativas à comunidade do IQ que possam eliminar ou minimizar tais riscos. A seguir, estão descritos procedimentos básicos em caso de acidentes com produtos químicos e queimaduras, bem como informações sobre procedimentos em caso de incêndio. 3.1. Acidente com produto químico ou queimadoras Em caso de qualquer tipo de acidente que ocorra contato com produto químico ou queimadura, a recomendação é lavar imediatamente o local atingido com água corrente em abundância durante cinco minutos. Se necessário, use o chuveiro ou lava olhos de emergência. Em seguida, encaminhar imediatamente o acidentado ao serviço médico. 3.2. Princípio de Incêndio • Instruir alguém para chamar o corpo de bombeiros. Evacue o laboratório e solicite a uma pessoa para contatar os serviços de emergência assim que ela sair com segurança. 9 Mesmo que você seja capaz de extinguir o incêndio, é importante que o corpo de bombeiros seja acionado no caso de algum imprevisto. • Localizar os extintores de incêndio mais próximo. No IQ, os extintores estão localizados nos corredores. • Localizar uma saída de emergência. Antes de usar o extintor para apagar um incêndio, procure a saída mais próxima e posicione-se com as costas viradas na direção dela. Dessa forma, será possível escapar mais rápido no caso de uma emergência. • Trabalhe com extintor a uma distância segura das chamas. Antes de descarregar o extintor, posicione-se de modo que você fique a uma distância de 2 m a 3 m na chama. • Utilizar sempre o extintor de pó-químico. Nunca utilize água. 4. Bibliografia Leila K. Uema e Marcela G. Ribeiro, Pictogramas do GHS e sua aplicação como ferramenta de comunicação de perigos para estudantes de graduação, Quim. Nova, Vol. 40, No. 3, 353-361, 2017. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14725: Produtos químicos - Informações sobre segurança, saúde e meio ambiente Parte 2: Sistema de classificação de perigo. Rio de Janeiro, p. 98. 2009. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14725: Produtos químicos - Informações sobre segurança, saúde e meio ambiente Parte 3: Rotulagem. Rio de Janeiro, p. 53. 2012. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14725: Identificação para o transporte terrestre,manuseio, movimentação e armazenamento de produtos. Rio de Janeiro, p. 47. 2004. 10 VIDRARIAS E EQUIPAMENTOS BÁSICOS DE LABORATÓRIO Tubo de ensaio Erlenmeyer béquer proveta balão balão volumétrico 2 0 m L pipeta volumétrica e graduada bureta funil de separação funil de vidro e papel de filtro funil de buchner frasco de kitazato gral e pistilo capsula de porcelana conexões termômetro Dean-stark condensador reto (Liebig) condensador de bolas (Allinh) codensador de serpentina (Grahan) condensador de Friedrich coluna de vigreux coluna cromatográfica suporte universal Dessecador manta aquecedora chapa elétrica c/ agitação evaporador rotativo extrator de soxhlet bico de bunsen estufa 11 AULA 01: MANUSEIO DE MATERIAL VOLUMÉTRICO Introdução Em Química Analítica é extremamente recomendável que o aluno tenha conhecimento sobre o manuseio correto de todos os materiais, principalmente os volumétricos. Este procedimento é de extrema importância para a execução de qualquer atividade analítica, pois a medida de volume é uma das principais fontes de erro experimental. Sendo a Química uma ciência de caráter também experimental, um dos procedimentos mais utilizados em laboratório é a medição. Medir significa determinar, com base em uma escala, a quantidade de alguma grandeza. Muitas vezes, a prática química não exige que sejam realizadas medidas precisas- isso acontece quando o caráter é qualitativo. Outras vezes, no entanto, é necessário saber com exatidão as quantidades (em massa ou volume) das substâncias que estamos utilizando. Para determinarmos a massa, utilizamos balanças que podem ser mais ou menos precisas. Para determinarmos volumes, utilizamos vários recipientes que nos ajudam a realizar medidas, também com diferentes níveis de precisão. O resultado de uma determinada atividade prática depende, muitas vezes, do grau de precisão com que foram realizadas as medidas. Por isso, é importante conhecer os recipientes volumétricos, saber manipulá-los de forma correta, estar ciente dos erros que podem acontecer, e procurar evitá-los. Técnicas de leitura É necessário realizar a medição de volumes e das capacidades dos recipientes volumétricos com suficiente precisão. Erros nessas medições provocam resultados de análise incorretos, os quais devem ser evitados. Medir volumes de líquidos com qualquer um dos recipientes descritos significa comparar a superfície do líquido, denominada de menisco, Figura 1, como a escala do recipiente utilizado. Em consequência da tensão superficial na interface ar e líquido, essa interface pode ser côncava (maioria dos líquidos), ou convexa (mercúrio, por exemplo), Figura 2. Duas considerações devem ser feitas: 1. Se o menisco for de uma superfície côncava, sua parte inferior deverá coincidir com a linha de aferição. Se for convexo, será considerada sua parte superior, Figura 3; 2. Se o líquido for transparente, a parte inferior do menismo deverá coincidir com a linha de aferição. Se não for, será considerada sua parte superior. Outra técnica importante é a paralaxe, aonde deve ser observada a posição do olho do observador, Figura 4 . Esse deverá estar sempre no mesmo nível da marca de aferição do recipiente. Caso isso não ocorra, haverá o erro de leitura, ou erro de paralaxe. Em todos os casos de trabalho com material volumétrico, é muito importante que ele esteja limpo. Qualquer sujeira aderida às paredes dos recipientes altera o resultado final da medição. 12 Figura 1. Menisco Figura 2. Meniscos côncavo e convexo Figura 3. Leitura do menisco 13 Figura 4. Paralaxe Técnicas para manuseio de vidraria: A Figura 5, mostra a maneira correta de manusear a bureta durante uma titulação (A) e também a técnica da meia gota (B). Observe atentamente a Figura 5 Cada aluno deverá tentar, ao menos uma vez, repetir ambos os processos apresentados nas Figuras 5A e 5B. O controle da torneira da bureta e a técnica da meia gota serão extremamente importantes nas atividades relacionadas às análises quantitativas. Por isso, é preciso adquirir prática desde o início do semestre. Figura 5 – Manuseio correto da bureta durante uma titulação (A) e técnica da meia gota (B). (A) (B) 14 Avaliação da precisão dos instrumentos volumétricos: Separe os seguintes materiais: Pipeta graduada e volumétrica de 10,0 mL; Pisseta com água destilada; Bureta de 25,00 mL; Termômetro; Proveta de 10 e 100 mL; Balão volumétrico de 100,0 mL. Procedimento experimental: 1) Com o auxílio de uma pipeta volumétrica, transfira 10,0 mL para um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes. Anote as massas referentes às alíquotas transferidas. 2) Com o auxílio de uma pipeta graduada, transfira 10,0 mL para um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes. Anote as massas referentes às alíquotas transferidas. 