Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA – IFSP Campus Catanduva-SP Pratica de Química Analítica Qualitativa e Quantitativa II: Determinação do teor de cobre e zinco metálico em um liga metálica do tipo Latão. Alunos envolvidos: Caio Felipe Tacão. Pamela Oliveira Sousa. Rafaela Morales de Oliveira. Professor da Disciplina: Matheus Manoel Teles de Menezes. IFSP-2019. 1. INTRODUÇÃO: Os metais de transição são utilizados no dia a dia dos seres humanos, desde a criação de estruturas até a criação de chips tecnológicos, porém os metais como um todo possuem uma certa limitação no que se refere ao seu uso e aplicações, a partir deste momento a necessidade de algo de maior qualidade e maior aplicabilidade surge em relação ao metais, com isso surge a formação e criação de ligas metálicas. As ligas metálicas são misturas proporcionais de átomos de metais com metais (uma ou mais partes das ligas metálicas são referentes aos metais do bloco d – metais de transição) ou metais junto a não metais, constituindo assim um reticulo onde além das ligações metais/metais ou metais/não metais os interstícios de cada liga metálica podem ser dopados com átomos pequenos para auxiliar ou atrapalhar o ponto de fusão do mesmo (tornando esse mais ou menos eficiente em relação a outros tipos de ligas – tudo depende onde será aplicado tal liga). A função de uma liga metálica é ter um considerável baixo ponto de fusão e um resfriamento que colabore para a formação de camadas cujo objeto é unificar parte de outros metais separados, um exemplo disso é a soldagem com a liga metálica em uma estrutura; Além disso um boa liga metálica deve possuir uma durabilidade e ser resistente em alguns casos (ligas metálicas utilizadas na soldagem de eixos de carros ou até mesmo em edificações engenhosas). Ligas como Bronze, Aço, Aço inoxidável, Ouro 18 quilates, Amálgama, Liga Wood, Magnálio, podem ser encontradas respectivamente em moedas, anéis, panelas, alianças, dentições (uso no reparo de dentes – dentista), resistências em geral e em aeronaves até mesmo em carros de corrida, em fim a variedade de ligas metálicas propiciam aos seres humanos uma maior qualidade de vida e desenvolvimento. Uma das ligas mais acessíveis e com um alto teor de eficiência são as ligas metálicas do tipo Latão; o latão é constituído principalmente de zinco e cobre em porcentagens que variam de liga para liga, podendo existir na forma de 3 à 45% de zinco e o restante 97 à 55% de cobre, nada impede de impurezas (outros átomos) estarem ligados nos interstícios do reticulo da liga. Sabendo de tal liga e de sua acessibilidade e aplicabilidade no mundo do reparo de joias bem como no ramo de soldagem de mantas de aquecimento nos painéis aquecedores de água, decidiu-se por meio de uma prática piloto de química analítica qualitativa e quantitativa estudar e estruturar a quantia em porcentagem (bem como os complexos e compostos de coordenação formados em meios reacionais distintos) de cobre e zinco metálico presente na estrutura. 2. OBJETIVO: Determinar o teor dos íons Cu2+ e Zn2+ em uma vareta de solda de 3,25mm de Latão. 3. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS. Balança analítica 01 Balão volumétrico de 100mL 01 Bastão de vidro 01 Béquer de 10mL 02 Béqueres de 25mL 01 Béquer de 250mL 01 Béquer de 300mL 01 Bico de Bunsen 02 Buretas de 25mL Capela Conta gotas 02 Erlenmeyer de 125mL 01 Espátula Indicador universal 01 Micropipeta Palitos de fósforo 03 Pipetas de Pasteur 01 Pisseta 01 Proveta de 15mL 01 Proveta de 50mL Suporte Universal 01 Tripé laboratorial 01 Tela de amianto 01 Vidro relógio Amido P.A Água deionizada/destilada Ácido Clorídrico (HCl) à 12mol.L-1 Ácido Nítrico (HNO3) à 65% EDTA (Ácido Etilenodiamino tetra-acético) à 1,0.10-2 Mol.L-1 Hidróxido de amônio (NH4OH) P.A Solução alcoólica de Negro de