3) Com o auxílio de uma proveta, transfira 10,0 mL para um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes. Anote as massas referentes às alíquotas transferidas. 4) Adicione um volume de 10 mL de água em um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes e anote as massas referentes às alíquotas. 5) Preencha uma bureta com água destilada. Em seguida, deixe escoar um volume de 10,00 mL de água da bureta para um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes e anote as massas referentes às alíquotas. 6) Com o auxílio de uma proveta, transfira 100,0 mL para um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes. Anote as massas referentes às alíquotas transferidas. 7) Adicione água em balão volumétrico de 100,0 mL, transfira este volume para um béquer devidamente pesado. Repita o procedimento outras 2 vezes. Anote as massas referentes às alíquotas transferidas. 8) Meça a temperatura da água utilizando um termômetro. A partir da temperatura medida, calcule o volume correspondente aos valores (da massa) encontrados nos itens anteriores. Use a Tabela da página seguinte para encontrar o valor da densidade da água em função da temperatura. 15 QUESTÕES: 1) Qual instrumento de medida de volume é mais sensível: o balão ou a proveta? Por quê? 2) Cite três instrumentos de medida exata. 3) Considerando a temperatura da água e os valores de densidade (da água) apresentados na página 19, o volume de água apresentado nas vidrarias corresponde ao valor verdadeiro? Quais as possíveis fontes de erro? 16 AULA 02 : Determinação Gravimétrica do Níquel Introdução Na análise gravimétrica, o constituinte a ser analisado é separado do restante da amostra sob a forma de uma fase pura, que é então pesada. A partir do peso desta fase pura, calcula-se o teor do constituinte que está sendo analisado. Esta técnica compreende quatro métodos distintos, dependendo do meio utilizado para se fazer a separação da fase pura : a) Gravimetria por precipitação química. b) Gravimetria de volatilização. c) Gravimetria de eletrodeposição. d) Gravimetria de extração. O método mais utilizado é a gravimetria por precipitação química. Neste método, o constituinte a ser analisado é isolado mediante a adição de um reagente específico, capaz de formar com aquele uma substância muito pouco solúvel e de composiçãoquímica bem definida. A substância precipitada é recolhida num cadinho filtrante, lavada, dessecada e posteriormente pesada. Um exemplo clássico do uso deste método é a determinação de níquel utilizando como agente precipitante a dimetilglioxima, num intervalo de pH entre 5 e 9. A dimetilglioxima é um composto orgânico bastante insolúvel em água e, por isso, é preparada como solução alcoólica a 1% (m/v). CH3 N OH NHO H3C 2 + Ni2+ H3C N O H3C N O Ni CH3N CH3N O O H H + 2 H+ O níquel desloca um próton de um dos grupos oxima (NOH) em cada molécula de dimetilglioxima e é complexado através dos pares de elétrons dos quatro nitrogênios. O 17 complexo formado (precipitado) é o dimetilglioximato de níquel, tem coloração vermelha e é facilmente filtrável. Os íons Fe3+, Al3+ e Cr3+ interferem neste procedimento através da precipitação de seus hidróxidos e devem ser removidos pela adição de citrato ou tartarato que formam complexos solúveis com os referidos íons. Procedimento Levar um cadinho de vidro sinterizado perfeitamente limpo a peso constante. Para isto, aqueça o cadinho limpo a 110 ºC durante uma hora, deixe-o esfriar ligeiramente, coloque-o num dessecador por 30 minutos e, em seguida, pese-o com precisão de 0,1 mg . Após esta operação de pesagem, repita todo o procedimento pesando novamente o cadinho. O cadinho será considerado a peso constante se a diferença entre duas pesagens consecutivas não for superior a 0,2 mg. Caso contrário, deve-se repetir o aquecimento em estufa e a secagem em dessecador até obtenção de peso constante. A amostra a ser analisada será um arame contendo níquel. Pese 1,0 g do arame em um bequer, dissolva-o com HNO3 concentrado (abertura – em capela) e, em seguida, transfira quantitativamente a solução obtida para um balão volumétrico de 1000 mL e dilua até a marca. Transfira uma alíquota de 25 mL desta solução para um bequer de forma alta de 400 mL, dilua até 200 mL com água destilada e aqueça a solução resultante em banho-maria a 60 – 80 ºC. Adicione, agitando constantemente, uma quantidade de solução alcoólica a 1% em dimetilglioxima, suficiente para causar a precipitação completa do níquel e ainda um ligeiro excesso ( +12 mL ). Adicione lentamente e sob constante agitação, solução ( 1:1 ) em NH4OH até a neutralização e, a seguir, adicione um excesso de 1 a 2 mL do mesmo reagente. Mantenha a solução em banho-maria por 20 a 30 minutos e em seguida, deixe-a em repouso, sem aquecimento, durante 1 hora. Filtre a solução em cadinho filtrante previamente lavado, pesado e, levado a peso constante. Lave o precipitado com água fria para eliminar as impurezas. Leve o cadinho novamente à estufa a 110 ºC até a obtenção de peso constante. Calcule a quantidade de níquel na alíquota tomada para analisar, multiplicando o fator gravimétrico do níquel (0,2032) pelo peso do precipitado obtido. A seguir, considere as diluições feitas e calcule a percentagem de níquel no arame analisado. 18 Questões: 1. 0,150 gramas de uma amostra de meteorito são analisados para determinação de níquel. A amostra é dissolvida em ácido nítrico e os resíduos sólidos que restam são removidos por filtração. A amostra é diluída com água e tratada com citrato de sódio e excesso de dimetilglioxima. O dimetilglioximato de níquel é precipitado pela adição de amônio a solução aquecida da amostra. Depois da filtração, lavagem e secagem, o precipitado pesou exatamente 0,1733 g. Calcule a percentagem de níquel no meteorito. 2. Qual o volume mínimo de uma solução de dimetilglioxima, que contém 0,020 g de dimetilglioxima por mL, necessário para precipitar todo o níquel de 0,350 g de uma amostra que contém 26% de níquel ? 3. Prove que a adição de 12 mL da solução alcoólica a 1% em dimetilglioxima assegura a precipitação total do níquel presente na alíquota tomada para analisar, e ainda proporciona um excesso do agente precipitante. 19 Aula 03:Estatística Aplicada à Química Analítica Esta prática é uma adaptação de uma proposta da Profa. Suzane Rath, do Instituto de Química da UNICAMP (CANAES, L.S. et al. Using Candy Samples to Learn About Sampling Techniques and Statistical Data Evaluation. Journal of Chemical Education, Washington, DC, v. 85, n. 8, p. 1083-1088, ago./2008). 1. Introdução: Todas as medidas físicas possuem certo grau de incerteza. Quando se faz uma medida procura-se manter esta incerteza em níveis baixos e toleráveis, de modo que o resultado possua uma confiabilidade aceitável, sem a qual a informação obtida não terá valor. A aceitação ou não dos resultados de uma medida dependerá de um tratamento estatístico. Por meio dos termos precisão e exatidão a química desenvolve um potencial analítico para emitir um resultado. Precisão é a concordância entre os vários valores experimentais obtidos, quanto mais próximos entre si estiverem, ou seja, maior será a precisão quanto menor for a amplitude das medidas. A exatidão traduz a concordância dos valores experimentais com o valor verdadeiro. Em outras palavras, exatidão está relacionada à veracidade das medidas e precisão à sua reprodutibilidade. Precisão não implica necessariamente em exatidão: os resultados obtidos podem ser concordantes entre si e discordantes em relação ao valor verdadeiro. Além disso, a validade das conclusões derivadas da análise de uma amostra depende, entre outras coisas, dos métodos empregados na obtenção e preservação da amostra. Sabe-se que a amostragem é a uma das maiores fontes de erro na análise química e, por isso uma amostra deve ter todas as propriedades do material original. As principais etapas na amostragem compreendem: ✓ Identificação da população de onde a amostra vai ser retirada. ✓ Seleção e obtenção da “amostra bruta”. ✓ Redução da “amostra bruta” à amostra laboratorial. 2. Objetivo: O objetivo desta atividade é realizar um plano de amostragem, empregando confeitos M&M, e definir as condições experimentais para reduzir a amostra bruta para amostra laboratorial. 20 Para efeitos de controle, será utilizada a embalagem marrom de 52 g do confeito de chocolate. 3. Procedimento: Parte A 1. Conte o número total de M&M no pacote e determine a quantidade por cor. Anote os resultados na Tabela 2. 2. Transforme todos os resultados do item 1 em porcentagem. Represente o resultado com o número correto de algarismos significativos. 3. Verifique se o valor obtido para cada cor difere significativamente do valor teórico do fabricante (erro relativo). Um valor teórico da distribuição média das cores das pastilhas por pacote é apresentado na Tabela abaixo. Tabela 1: Valor teórico para a distribuição média das cores de M&M para uma embalagem marrom de 52 g. cor vermelho amarelo laranja azul verde marrom % 14,3 21,4 21,4 14,3 14,3 14,3 Parte B 4. Calcule a média percentual de todos os resultados da classe (total e para cada cor). 5. Calcule a estimativa do desvio padrão (absoluto). 6. Represente os resultados dentro de um intervalo de confiança de 95 e 99 %. 7. Verifique se o resultado da sua amostra difere significativamente da média total (valor médio x intervalos de confiança). Parte C Juntar todos os confeitos da classe em um único recipiente (amostra bruta) e sugira um procedimento de amostragem para obtenção da amostra laboratorial considerando os resultados a serem obtidos nos itens 8 e 9. TRABALHAR UM GRUPO DE CADA VEZ. 8. Use duas medidas de amostragem (copos pequenose grandes) e verifique se foi possível obter uma amostra representativa (calcular os erros relativos para cada amostragem). 9. Faça a amostragem por quarteamento e compare com os resultados anteriores fazendo a coleta com as duas medidas de amostragem. 21 ANEXOS: Tabela 2: Modelo de Tabela para organização e apresentação dos resultados Parte OBS vermelho amarelo laranja azul verde marrom A-1 Número total A-2 Total (%) A-3 ER (%) B-4 Média % da classe B-5 Desvio padrão B-6.1 Intervalo conf. (95%) B-6.2 Intervalo 99% conf. (99%) B-7 Estatisticamente igual (99%)? C-8.1 ER (copo pequeno) C-8.2 ER(copo grande) C-9.1 ER (copo pequeno) C-9.2 ER(copo grande) Tabela 3: Valores de “t” para 2 intervalos com 95% e 99% de confiança. AULA 04: AFERIÇÃO DE VIDRARIAS VOLUMÉTRICAS 22 Introdução A aferição de vidrarias volumétricas é uma operação que consiste em verificar se os valores nominais das graduações originais correspondem aos volumes verdadeiros, dentro dos limites de tolerância permitidos. A Tabela 2.1 apresenta os dados experimentais obtidos durante um processo de aferição de uma bureta de 20 mL (graduada ao centésimo) à temperatura de 16 0C. Tabela 2.1 - Dados obtidos para aferição de uma bureta de 20 mL à temperatura de 16 0C Leitura na Bureta (mL) Volume aparente (mL) Massa (g) Volume verdadeiro (mL) Correção parcial (mL) Correção total (mL) Volume total (mL) 0,00 -- -- -- -- -- -- 5,01 5,01 5,01 5,02 +0,01 +0,01 5,02 10,07 5,06 5,02 5,03 -0,03 -0,02 10,05 15,06 4,99 4,98 4,99 0,00 -0,02 15,04 20,00 4,94 4,96 4,96 +0,02 0,00 20,00 Procedimento Experimental: Antes de iniciar o experimento, usar um termômetro para fazer a leitura da temperatura da água. Em seguida, pegue uma bureta e realize todo o processo de limpeza, lembrando-se dos métodos corretos para seu preenchimento, lavagem e ambientalização. Preencha a bureta com água destilada. A partir do exemplo apresentado na Tabela 2.1, faça a aferição de uma bureta de 25 mL graduada ao décimo. Utilize os valores de massa referentes à temperatura do ambiente para calcular a correção parcial e a correção total do volume lido na bureta. Lembre-se que a densidade (g mL-1) é calculada pela razão entre o valor da massa medida (gramas) e o respectivo volume (mL). Tabela 2.2. - Valores da massa de água pura, para um volume de 1 L, em função da temperatura (T) 23 T (ºC) Massa (g) T (ºC) Massa (g) T (ºC) Massa (g) T (°C) Massa (g) 15 997,93 19 997,35 23 996,60 27 995,69 16 997,82 20 997,18 24 996,38 28 995,44 17 997,66 21 997,00 25 996,17 29 995,18 18 997,51 22 996,80 26 995,93 30 994,91 Preencha a Tabela 2.3 com os dados obtidos pelo seu grupo. Expresse o valor da massa com quatro (ou três – dependendo da balança) casas decimais. Para as medidas de volume, expresse os valores com duas casas decimais. Lembre-se dos algarismos significativos para fazer eventuais aproximações. Tabela 2.3 - Valores obtidos para a aferição de uma bureta de 25 mL à temperatura de ________. Densidade da água utilizada: _________ g/mL Leitura Bureta (mL) Volume aparente (mL) Massa do Erlenmeyer + água (g) Massa (g) Volume verdadeiro (mL) Correção parcial (mL) Correção total (mL) Volume total (mL) 0,00 -- -- -- -- -- -- -- Repita o experimento três vezes. Calcule a média e o desvio padrão. Insira todos os dados experimentais no relatório científico, bem como as possíveis fontes de erros experimentais observadas no procedimento experimental. Observações: Na aferição de vidrarias volumétricas é necessário ter os seguintes cuidados: a) As vidrarias devem estar perfeitamente limpas; b) As vidrarias e a água utilizada na aferição devem estar na sala de trabalho, o tempo necessário para que se equilibrem termicamente com o ambiente; c) A temperatura não deve oscilar, tanto quanto possível; d) Deve-se reduzir ao mínimo o contato manual com as vidrarias. 