Ériocromo T Solução de Iodeto de potássio (KI) à 4% Tiossulfato de sódio (Na2S2O3) à 0,1mol.L-1 Tampão de amônia (NH4OH/NH4Cl) referente ao pH 10 Vareta de soldagem de latão com 3,25mm – Liga de Cobre e Zinco 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL EM FLUXOGRAMA: 4.1 SOLUÇÃO DE AMIDO (C6H10O5)N À 1 %. PREPARO DA SOLUÇÃO MASCARADORA DE IONS Cu 2+ (INDICADORA): 4.2 SOLUÇÃO PADRÃO DE TIOSSULFATO DE SÓDIO. PREPARO DA SOLUÇÃO DE 0,1 MOL.L -1 DE TIOSSULFATO DE SÓDIO (Na2S2O3): 4.3 SOLUÇÃO DE LATÃO. TRATAMENTO DA SOLUÇÃO DE LATÃO PRÉ TITULAÇÃO: 4.5 TITULAÇÃO DA AMOSTRA DE LATÃO NA PRESENÇA DE TIOSSULFATO DE SÓDIO A 0,1MOL. L -1 E EDTA 1,0.10-2 MOL.L -1 . Titulação de cobre (Cu2+e Zn2+): 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ESCRITO: 4.1 SOLUÇÃO DE AMIDO (C6H10O5)N À 1 %. PREPARO DA SOLUÇÃO MASCARADORA DE IONS Cu2+ (INDICADORA): Pesar cerca de 1 g de amido P.A em uma balança analítica com auxílio de uma espátula e transferir para um béquer de 300mL, adicione cerca de 15mL de água destilada com auxílio de uma proveta de 15mL e observe a formação de uma pasta de coloração branca e turva. Acenda o bico de Bunsen com auxílio de um palito de fosforo, colocando sobre a chama quente uma tela de amianto; fixe-a pelo tripé presente no laboratório. Em um béquer de 250mL colocar cerca de 100mL de água destilada; aquece-la até uma temperatura de 100°C. Após tal procedimento, transfira a água para o béquer de 300mL contendo amido e agite a solução com auxílio de um bastão de vidro. Espere até a solução ficar menos turva, deixando-a esfriar. 4.2 SOLUÇÃO PADRÃO DE TIOSSULFATO DE SÓDIO. PREPARO DA SOLUÇÃO DE 0,1 MOL.L-1 DE TIOSSULFATO DE SÓDIO (Na2S2O3): Em uma balança analítica, pesar cerca de 2,48g de tiossulfato de sódio com o auxílio de uma espátula, transfira tal massa para um béquer de 25mL e dissolva-a com água destilada (sempre que possível mexendo a solução para a dissolução de tal composto), transfira a solução aquosa de tiossulfato de sódio para um balão volumétrico de 100mL completando até o menisco, homogenize a solução e anote a massa de Na2S2O3. 4.3 SOLUÇÃO DE LATÃO. TRATAMENTO DA SOLUÇÃO DE LATÃO PRÉ TITULAÇÃO: Pesar e anotar a massa da liga metálica latão (Cu-Zn) entre 0,15 à 0,16 gramas em uma balança analítica. Preparar uma solução de 4mL água régia em um béquer de 10mL (3mL de Ácido Clorídrico 12mol.L-1 e 1mL de Ácido Nítrico 65%, PM = 63,02 e d = 1,41g.cm-3), no interior da capela com o exaustor previamente ligado. Adicionar a massa de latão anteriormente pesada no béquer contendo a solução de água régia, esperar a dissolução total da liga metálica no interior da capela, tampando a mesma com um vidro relógio. Após dissolver totalmente o latão (cerca de 2 à 3 horas), transfira os 4mL da solução para um Béquer de 25mL, afim de neutraliza-la vagarosamente, gota a gota, adicione Hidróxido de amônio (NH4OH) Concentrado P.A com auxílio de uma pipeta de Pasteur, até este passar de uma coloração verde para azul. 4.4 TITULAÇÃO DA AMOSTRA DE LATÃO NA PRESENÇA EDTA 1,0.10-2 MOL.L-1. TITULAÇÃO TOTAL DE Cu2+ e Zn2+: Com auxílio de uma micropipeta, transferir 500 L da amostra de latão já neutralizada com um pH cerca de 7 à 8 (utilize um pedaço da fita do indicador universal para mensurar o pH), para um Erlenmeyer de 125mL. Adicione ao Erlenmeyer cerca de 3 a 4 gotas do tampão de amônia (NH4OH/NH4Cl) e com auxíliode uma fita do indicador universal mensure o pH, ajustando se possível entre 8 e 9. Em uma bureta adicione até o ponto 0 EDTA (Ácido Etilenodiamino tetra-acético) à uma concentração de 1,0.10-2 Mol.L-1 e titule a amostra de latão até a mesma passar de uma coloração azulada para ciano. 