24 Aula 05: Preparo e Padronização de Soluções Introdução Ao analista é importante saber o que é concentração de uma solução e sob que forma ela pode ser expressa. Define-se concentração como sendo a quantidade de soluto contida num determinado volume de solução. Como a quantidade de soluto pode ser dada em diferentes unidades de peso ou números proporcionais (fórmula-grama, mol e equivalente- grama), a concentração encontra várias formas de expressão: formalidade, mol/L, normalidade, percentagem em peso (p/p), percentagem em volume (p/v) e percentagem simples (m/v). Nem sempre as substâncias químicas utilizadas no preparo de soluções, são obtidas com características que nos permitem expressar de imediato e com exatidão a concentração das soluções. Sob este ponto de vista, as substâncias químicas (solutos) podem ser divididas em padrões primários e não padrões primários, conforme preencham ou não os requisitos a seguir: a) Ser de fácil obtenção, purificação, dessecação e conservação; b) Manter-se inalterável ao ar durante a pesagem, isto é, não devem ser higroscópicas e nem eflorescente; c) Deve ter uma pureza absoluta (100%) ou conhecida em relação ao componente ativo. Quando a substância não for absolutamente pura, suas impurezas devem ser inertes em relação à substância envolvida na reação; d) Sua reação deve ser rápida, completa e de estequiometria bem definida; e) Deve ter massa molar elevada, de modo a minimizar possíveis erros de pesagem. Em função desta divisão, também as soluções padrões podem ser classificadas em dois grupos: a) Soluções padrões do tipo direto São soluções preparadas a partir da dissolução de uma quantidade definida de um soluto considerado padrão primário, seguida de diluição a um volume determinado. Neste caso, estas soluções possuem de imediato, concentrações exatamente conhecidas. 25 b) Soluções padrões do tipo indireto São soluções preparadas a partir de solutos que não são considerados padrões primários. Neste caso, a quantidade pesada do reagente não representa a quantidade definida (exta) da substância desejada, o que confere a estas soluções concentrações aproximadas. Estas soluções devem ser padronizadas para serem consideradas soluções padrões. Padronizar uma solução é determinar sua concentração verdadeira. O processo de padronização não difere em nada de uma titulação convencional. Na padronização de uma solução ácida, utiliza-se um padrão primário de caráter básico e vice-versa. Procedimento Experimental: 1. Preparo de soluções As etapas abaixo representam um roteiro geral que deve ser obedecido quando do preparo de soluções: a) Calcular a quantidade de soluto (massa) quando se tratar de soluto sólido e volume quando se tratar de soluto líquido. b) Pesagem ou medida de volume do soluto. c) Transferência quantitativa do soluto para o balão volumétrico adequado. d) Dissolução do soluto com constante homogeneização. e) Completar o volume até o traço de calibração. f) Homogeneização final. g) Transferir a solução para um frasco adequado e rotular. Considerar as especificações (pureza e densidade) contidas no rótulo de um ácido clorídrico comercial, e preparar 200 mL de solução + 0,50 mol/Lem HCl. 2. Padronização de soluções: Padronizar a solução + 0,50 mol/L em HCl utilizando como padrão primário o tetraborato de sódio ou bórax (Na2B4O7.10H2O). Esta padronização pode ser feita por dois processos diferentes: 26 a) Certa quantidade do padrão primário adequado é pesada com exatidão, transferida quantitativamente para um erlenmeyer, dissolvida e a solução resultante é então titulada com a solução a padronizar (repetir esta operação no mínimo três vezes). HCl + 0,150 mol/L 2 gotas de vermelho de metila diluir até 50 mL 0,5720 g de bórax V1 = Na2B4O7.10H2O + 2HCl 4H3BO3 + 2NaCl + 5H2O Na2B4O7.10H2O + 2 HCl 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O b) Prepara-se uma solução de um padrão primário adequado (solução padrão do tipo direto) e em seguida, uma alíquota desta solução é titulada com a solução a padronizar. 200 mL 20 mL 5,7201 g de bórax HCl + 0,150 mol/L V2 = 2 gotas de vermalho de metila diluir até 50 mL Na2B4O7.10H2O + 2HCl 4H3BO3 + 2NaCl + 5H2O Na2B4O7.10H2O + 2 HCl 4 H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O 2 gotas de vermelho de metila A partir dos dados obtidos nos itens a e b deste procedimento, calcule a concentração exata (em mol/L) da solução de ácido clorídrico. INDICADOR COR EM MEIO ÁCIDO COR EM MEIO BÁSICO Vermelho de metila vermelho (pH 4,2) amarelo (pH 6,2) 27 Aula 06: Dosagem de Ácido Acético em Vinagre Comercial Introdução A palavra vinagre deriva de: “vin”- que significa vinho e “aigre”- que significa amargo. Sua origem é muito antiga, e a data de seu aparecimento não é conhecida. Porém, avaliando o significado da palavra vinagre, pode-se afirmar que ele surgiu no mesmo período que o vinho, justamente a partir de um vinho azedo, isto é, de um vinho que “passou do ponto”. Na história encontram-se relatos de seu uso entre babilônios, indianos, gregos e persas. Ao entender o processo de fermentação do vinagre, o homem descobriu que o vinagre pode ser fabricado não só de vinho, mas a partir de qualquer substância aquosa que contenha açúcar e outros nutrientes, que proporcionem uma fermentação alcoólica seguida de uma fermentação acética. No processo alcoólico, as leveduras alimentando-se do açúcar, produzem o álcool. A fermentação acética consiste na oxidação do álcool etílico em ácido acético, pela atuação de bactérias acéticas do gênero Acetobacter e Micoderma Aceti. Portanto, encontramos hoje, vinagres produzidos a partir de diversas matérias-primas: uva, maçã, abacaxi, pêssego, batata, mandioca, cevada, trigo, arroz, milho, mel, melaço, aguardente, cerveja e outros. Em resumo, o vinagre comercial ou fermentado acético, nada mais é do que uma solução de ácido acético cuja concentração pode variar de 4,0 a 7,9 % (m/v) de acordo com regulamentação do Ministério da Agricultura e do Abastecimento. O teor de ácido acético pode ser determinado com facilidade, por titulação com solução padrão de hidróxido de sódio, na presença de indicadores ácido-base com zonas de transição situadas na região fracamente alcalina, tais como: fenolftaleína, timolftaleína e azul de timol. Convém ressaltar que a acidez total do vinagre é normalmente expressa como conteúdo de ácido acético, que é seu constituinte principal, porém, também é devida a outros ácidos presentes em pequenas proporções. 28 Procedimento Experimental: 1. Preparo de solução aproximadamente 0,150 mol/L em NaOH Considerar as especificações contidas no rótulo de um frasco de hidróxido de sódio p.a., e preparar 250 mL de uma solução + 0,150 mol/L em NaOH. 2. Padronização da solução aproximadamente 0,150 mol/L em NaOH Utilizar o biftalato de potássio (KHC8H4O4 – massa molar = 204,23 g/mol) como padrão primário e determinar a massa (x/y) a ser pesada deste padrão, admitindo que se pretenda gastar um volume da solução básica, aproximadamente igual a 80% do volume total da bureta de 25 mL. Antes de utilizar este padrão primário, deve-se secá-lo em estufa a 120 ºC durante 2 horas. a) Pesar X g do padrão biftalato de potássio, transferir quantitativamente para um erlenmeyer, dissolver e titular com a solução + 0,150 mol/L em NaOH. NaOH + 0,150 mol/L V1 = 3 gotas de fenolftaleína diluir até 50 mL X g de biftalato de potássio KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O b) Preparar uma solução padrão de biftalato de potássio adequada e, em seguida, titular uma alíquota de 20 mL desta solução com a solução + 0,150 mol/L de NaOH. Y g de KHC8H4O4 250 mL 20 mL NaOH + 0,150 mol/L V2 = 3 gotas de fenolftaleína diluir até 50 mL KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O A partir dos dados obtidos nos itens a e b deste procedimento, calcule a concentração exata (em mol/L) da solução de hidróxido de sódio. 