4.5 TITULAÇÃO DA AMOSTRA DE LATÃO NA PRESENÇA DE TIOSSULFATO DE SÓDIO A 0,1MOL. L-1 E EDTA 1,0.10-2 MOL.L-1. TITULAÇÃO DE Zn2+: Com auxílio de uma micropipeta, transferir 500 L da amostra de latão já neutralizada com um pH cerca de 7 à 8 (utilize um pedaço da fita do indicador universal para mensurar o pH), para um Erlenmeyer de 125mL. Prepare cerca de 15mL da solução de iodeto de potássio à 4% (m/v) e transfira a solução para o Erlenmeyer de 125mL contendo a amostra de latão (observe a mudança de coloração de azul para verde). Em uma bureta de 25mL titule o iodo liberado com a solução padrão tiossulfato de sódio até que o meio (de coloração azulada) apresente uma suspenção de coloração amarelo claro, neste ponto, adicione cerca de 3mL da solução de amido (solução de coloração completamente azulada – sem suspenções) com auxílio de uma proveta e continue a titulação até o desaparecimento da coloração azul. Anote o volume de titulante consumido. Adicione ao Erlenmeyer cerca de 3 a 4 gotas do tampão de amônia (NH4OH/NH4Cl) e com auxílio de uma fita do indicador universal mensure o pH, ajustando se possível entre 8 e 9. Ainda no mesmo Erlenmeyer adicione cerca de 4 gotas da solução alcoólica do indicador negro de Ériocromo T (a coloração de tal solução ficará avermelhada). Em outra bureta adicione a solução de EDTA (Ácido Etilenodiamino Tetra-acético) até o menisco (ponto 0), e titule (com o EDTA) a solução anteriormente titulada com tiossulfato de sódio até a solução passar de avermelhada para azulada/cinza. Anote o volume de EDTA consumido na titulação. 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO: 5.1 Referente ao Procedimento 4.3: Referente ao procedimento experimental 4.3, espera-se uma reação de oxidação seguida de uma dupla troca entre o cobre metálico presente na forma de liga metálica (Latão) e água régia; porém pela própria constituição da liga as reações suscetíveis ao cobre também irão ocorrer em sua grande parcela com o zinco metálico presente na mesma; uma vez que o latão possui um teor X de cobre metálico e Y de zinco metálico, onde no decorrer dos resultados apresentados, serão discutidos as porcentagens de ambos. A principia quando a liga metálica (latão) está em solução de água régia ocorre a oxidação do cobre e do zinco devido ao alto potencial de oxidante do ácido nítrico, tal reação tem como produtos os íons catiônicos Cu2+ e Zn2+. Observe a solução de água régia antes (Imagem 01) e a mesma durante o processo de oxidante da liga metálica (Imagem 02). Imagem 01: Água régia. Imagem 02: Água régia x Latão Fonte: Próprio autor Tendo como bases a constituição da água régia em 3 partes de ácido clorídrico (HCl) e 1 parte de Ácido nítrico (HNO3), o ácido clorídrico reagirá com os cátions Cu 2+ e Zn2+, formados pela ação oxidante do ácido nítrico, resultando em dois íons aniônicos complexos em solução, nesta etapa a liberação de gás Hidrogênio (H2) é mais acentuada. As reações de dupla troca já balanceadas explicitam o que ocorre no meio reacional apresentado. Cu(s) 2+ + 4HCl(aq) [CuCl4 ](aq) 2- + ↑2H2(g) Zn(s) 2+ + 4HCl(aq) [ZnCl4 ](aq) 2- + ↑2H2(g) OBSERVAÇÃO: Sabendo que a liga metálica de latão é constituída de cobre e zinco, foram divididas as reações em duas etapas (uma referente ao cobre e outra referente o zinco) para melhor explanação de seus conceitos. A dissolução da liga metálica em água régia obteve como produto uma coloração predominantemente esverdeada, o que indica a presença de um íon complexo Tetracloridocuprato (II) ([CuCl4 ] 2-) bem como a formação de um outro íon complexo contendo Zinco, o Tetracloridozincato (II) ([ZnCl4 ] 2-). Observando a imagem 03 pode-se notar a liberação de gás Hidrogênio que tal reação produz, já a imagem 04 revela a coloração esverdeada em solução. Imagem 03: Liberação de H2. Imagem 04: Coloração da solução. Fonte: Próprio autor A formação dos complexos contendo o íon cloreto (Cl-) se dá devido à alta concentração do mesmo em relação aos íons