29 3.1 Comparação de medidas repetidas (precisão). Dosagem do teor de ácido acético em vinagre comercial Preparar 200 mL de solução 20% (m/v) em vinagre comercial e titular alíquotas de 20 mL desta solução com a solução padrão de hidróxido de sódio, utilizando fenolftaleína como indicador. Repita o procedimento para mais 4 replicatas (Tabela 1). Calcular a percentagem (m/v) de ácido acético no vinagre comercial, considerando as diluições realizadas e os dados obtidos neste procedimento. Tabela 1: Comparação dos teores de ácido acético (% m/v) obtidos pelo Grupo com o valor declarado no rótulo da amostra de vinagre. Replicatas V NaOH gasto (mL) % (m/v) ácido acético 1 2 3 4 5 Média ----- Desvio padrão ----- Valor esperado ----- 3.2. Comparação de médias de dados em pares a) Preparo das amostras Preparar 100 mL de solução 20% (m/v) de cada vinagre comercial. Transferir 20,00 mL de cada amostra de vinagre com auxílio de uma pipeta volumétrica, para um balão volumétrico de 100,0 mL e completar o volume até a marca de aferição do balão com água destilada. V i n a g r e 4 0 m L 2 0 m L N a O H P a d r ã o V 3 = 3 g o t a s d e f e n o l f t a l e í n a d i l u i r a t é 5 0 m L C H 3 C O O H + N a O H C H 3 C O O N a + H 2 O 2 0 0 m L 30 b) Titulação volumétrica Transferir uma alíquota de 20,0 mL das amostras preparadas anteriormente, com o auxílio de uma pipeta volumétrica, para cada erlenmeyer, adicionar 2 gotas de indicador fenolftaleína em cada erlenmeyer. Cada mistura é cuidadosamente titulada com solução padronizada de NaOH ~ 0,150 mol/L até o aparecimento de uma leve coloração rósea, que persista por 30 segundos. Anote o volume gasto. Tabela 2 – Comparação dos resultados dos teores de ácido acético (% m/v) obtidos pelo seu Grupo com aqueles obtidos por outro Grupo para a análise das diferentes amostras de vinagre. Amostra Grupo Outro grupo D (%m/V(A) - % m/V(B)) V NaOH gasto (mL) % (m/v) ác. acetico V NaOH gasto (mL) % (m/v) ác. acetico Vinagre 1 Vinagre 2 Vinagre 3 Vinagre 4 Vinagre 5 Média da diferença ----- ----- ----- ----- Desvio padrão da diferença ----- ----- ----- ----- 4. Relatório a) Para o procedimento 3.1 compare o valor determinado com o estipulado pelo fabricante (rótulo)empregando o Teste t mais adequado; verifique se os resultados experimentais são ou não diferentes do esperado, num nível de 95 % de confiança. b) Ainda para o procedimento 3.1 determine o intervalo de confiança para as médias obtidas pelo grupo num nível de 95 % de confiança. c) Para o procedimento 3.2 faça o teste t pareado e verifique se os resultados experimentais do grupo A são ou não diferentes do grupo B, num nível de 95 % de confiança. t pareado = (média diferença) / (S diferença / N ½) 31 Aula 07: Dosagem de Ácido Acetilsalicílico (AAS) em Analgésicos e Antipiréticos Comerciais Introdução Os comprimidos são preparações farmacêuticas de consistência sólida, forma variada, geralmente cilíndrica ou lenticular. Estes são obtidos agregando, por meio de pressão, várias substâncias medicamentosas, as quais podem ou não ser envolvidas por revestimentos especiais, recebendo, neste caso, a denominação de drágeas. Para obter um comprimido, como já citado, é preciso submeter o granulado (mistura de substâncias contendo o princípio ativo) a uma pressão. Esta pode ser exercida por dois punções no interior de uma câmara de compressão ou matriz, cujo fundo é constituído pelo punção inferior. Logicamente, o peso do comprimido não é determinado por pesagem individual, mas por um método volumétrico, isto é, pelo volume de granulado que fica aprisionado no sistema punções-matriz. Para que este sistema volumétrico seja suficientemente exato, é necessário que o granulado apresente constância de características físicas (tamanho e peso), o que nem sempre é obtido. Por esta razão, o peso dos comprimidos nunca é uniforme, variando dentro de limites de tolerância admitidos, inclusive podem ocorrer variações na quantidade de princípio ativo, também dentro de limites de tolerância. Com relação à quantidade de princípio ativo anunciada nos rótulos dos medicamentos, tolera-se uma variação de aproximadamente 10% (para mais) dependendo do comprimido considerado. De qualquer modo, em relação aos comprimidos oficinais, as farmacopéias estabelecem, para cada caso, os limites de tolerância admitidos. O ácido acetilsalicílico pertence ao grupo dos analgésicos não-opióides, que alivia as dores brandas e moderadas e não causam dependência ao usuário. Na preparação de comprimidos deste princípio medicamentoso, mistura-se AAS (0,500 g) com amido (0,100 g), que atua como desagregante, e com pequena quantidade de talco como lubrificante. O teor de AAS nos comprimidos pode ser determinado por titulação com solução padrão de hidróxido de sódio, utilizando a fenolftaleína como indicador. 1. Preparo de solução aproximadamente 0,100 mol/L em NaOH Considerar as especificações contidas no rótulo de um frasco de hidróxido de sódio p.a., e preparar 250 mL de uma solução + 0,100 mol/L em NaOH. 32 2. Padronização da solução aproximadamente 0,100 mol/L em NaOH Utilizar o biftalato de potássio (KHC8H4O4 – massa molar = 204,23 g/mol) como padrão primário e determinar a massa (x/y) a ser pesada deste padrão, admitindo que se pretende gastar um volume da solução básica, aproximadamente igual a 75 % do volume total da bureta de 25 mL. Antes de utilizar este padrão primário, deve-se secá-lo em estufa a 120 ºC durante 2 horas. a) Pesar X g do padrão biftalato de potássio, transferir quantitativamente para um erlenmeyer, dissolver e titular com a solução + 0,100 mol/L em NaOH. KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O NaOH + 0,100 mol/L V1 = 3 gotas de fenolftaleína diluir até 50 mL X g de biftalato de potássio KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O b) Preparar uma solução padrão de biftalato de potássio adequada e, em seguida, titular uma alíquota de 20 mL desta solução com a solução + 0,100 mol/L de NaOH. KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O 3 gotas de fenolftaleína diluir até 50 mL NaOH + 0,100 mol/L V2 = 20 mL 250 mL Y g de KHC8H4O4 KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O A partir dos dados obtidos nos itens a e b deste procedimento, calcule a concentração exata (em mol/L) da solução de hidróxido de sódio. 3. Dosagem do teor de ácidoacetil salicílico (AAS) em comprimidos Pesar um comprimido em um bequer dissolvê-lo em 25 mL de etanol p.a., transferir este conteúdo quantitativamente, com água destilada, para um balão volumétrico de 100 mL e 33 diluir até a marca. Titular alíquotas de 25 mL desta solução, com a solução padronizada de hidróxido de sódio, usando a fenolftaleína como indicador do ponto final. comprimido Z gramas 25 mL de etanol 25 mL 100 mL NaOH Padrão V3 = 3 gotas de fenolftaleína diluir até 50 mL + NaOH + H2O COOH O COOCH3 COONa O COOCH3 + NaOH + H2O COOH O COOCH3 COONa O COOCH3 Calcular a massa e a percentagem de ácido acetil salicílico (AAS) no comprimido analisado, considerando as diluições feitas e os dados obtidos neste procedimento. 