nitrato, em suma a reação de preparação do íons catiônicos Cu2+ e Zn2+ provenientes do latão foi ocasionada pelo poder oxidante do ácido nítrico, e por uma maior afinidade, bem como uma maior eletronegatividade os cátions formados foram atacados pelos íons cloretos, dando origem aos íons complexos; Afim de facilitar o entendimento e a visualização foi utilizado do software Discovery Studio® propiciando assim a geometria referente a cada um dos íons complexos. Figura 01: Tetracloridocuprato (II). Figura 02: Tetracloridozincato (II). Fonte: Próprio autor. Logo, espera-se que tais íons possuam uma geometria do tipo tetraédrica ou quase tetraédrica, pelo cobre e o zinco serem consideravelmente pequenos e os efeitos estéricos (impedimento entre os ligantes) serem maiores nos mesmos, como relata Yi HB em um de seus estudos: “(…) For the [CuCl(4)](2-) cluster, the four-coordinated tetrahedron structure is more stable than the square-planar one, whereas for [CuCl(4)(H(2)O)(N)](2-) (n ≥ 1) clusters, it seems that four-coordinated SSIP structures are slightly more favorable than CIP structures(…)” (Yi. HB, 2011). No que se refere a coloração esverdeada, pode-se dizer que a mesma é proveniente do íon complexo formado juntamente ao cobre catiônico ([CuCl4] 2-), uma vez que compostos de zinco não possuem uma coloração detectável na região do visível, por possuir os orbitais atômicos preenchidos por completo, ou seja, pelo mesmo possuir seu orbital de nível d contendo 10 elétrons as transições eletrônicas entre os orbitais resultam em uma emissão de comprimentos de onda fora do intervalo visível, ocasionando assim a predominância da coloração esverdeada do meio reacional; A imagem 05 ilustra a coloração final da solução, quando a massa de 0,1466g de latão foi completamente dissolvida pela água régia. Imagem 05: Coloração da solução proveniente do íon complexo Tetracloridocuprato (II). Fonte: Próprio autor. Ainda referente ao procedimento 4.3, ao adicionar cerca de 50 gotas (considerando que cada gota possui aproximadamente 50L e que o equivale à uma ordem de 10-6; temos então o produto entre 50 gotas e 50L sendo este igual à 2500.10-6L, ou, 0,0025L 2,5mL) de Hidróxido de amônio (NH4OH) concentrado a solução anteriormente esverdeada, a mesma passa para uma coloração azul intensa. A explicação para tal fenômeno deve-se as disputas de ligantes no meio reacional; segundo a série espectroquímica os ligantes que estão para se coordenar ao átomo de cobre e zinco em estado catiônico disputam entre si para efetiva coordenação; ao gotejar hidróxido de amônio na solução rica em complexo de Tetracloridocuprato (II) há o aparecimento de gás e um aumento no pH da solução; para melhor abstração segue parte da série espectroquimica: I- < Br- < S2- < SCN- < Cl- < NO3 - < F- < OH- < ox2- < H2O < NCS - < CH3CN < NH3 Ligantes de menor força Ligantes intermediários para fortes É notoriamenteobservado que o íon cloreto (Cl-) é um ligante mais fraco em relação a um ligante amônia (NH3); Porém a troca de ligantes no meio reacional que estamos discutindo deve ser concluída de forma vagarosa, ou seja, não há a troca direta de íons cloreto por amônia, afinal depois de muitas gotas e uma correção no pH da solução a mesma muda de coloração indicando assim uma formação de um novo complexo em meio reacional. Por meio de reações é possível maior explanação de tal questão, onde espera-se a liberação de cloro em forma de gás (uma vez que o íon cloreto é retirado da esfera de coordenação por outro íon consideravelmente mais forte). Devido a ação do íon hidroxila (presente no composto de hidróxido de amônio concentrado) e pelo mesmo ser consideravelmente um ligante mais forte do que o íon cloreto, presente no complexo aniônico Tetracloridocuprato (II), ocorre então uma substituição de ligantes onde vagarosamente os íons hidroxila vão se coordenando ao cobre e ao zinco catiônicos, transformando o antigo complexo em outro novo; por questões obvias os cloros que foram retirados da esfera de coordenação, permanecem em solução e juntamente ao cátion amônio (NH4 +) cominam na formação de um sal. Observe a equação química balanceada: [CuCl4 ](aq) 2- + 2NH4OH(aq) [Cu(OH)2Cl2](aq)2- + 2NH4Cl(aq) O mesmo ocorre para o cátion Zn2+, ocasionando a seguinte reação: [ZnCl4 ](aq) 2- + 2NH4OH(aq) [Zn(OH)2Cl2](aq)2- + 2NH4Cl(aq) Com o passar do gotejamento e da concentração de íons que acabam por aumentar o pH, ou seja, deixa-lo mais básico; ocorre então uma nova substituição no meio reacional, onde o ligante amônia acaba por entrar na esfera de coordenação no lugar dos íons cloretos restantes (isso por que a amônia é um ligante mais forte em relação ao ligante cloreto). Quando a reação ocorre, há a liberação de gás, aumento no pH e o aparecimento de uma coloração azulada, onde este conjunto de transformações podem ser explicadas pela reação abaixo: [Cu(OH)2Cl2](aq) 2- + 4NH4OH(aq) [Cu(NH3)4](OH)2(aq) + 4H2O(l) + ↑Cl2(g) [Zn(OH)2Cl2](aq) 2- + 4NH4OH(aq) [Zn(NH3)4](OH)2(aq) + 4H2O(l) + ↑Cl2(g) A medida que aumenta-se as concentrações de OH- e NH3 em solução ocorre assim um aumento no pH de anteriormente próximo de 0 para entre 7 e 8, favorecendo assim a formação dos compostos de coordenação Dihidróxido de Tetraamincobre (II) e Dihidróxido de Tetraaminzinco (II) bem como a liberação de gás cloro nos primeiros momentos da formação do novo composto de coordenação. Observe as Imagens 06 e 07 que ilustram a solução após o adicionamento das 50 gotas de hidróxido de amônio em solução contendo Tetracloridocuprato (II) e Tetracloridozincato (II): Imagem 06 e 07: formação de [Cu(NH3)4](OH)2(aq) e [Zn(NH3)4](OH)2(aq). Fonte: Próprio autor. A explicação para a formação dos complexos de coordenação do tipo [Cu(NH3)4] 2+ (Tetraamincobre (II)) é dada pela formação de um orbital hibrido do tipo 4sp3 e a sobreposição de orbitais do ligante Amin (NH3) junto ao íon catiônico Cu 2+, o que proporciona ao complexo uma geometria do tipo quadrado planar, como afirma o professor Tarasenko em uma de suas associações com o ministério da agricultura e alimento da republica da Bielorrússia: “(...) В пределах валентного слоя у иона меди имеются пустые орбитали, которые и играют роль акцепторов электронных пар. 4s и 4p орбитали иона Cu2+ образуют 4 гибридные sp³ орбитали. Перекрывание орбиталей центрального атома сорбиталями молекул аммиака (...)” (АПАНОВИЧ, З.В, 2016) Outro autor que fomenta a aparição do complexo de coordenação Tetraamincobre (II) em uma geometria quadrada planar e o Tetraaminzinco (II) em uma geometria mais próxima de tetraédrica (por melhor acomodação e estabilidade de nuvens eletrônicas) é o autor Russel no livro Química geral: “No [Zn(NH3)4]2+ o número de coordenação do zinco é 4 e o complexo é tetraédrico. É possível também uma geometria quadrado planar com um número de coordenação 4, que se encontra no [Cu(NH3)4]2+.” (RUSSELL, 1981) Pelo mesmo complexo estar rodeado de íons hidroxila o mesmo se une duplamente modificando sua geometria de quadrado planar (como menor estabilidade) para uma octaédrica (mais estável); originando assim os compostos de coordenação anteriormente citados; para melhor visualização segue as figuras 03 e 04 com o modelo criado pelo programa Discovery Studio®. Figura 03: [Cu(NH3)4](OH)2(aq). Figura 04: [Zn(NH3)4](OH)2(aq). Fonte: Próprio autor. Porém ao analisar a solução como um todo fica evidenciado a formação de um precipitado de coloração ciano para verde; isso se dá pela presença de água no meio reacional, que desencadeia uma reação entre os íons hidroxila, Cu2+ e Zn2+. O que ocorre é uma reação de precipitação entre o hidróxido juntamente com os cátions