34 AULA 08: DOSAGEM DO TEOR DE Mg(OH)2 EM LEITE DE MAGNÉSIA Introdução Uma experiência muito simples e que ilustra uma aplicação prática da volumetria ácido-base, é a análise do teor de Mg(OH)2 numa amostra do popular leite de magnésia. O leite de magnésia da marca Phillips, encontrado facilmente em farmácias e supermercados, contém cerca de 1200 mg de hidróxido de magnésio por cada colher de sopa (15 mL) do medicamento. Antes de medir uma alíquota deste medicamento para análise, deve-se agitar vigorosamente o frasco, pois para uma análise precisa, é necessário dosar tanto o magnésio em suspensão quanto o magnésio dissolvido. A titulação direta de uma alíquota da amostra é praticamente inviável, pois sendo ela uma suspensão branca e opaca, dificulta a visualização da mudança de cor do indicador no ponto final da titulação. Além disso, as partículas de hidróxido de magnésio em suspensão podem causar erro ao aderirem às paredes do erlenmeyer e não reagirem com o titulante. Um procedimento alternativo para contornar tais problemas, consiste em adicionar à alíquota de leite de magnésia, um excesso conhecido de uma solução padrão de ácido clorídrico para dissolver e neutralizar todas as partículas suspensas, resultando numa solução incolor de cloreto de magnésio e excesso de ácido clorídrico. Em seguida, o ácido em excesso é titulado com uma solução padrão de hidróxido de sódio. O procedimento proposto utiliza soluções padrões de HCl 0,500 mol/L e NaOH 0,100 mol/L ou soluções com concentrações muito próximas deste valor. Procedimento Experimental: 1. Preparo de soluções a) Considerar as especificações (pureza e densidade) contidas no rótulo de um ácido clorídrico comercial, e preparar 200 mL de solução + 0,500 mol/L em HCl. b) Considerar as especificações contidas no rótulo de um frasco de hidróxido de sódio p.a., e preparar 250 mL de uma solução + 0,100 mol/L em NaOH. 2. Padronização de soluções a) Padronização da solução aproximadamente 0,100 mol/L em NaOH 35 Utilizar o biftalato de potássio (KHC8H4O4 – massa molar = 204,23 g/mol) como padrão primário e determinar a massa (Y) a ser pesada deste padrão, admitindo que se pretenda gastar um volume da solução básica, aproximadamente igual a 75% do volume total da bureta de 25 mL. Y g de KHC8H4O4 250 mL 20 mL NaOH + 0,100 mol/L V1 = 3 gotas de fenolftaleína diluir até 50 mL KHC8H4O4+ NaOH KNaC8H4O4 + H2O KHC8H4O4 + NaOH KNaC8H4O4 + H2O b) Padronização da solução aproximadamente 0,500 mol/L em HCl Utilizar o esquema abaixo e padronizar a solução de HCl com a solução de hidróxido de sódio padronizada no item a deste procedimento. solução de HCl + 0,500 mol/L 500 mL 200 mL NaOH Padrão V2 = .................mol/L 3 gotas de vermelho de metila diluir até 50 mL 20 mL 100 mL HCl + NaOH NaCl + H2O HCl + NaOH NaCl + H2O Considerar os dados obtidos nos itens a e b deste procedimento e calcular as concentrações exatas (em mol/L) das soluções de hidróxido de sódio e ácido clorídrico. 3. Dosagem do teor de Mg(OH)2 em amostra de leite de magnésia Agitar bem a amostra de leite de magnésia e transferir, rapidamente e quantitativamente, 5,0 mL da amostra para um balão volumétrico de 200 mL. Ao transferir a amostra para o balão, utilizar jatos de água de uma piceta (frasco lavador) para lavar a pipeta, garantindo uma transferência quantitativa. Utilizar uma bureta de 50 mL e adicionar ao balão volumétrico, uma solução padrão de ácido clorídrico (de concentração igual a 0,500 mol/L ou de concentração muito próxima deste valor) até se obter uma solução límpida e incolor. Em seguida, adicionar um excesso da solução de HCl para garantir a dissolução total do hidróxido 36 de magnésio e medir com exatidão o volume total de ácido adicionado (40 mL). Diluir com água destilada e completar o volume para 200 mL agitando constantemente. Transferir alíquotas de 20 mL desta solução para erlenmeyers, diluir para 50 mL, adicionar 3 gotas do indicador vermelho de metila e titular o excesso da solução de HCl com a solução padrão de hidróxido de sódio. 5,0 mL Solução Padrão de HCl V = 40 mL ...................... mol/L Adicionar 40 mL de HCl + H2O até 200 mL 20 mL Solução Padrão de NaOH V3 = 3 gotas de vermelho de metila diluir até 50 mL Mg(OH)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O HCl (excesso) + NaOH NaCl + H2O .................. mol/L Leite de magnésia 200 mL 200 mL 200 mL HCl (excesso) + NaOH NaCl + H2O 2 HCl + Mg(OH)2 MgCl2 + 2 H2O Considerar os dados obtidos neste procedimento e calcular o teor de hidróxido de magnésio no medicamento analisado. Aula 09: prova 37 Aula 10: Dosagem do teor de NaCl em soro fisiológico por meio de Métodos Volumétricos de Precipitação Introdução A volumetria de precipitação baseia-se, como o nome está indicando, em reações de formação de compostos pouco solúveis. Como já foi visto a reação de precipitação deve ser rápida, completa, de estequiometria bem definida e deve oferecer condições para uma conveniente sinalização do ponto final da titulação. Na prática, estas condições limitam bastante o número de reações de precipitação utilizáveis como base de métodos volumétricos. Dentre os métodos volumétricos de precipitação, que geralmente são de aplicação específica, a argentimetria é o mais importante e o de aplicação mais ampla. A argentimetria baseia-se no emprego de solução padrão de nitrato de prata e, portanto, na formação de sais de prata pouco solúveis (haletos, cianeto e tiocianato). A argentimetria compreende vários métodos, sendo que em cada um deles é utilizado um sistema diferente de detecção do ponto final. O método de Mohr usa solução de cromato de potássio como indicador, o método de Volhard usa solução de íons Fe (III) como indicador e o método de Fajans usa o indicador de adsorção fluoresceinato de sódio. Procedimento Experimental: 1. Preparo de soluções Preparar as soluções descritas abaixo, considerando em cada caso, as especificações contidas nos rótulos dos respectivos reagentes p.a. comerciais: a) 500 mL de solução + 0,100 mol/L em nitrato de prata (AgNO3). b) 1000 ml de solução padrão 0,010 mol/L em cloreto de sódio (NaCl). c) 50 mL de solução 5% (m/v) em cromato de potássio (K2CrO4). d) 500 mL de solução padrão 0,100 mol/L em sulfocianeto de potássio (KSCN). 2. Padronização da solução aproximadamente 0,100 mol/L em AgNO3 com solução padrão de NaCl 0,010 mol/L - Método de Mohr 38 1000 mL 20 mL 0,5844 g NaCl AgNO3 + 0,100 mol/L V1 = diluir para 70 mL pitada de NaHCO3 1,0 mL de K2CrO4 5% Ag + + Cl - AgCl 2Ag + + CrO4 = Ag2CrO4Ag + + Cl- AgCl 2 Ag+ + CrO4 2- Ag2CrO4 Prova ou ensaio em branco 2Ag + + CrO4 = Ag2CrO4 AgNO3 + 0,100 mol/L Vb = 70 mL de H2O pitada de CaCO3 1,0 mL de K2CrO4 5% 2 Ag+ + CrO4 2- Ag2CrO4 3. Dosagem do teor de NaCl em soro fisiológico pelo método de Fajans 200 mL 20 mL 20 mL AgNO3 Padrão ..................mol/L V2 = diluir para 40 mL 5 gotas de fluoresceinato de sódio AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 Soro Fisiológico AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 Com base nos resultados obtidos nos procedimentos 02 e 03 e nas diluições realizadas, calcular a concentração exata (em mol/L) da solução de nitrato de prata e a percentagem de NaCl no soro fisiológico analisado. 