na presença de água, uma vez que hidróxidos de metais (exceto metais do grupo IA) são insolúveis; E consequentemente o pH do meio reacional estando próximo ou equivalente a 8 o aumento da formação de hidróxidos de cobre e de zinco em um meio com excesso de basicidade se tornam mais acentuados, o gráfico abaixo revela tal proporcionalidade e ocorrência do hidróxido de cobre em solução neutra para alcalinizada. Gráfico 01: Solubilidade do Hidróxido de cobre II em pH alcalinizado. Fonte: Vuceta & Moragn, 1977, p. 743 A imagem 08 consegue por si só revelar a presença de um corpo precipitado; em suma espera-se que tal precipitado seja a mistura de hidróxido de cobre e hidróxido de zinco, porém analises espectrofotométricas teriam de ser realizadas para melhor comprovação do conteúdo do precipitado. Imagem 08: Solução contendo composto de coordenação e o precipitado de hidróxido de cobre e hidróxido de zinco. Fonte: Próprio autor. Hidróxido de cobre. Hidróxido de zinco. Durante e posteriormente a prática cogitou-se a formação dos compostos de coordenação Tetracloridocuprato de amônio (II) Dihidratado ((NH4)2CuCl4) e Tetracloridozincato de amônio (II) Dihidratado ((NH4)2ZnCl4), porém devido a possível formação dos hidróxidos e a não formação de cristais na secagem do meio reacional tal proposta foi extinta de mais explanações (OBSERVAÇÃO: não exclui-se por total a formação de tal composto, novamente é valido maiores analises sobre tal procedimento). Na figura 05 mostra a explanação no que se refere a forma de cristal (tal reticulo cristalino e do tipo Tetragonal, cujo lado A é igual ao B e os ângulos e são equivalentes à 90º) pela qual esperava-se sucesso (a mesma estrutura é válida para o zinco). Figura 05: (NH4)2CuCl4 . 2H2O Fonte: RSC Adv., 2018, 8, 6502. O fato de não se excluir completamente tal composto de coordenação, se dá pela reação de formação do mesmo ser particularmente plausível, observe: H2[CuCl4 ](aq) + 2NH4OH(aq) (NH4)2CuCl4(aq) . 2H2O(l) Após uma rápida filtragem dos possíveis hidróxidos obteve-se as seguintes imagens 08 e 09: Imagem 08: Hidróxidos dos cátions. Imagem 09: Hidróxido filtrados. Fonte: Próprio autor. 5.2 Referente ao Procedimento 4.5: A técnica empregada a tal procedimento denomina-se Iodometria, pela qual é caracterizada por reações de oxirredução em conjunto ao Iodo; espera-se que os íons Cu2+ livre em solução se ligue ao iodo e que o mesmo possa revelar indiretamente o teor de cobre presente na liga metálica latão. É valido ressaltar que a solução contendo os íons de cobre 2+, o precipitado de hidróxido de cobre e o composto de coordenação Dihidróxido Tetraamincobre (II), foramdeixados destampados propositalmente, para que a amônia presente na esfera de coordenação (bem como no meio reacional) passasse para o estado gasoso aumentando assim a concentração dos íons de Cu2+em solução. Para este caso a Iodometria foi utilizada para a determinação do teor de cobre e como um agente de mascaramento do cobre, ou seja, para que o Cu2+ não causasse interferências na titulação posterior com o Ácido Etilenodiamino Tetra-acético (EDTA) junto ao Zn2+no meio reacional. Na Iodometria o Iodo (I2) é consideravelmente um bom agente oxidante o que leva este a ser um aceptor de elétrons eficiente, considerando os íons de cobre em solução tendo a carga 2+, espera-se que os mesmo em conjunto ao iodeto de potássio se classifiquem nesta reação: 2 Cu(aq) 2+ + 4KI(aq) Cu2I2(aq) + K(aq)+ + I2(aq) Quando o iodeto de potássio foi adicionado ao Erlenmeyer já contendo a solução rica em Cu2+ a mesma apresentou uma coloração esverdeada, a imagem 10 mostra tal resultado gerado: Imagem 10: Reação entre os íons Cu2+ e o Iodeto (I-). Fonte: Próprio autor. A reação anteriormente apresentada deixa explicito a formação de Cu2I2 aquoso, onde a formação do mesmo leva a mudança de cor no meio reacional. Ainda referente ao procedimento 4.5 foi utilizado os íons de Cu2+ juntamente com iodeto de potássio (anteriormente apresentado) onde estes constituirão parte do analito em uma titulação com tiossulfato de sódio (Na2S2O3), onde de forma direta determinou- se pelo volume gasto de tiossulfato de sódio e o teor em mols de iodo. Na reação entre o iodo (Titulado) e o tiossulfato de sódio (titulado) foram gastos cerca de 4,9mL de tiossulfato de sódio até o aparecimento de uma leve suspenção amarelada em solução bem como a mudança de coloração no meio reacional, a imagem 11 revela o aparecimento de eventual suspensão e a mudança de coloração do meio reacional, observe-a: Imagem 11: Suspenção amarelada e coloração ciano do meio reacional. Fonte: Próprio autor. O aparecimento de tal suspenção deixa explicito a grande concentração de íons iodeto no meio reacional, seguindo ainda o mesmo procedimento, ao adicionar amido (indicador utilizado em Iodometria) a coloração da amostra passou a ser azulada como a imagem 12 revela, observe-a: Imagem 12: íons Triiodeto. Fonte: Próprio autor. A nova coloração deve-se a uma absorção dos íons Triiodeto em solução em relação as macromoléculas de amido adicionadas. A titulação ainda continua pois o tiossulfato de sódio é o titulante mais eficiente no que se refere ao íon Triiodeto, segundo Harris, 2008; Estando em solução consideravelmente neutra ou acida, o Triiodeto oxida o tiossulfato em tetrationato e pela solução estar entre pH neutro para básico o Triiodeto degrada-se em iodeto e se une a hidroxila, onde este pode oxidar o tiossulfato em sulfato ao invés de tetrationato (é esperado que tal reação não veio a ocorrer, pois o pH da solução neste procedimento estava entre 7 e 8). O volume total de tiossulfato de sódio utilizado nessa titulação foi de 11,6mL. A imagem 13 revela a coloração final da solução (NOTA: a titulação deveria ocorrer até o final da coloração azulada em meio reacional, onde o desaparecimento de eventual coloração indicaria a total oxidação de tiossulfato em tetrationato pelo Triiodeto). Imagem 13: Fim de titulação com Na2S2O3. Fonte: Próprio autor. Observando por estequiometria da equação química entre o iodeto de potássio e o íon catiônico Cu2+ determina-se uma relação de 2 para 1 (2:1), ou seja, a cada dois íons Cu2+ um I2 é formado em tal reação; por questões obvias determinado a quantidade em mols de iodeto (I2) determina-se também a quantia dos íons de cobre 2+ (Cu 2+) (apenas multiplicando por dois o valor de iodeto, uma vez que o número de mols do íon iodeto será a metade do valor dos íons Cu2+). Logo para determinar a quantidade em mols de Cu2+ presente na liga metálica de latão é necessário saber a quantidade em mols de iodeto consumido na reação com tetrationato (Na2S4O6); Fazendo isso temos: I2(aq) + 2Na2S2O3(aq) Na2S4O6(aq) + 2NaI(aq) 1 mol 2 mol Nº de mols de I2 Nº de mols de Na2S2O3 Nº de mols de I2 = 0,5. (Nº de mols de Na2S2O3) Nº de mols de I2 = 0,5. (Concentração de (Na2S2O3)).(Volume de (Na2S2O3)) Nº de mols de I2 = 0,5. (0,1 mol.L -1).(11,6.10-3 L) Nº de mols de I2 = 5,8.10-4 mols. Sabendo disso, e sabendo que o número de mols de I2 é a metade do valor de Cu 2+, tem-se que: Pela equação química anteriormente fomentada e por sua estequiometria... 2Cu(aq) 2+ + 4KI(aq) Cu2I2(aq) + K(aq)+ + I2(aq) 2 mol 1 mol Nº de mols de Cu2+ Nº de mols de I2 2.(Nº de mols de I2) = Nº de mols de Cu 2+ 2.(5,8.10-4 mol) = Nº de mols de Cu2+ Nº de mols de Cu2+ = 1,16.10-3 mols. Em uma consulta rápida a tabela periódica tem-se que a massa molar do cobre é equivalente à 63,546 g.Mol-1 e dito isso, determina-se a massa de cobre na liga metálica latão pelo número de mols do cobre 2+ e a pela massa molar do mesmo, logo... Massa de cobre presente na liga metálica = Nº de mols de Cu2+.