39 Aula 11: Titulação de Precipatação: Método de Volhard 4. Padronização da solução aproximadamente 0,100 mol/L em AgNO3 pelo método direto de Volhard AgNO3 + 0,100 mol/L 10 mL KSCN Padrão ..................mol/L V3 = 20 mL de H2O 5,0 mL de HNO3 6 mol/L 1,0 mL de sol. sat. de Fe(NO3)3 Ag+ + SCN - AgSCN Fe3+ + SCN - Fe(SCN)2+ complexo solúvel vermelho - sangue 500 mL Ag+ + SCN- AgSCN Fe3+ + SCN- Fe(SCN) 2+ complexo solúvel vermelho sangue 5. Dosagem do teor de NaCl em soro fisiológico pelo método indireto deVolhard Soro Fisiológico 20 mL 20 mL AgNO3 Padrão .............mol/L V4 = 7,0 mL 200 mL KSCN Padrão .............mol/L V5 = 5,0 ml de HNO3 6 mol/L 1,0 ml de sol. sat. de Fe(NO3)3 Ag+ + Cl - AgCl Ag+ (excesso) + SCN - AgSCN Fe3+ + SCN - Fe(SCN)2+ complexo solúvel vermelho - sangue Ag+ + Cl- AgCl Ag+(excesso) + SCN- AgSCN Fe3+ + SCN- Fe(SCN) 2+ complexo solúvel vermelho sangue Com base nos resultados obtidos nos procedimentos 04 e 05 e nas diluições realizadas, calcular a concentração exata (em mol/L) da solução de nitrato de prata e a percentagem de NaCl no soro fisiológico analisado. 40 Aula 12: Dosagem do Teor de Cálcio e Magnésio em Pastilhas Antiácidas por Complexometria com EDTA. Introdução: A volumetria de complexação ou complexometria baseia-se em reações entre íons metálicos e ligantes, com formação de um complexo significativamente estável. O ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), em condições adequadas de pH, forma complexos muito estáveis e solúveis com a maioria dos cátions metálicos, inclusive com os de metais alcalinos terrosos. N CH2 H2C N H2C CH2 CH2 H2C COOH COOH HOOC HOOC Todos os complexos formados contêm o metal e o EDTA na relação 1:1, independentemente do íonmetálico considerado. Em pH 10, onde predominam as espécies HY3- e Y4-, as reações de formação de complexos são: Mn+ + HY3- ⇆ MYn-4 + H+ Mn+ + Y4- ⇆ MYn-4 Geralmente, faz-se necessário ajustar o pH da solução em titulação a um valor adequado para cada caso, para evitar a acidificação da solução, em virtude da liberação de íons H+ durante o curso da titulação, impedindo deste modo, a protonização do complexo formado. O ponto final nas titulações complexométricas é determinado pelo uso dos chamados indicadores metalocrômicos. Tais indicadores, além de funcionarem como indicadores ácidos- bases formam complexos coloridos com os metais, complexos estes menos estáveis do que os complexos dos mesmos metais com o EDTA. Durante uma titulação, os íons metálicos livres são progressivamente complexados pelo EDTA. Finalmente, nas proximidades do ponto de equivalência, o metal é deslocado de seu complexo com o indicador para ser complexado pelo EDTA, com liberação do indicador metalocrômico. Visto que o indicador livre e o complexo por ele formado com o metal possuem colorações diferentes, o ponto final é dado por esta mudança de coloração. 41 O EDTA por ser muito pouco solúvel em água, não é ordinariamente utilizado em titulações complexométricas. Normalmente, utiliza-se como reagente o sal dissódico dihidratado do EDTA (Na2H2Y.2H2O), por ser este um padrão primário bem mais solúvel. Várias são as aplicações da complexometria com EDTA na determinação de íons metálicos. Uma importante aplicação desta volumetria é a determinação da dureza da água devida à presença de sais de cálcio e magnésio. Outra aplicação seria na determinação do teor de cálcio e magnésio em pastilhas anti-ácidas. Procedimento: 1. Preparo de soluções Preparar as soluções descritas abaixo, considerando em cada caso, as especificações contidas nos rótulos dos respectivos reagentes p.a. comerciais : a) 1000 ml de solução + 0,6 mol/L em ácido clorídrico (HCl). b) 200 mL de solução + 3 mol/L em hidróxido de sódio (NaOH). c) 1000 mL de solução padrão 0,004 mol/L em Na2H2Y.2H2O (EDTA). d) 50 mL de solução 0,2% (m/v) em negro de eriocromo T (solvente etanol). e) 50 mL de solução 0,4% (m/v) em azul de eriocromo R ou CALCON (solvente metanol). 2. Preparo da amostra A amostra a ser analisada será uma pastilha antiácida de magnésia bisurada, pesando aproximadamente 1,24 gramas e contendo 67 mg de MgCO3; 3,3 mg de Bi2(CO3)3; 520,8 mg de CaCO3 e 63,7 mg de NaHCO3 ( dados contidos no rótulo do medicamento). Pesar uma pastilha de magnésia bisurada em um bequer, adicionar 10 ml de água destilada e, com auxílio de um bastão de vidro, promover a maceração da pastilha. Em seguida, adicionar lentamente 25 mL de solução 0,6 mol/L em HCl, dissolvendo a amostra. Transferir quantitativamente o conteúdo do bequer para um balão volumétrico de 1000 mL e diluir com água destilada até a marca de calibração, agitando constantemente. A solução assim obtida será denominada de solução estoque da amostra. 3. Dosagem do teor de cálcio e magnésio numa pastilha de magnésia bisurada a) Dosagem conjunta de cálcio e magnésio na amostra 42 Transferir uma alíquota de 10 mL da solução estoque da amostra para um erlenmeyer, adicionar 10 mL de água, aquecer esta solução a 40-50 ºC, adicionar 5 mL de solução tampão NH4OH / NH4Cl para elevar o pH até 10, adicionar 3 gotas do indicador NET e titular esta solução com solução padrão de EDTA 0,004 mol/L. 10 mL 1000 mL Solução Padrão de EDTA 0,004 mol/L diluir até 20 mL 5 mL tampão NH4OH/NH4Cl aquecer entre 40-50 ºC 3 gotas de NET 0,2% VT = Ca 2+ + HY 3- CaY 2- + H + Mg 2+ + HY 3- MgY 2- + H+ Ca 2+ + Y 4- CaY 2- Mg 2+ + Y 4- MgY 2- Mg2+ + HY3- MgY2- + H+ Mg2+ + Y4- MgY2- Ca2+ + HY3- CaY2- + H+ Ca2+ + Y4- CaY2- b) Dosagem do cálcio após precipitação fracionada do magnésio Transferir uma alíquota de 10 mL da solução estoque da amostra para um erlenmeyer, adicionar 10 mL de água, adicionar gotas (_____ neste caso) de solução + 3 mol/L em NaOH para ajustar o pH da solução entre 12 e 13, adicionar 5 gotas do indicador CALCON e titular esta solução com solução padrão de EDTA 0,004 mol/L. Ca 2+ + HY 3- CaY 2- + H + Ca 2+ + Y 4- CaY 2- VCa = Solução Padrão de EDTA 0,004 mol/L 1000 mL 10 mL diluir até 20 mL ajustar pH entre 12 e 13 com NaOH +3 mol/L 5 gotas de CALCON 0,4% Mg2+ + 2OH - Mg(OH)2 Ca2+ + HY3- CaY2- + H+ Ca2+ + Y4- CaY2- Mg2+ + 2 OH- Mg(OH)2 Considerar as diluições feitas, os dados obtidos nos itens a e b do procedimento 03 e calcular os teores de carbonato de cálcio e carbonato de magnésio na pastilha de magnésia bisurada analisada. 43 Aula 13: Dosagem do Teor de Peróxido de Hidrogênio em Água Oxigenada Comercial. Introdução Muitos são os elementos capazes de exibir dois ou mais estados de oxidação; então, conforme o estado de oxidação em que se encontram, são passíveis de oxidação ou redução. A volumetria de oxidação-redução baseia-se nas reações em que ocorre transferência de elétrons de uma espécie química para outra; assim, as espécies envolvidas devem apresentar uma variação em seus estados de oxidação durante a reação. A volumetria redox compreende métodos oxidimétricos e redutimétricos conforme utilizem soluções padrão de agentes oxidantes ou redutores respectivamente. Devido principalmente à dificuldade de se conservar soluções padrão redutoras, os métodos oxidimétricos encontram maior aplicação prática. Os métodos oxidimétricos mais importantes são os baseados no uso de soluções padrão de permanganato de potássio, dicromato de potássio, iodo, sais de cério (IV), iodato de potássio e bromato de potássio. A permanganimetria, método oxidimétrico que faz uso de solução padrão de permanganato de potássio, é o mais importante dos métodos volumétricos de oxidação- redução. O permanganato de potássio, sal geralmente utilizado, apresenta as seguintes características: a) É um poderoso agente oxidante e reage em meio ácido, básico ou neutro. b) Não é um padrão primário ( normalmente encontra-se contaminado com MnO2 ) e portanto suas soluções devem ser padronizadas com auxílio de um padrão primário adequado. c) Dá origem a soluções aquosas de cor violeta, dispensando o uso de indicadores na maioria d) Das titulações – funciona como auto-indicador. e) Suas soluções são de estabilidade limitada e decompõem pela ação de luz, calor, ácidos, bases, sais de manganês (II), matéria orgânica e especialmente pelo MnO2. O manganês presente no ânion permanganato ( MnO4 ) no estado de oxidação + 7, pode ser reduzido aos estados de oxidação +2, +3, +4 ou +6, dependendo do pH do meio onde ocorre a reação. A permanganimetria feita em meio fortemente ácido dá como produto o Mn+2 e em meio levemente ácido, neutro ou alcalino produz MnO2. A título de exemplo, mostramos a seguir a reação que ocorre em meio fortemente ácido: 44 MnO4 - (aq) + 8 H+ (aq) + 5 e- Mn2+ (aq) + 4 H2O (l) violeta incolor Neste caso, a variação do número de oxidação do manganês é de 5 unidades. Uma aplicação prática da permanganimetria é a determinação do teor de peróxido de hidrogênio (H2O2)em água oxigenada comercial. Procedimento 1. Preparo de soluções Preparar as soluções descritas abaixo, considerando em cada caso, as especificações contidas nos rótulos dos respectivos reagentes P.A. comerciais: a) 1000 mL de solução + 0,020 mol/L em permanganato de potássio (KMnO4). b) 1000 mL de solução padrão 0,050 mol/L em oxalato de sódio (Na2C2O4). 2. Padronização de solução aproximadamente 0,020 mol/L em KMnO4 com solução padrão de oxalato de sódio (Na2C2O4). Transferir uma alíquota de 20 mL da solução padrão de oxalato de sódio para um erlenmeyer, adicionar 50 mL de solução 1:5 em H2SO4 e titular com a solução de KMnO4. 6,7 g Na2C2O4 20 mL 1000 mL KMnO4 + 0,020 mol/L V1 = 2MnO-4 + 5H2C2O4 + 6H + 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O 50 mL H2SO4 ( 1:5 ) 2 MnO4- (aq) + 5 H2C2O4 (aq) + 6 H+ (aq) 2 Mn2+ (aq) + 10 CO2 (g)+ 8 H2O (l) Por se tratar de uma reação de autocatálise, as primeiras gotas de KMnO4 demoram a reagir, descorando lentamente a solução, nos dando a idéia de um falso ponto final. A adição de mais titulante vai fazendo com que o descoramento seja progressivamente mais rápido até se tornar 45 quase instantâneo, quando já se formou uma quantidade significativa do autocatalisador manganês (II). Por esta razão, a titulação deve ser conduzida rapidamente à temperatura ambiente, até a obtenção da cor rosa permanente. Aqueça a solução entre 50 – 60 ºC, caso ela se torne incolor, continue a titulação até persistir a cor rosada. 3. Determinação do teor de peróxido de hidrogênio em água oxigenada comercial Transferir, com pipeta volumétrica, 5,0 mL de água oxigenada comercial para um balão volumétrico de 1000 mL e completar com água destilada até a marca de calibração. Transferir um alíquota de 20 mL desta solução para um erlenmeyer, adicionar 10 mL de H2SO4 (1:5), diluir até 100 mL e titular com a solução padrão de KMnO4. 5 mL 20 mL KMnO4 padrão ................mol/L V2 = 1000 mL 10 mL de H2SO4 ( 1:5 ) diluir até 100 mL Oxigenada Água 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2 Comercial 2 KMnO4 (aq) + 3 H2SO4 (aq) + 5 H2O2 (aq) K2SO4 (aq) + 2 MnSO4 (aq) + 8 H2O (l) + 5 O2 (g) O peróxido de hidrogênio (H2O2) é encontrado no comércio sob a denominação de água oxigenada 10, 20, 30 e 100 volumes. A água oxigenada a 10 volumes, por exemplo, corresponde a uma solução que ao se decompor totalmente, segundo a reação abaixo, produz 10 vezes o seu volume em oxigênio medido a 0 ºC e 760 mm de Hg (CNTP). 2 H2O2 (aq) 2 H2O (l) + O2 (g) Considerar as diluições feitas, os dados obtidos nos procedimentos 02 e 03 e calcular a concentração em volumes da água oxigenada comercial analisada. 46 AULA 14: DOSAGEM DO TEOR DE CLORO EM ÁGUA SANITÁRIA POR MEIO DE MÉTODOS VOLUMÉTRICOS DE ÓXI-REDUÇÃO PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL (A) Preparação de soluções: 2000 mL de solução ± 0,1 mol/L em tiosulfato de sódio (Na2S2O3) (B) Padronização de solução de Na2S2O3.5H2O 0,1 mol/L com iodato de potássio (KIO3) Transferir uma alíquota de 20 mL de solução padrão de iodato de potássio para um erlenmeyer, adicionar 10 mL de solução de iodeto de potássio 10% (m/v) e 3 mL de ácido sulfúrico 1,0 mol/L. Titular com a solução de Na2S2O3.5H2O. Pouco antes do ponto final da titulação, adicionar ao erlenmeyer 0,5 mL de solução de amido à 1% (m/v). A proximidade do ponto final da titulação é notada quando a intensidade da coloração da solução contida no erlenmeyer, devido à liberação do iodo, diminuir passando a amarelo pálido. Continuar a titulação até que a coloração azul intensa desapareça passando a incolor. 25 mL 3,567 g de KIO3 Na2S2O3.5H2O ± 0,1 mol/L 10 mL KI 10% m/v 3 mL H2SO4 1M 0,5 mL Amido 1% m/v IO3 - + 6 H+ + 5 e- 1/2 I2 + 3 H2O 1/2 I2 + e -I- 5 I- + IO3 - + 6 H+ 3 I2 + 3 H2O (x 5) o excesso de iodeto e iodato em meio ácido produz quantidade de iodo equivalente, que será titulado com tiossulfato de sódio. Amido será utilizado com indicador oferecendo uma brusca mudança de cor no ponto final. 47 2 S2O3 2- S4O6 2- + 2 e- 2 I-I2 + 2 e - 2 S2O3 2- + I2 S4O6 2- + 2 I- (C) Determinação do teor de cloro disponível em água sanitária Transferir, com pipeta, volumétrica, 50 mL de água sanitária comercial para um balão volumétrico de 1000 mL e completar o balão com água destilada até a marca de calibração. Transferir 20 mL desta solução para um erlenmeyer de 250 mL. Adicionar ao erlenmeyer 25 mL de água destilada recentemente fervida, 5 mL de solução de KI 10% (m/v) e 2 mL de ácido acético concentrado. Titular rapidamente com solução padronizada de Na2S2O3.5H2O até obter uma solução amarelo pálido. Adicionar 1mL de amido a 1% (m/v) recentemente preparada e prosseguir com a titulação até passar a cor azul intensa para incolor. 20 mL Na2S2O3.5H2O _____mol/L 25mL H2O morna 10mL KI 10% m/v 2mL CH3COOHconc 1,0mL Amido 1% Ag ua Sa nit ari a Li mp ez za 50 mL 1000 mL ClO- + 2 I- + 2 H+ 2 S2O3 2- + I2 Cl- + I2 + H2O S4O6 2- + 2 I- liberação de iodo titulação do iodo liberado Aula 15: Prova
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