(Massa Molar do cobre) X = 1,16.10-3mols . (63,546g.mol-1) X = Massa de cobre presente na liga metálica = 0,07371336g. Por fim, calculando a porcentagem de cobre na liga metálica temos a seguinte relação: Cobre em % = Massa de cobre presente na liga metálica.(Massa total da liga metálica) -1 Cobre em % = [0,07371336g.(0,1466g)].100% Cobre em % = [0,502819645].100% Cobre em % ≈ 50,28% A porcentagem possui uma certa quantia de erro, porém devido à falta de mais titulações Iodometricas deixam o resultado ainda mais fora dos parâmetros esperados e com baixa discussão de dados apresentados; fazendo com que tal experimento fique mais próximo de um piloto, do que propriamente dito um experimento eficiente, também é válido ressaltar os possíveis erros nas leituras de meniscos, o que aumenta ainda mais a chance de erros no decorrer dos procedimentos experimentais. 5.3 Referente ao Procedimento 4.5 – Titulação com EDTA e Zn2+: Após a titulação total do cobre envolvendo a Iodometria, deu-se continuidade (no mesmo meio reacional) a titulação, porém desta vez o zinco em forma catiônica Zn2+ seria titulado com o EDTA na presença do indicador Negro de eriocromo T (considerado um ácido triprótico), onde segundo Harris 2010, p. 266 o possível indicador na titulação de Zn2+e EDTA referente ao pH entre 9 a 10 seria o EB (Negro de eriocromo T). O Emprego da Iodometria juntamente ao cátion Cu2+ se deu devido a falta do indicador Violeta de pirocatecol junto a uma titulação com EDTA; Logo optou-se por mascarar tal íon e determinar a concentração e o teor do íon Cu2+ e apenas em uma titulação com EDTA determinar a concentração e o teor de zinco na liga metálica Latão. Após a Iodometria, a solução foi tamponada em pH entre 9 e 10 com uma solução tampão de amônia (NH4OH/NH4Cl) e uma solução alcoolica de 5% do indicador Negro de eriocromo T foi utilizada; deixando assim a coloração do meio levemente avermelhada; a reação caracteriza o aparecimento da coloração avermelhada junto ao íon Zn2+, observe: Zn(aq) 2+ + H3ln(aq) Zn(ln)2(aq) + 3H(aq) + Coloração vermelha Quando a titulação finalmente se inicia o meio reacional novamente muda a coloração e o ponto final da titulação é quando a solução passa de avermelhada para azulada/acinzentada como revela a reação química e a imagem 14: Zn(ln)2(aq) + [EDTA](aq) 4- Zn[EDTA](aq) 2- Coloração azulada/acinzentada Imagem 14: Ponto final na titulação complexométrica– formação de [Zn(EDTA)]2-. Fonte: Próprio autor. O EDTA em pH próximo de 10,34 possui a desprotonação total de seus 6 átomos ligantes e são por meio desses que ocorre a captura do metal (neste caso o íon Zn2+) em meio reacional, a figura 06 mostra tal ácido em sua forma protonada bem como a mesma tendo em seu centro de coordenação o metal Zn2+ Figura 06: EDTA protonado X [Zn(EDTA)]2- Fonte: Próprio autor. Logo, a determinação de zinco na amostra de 0,1466g da liga metálica de latão foi condizente com o volume de EDTA gasto na titulação; efetuando os cálculos temos que: A concentração de Zn2+ é dada por: Czn 2+ = Concentração de EDTA . (Volume de EDTA gasto na titulação). (Volume da amostra inicialmente adicionada)-1 Czn 2+ = 1,0.10-2mol.L-1 . (7,3.mL). (0,5mL)-1 Czn 2+ = 7,3.10-2mol.L-1.mL.(0,5mL)-1 Czn2+ = 0,146mol.L-1 Logo a relação entre a concentração, o volume gasto e a massa molar do zinco resultam no primeiro percentual esperado de zinco em gramas, observe: Massa de zinco = Czn 2+ . (Volume de EDTA gasto em L). (MMZn) Massa de zinco = (0,146mol.L-1). (7,3.10-3L).(65,38g.Mol) Massa de zinco = 0,069682004g. Admitindo que a massa inicial da amostra de latão foi de 0,1466g e que a massa esperada de zinco pelo método de titulação complexométrica foi de aproximadamente 0,069682004 gramas, em porcentagem temos que: Zn% = [Massa de zinco.(massa de zinco total referente a amostra)-1].100% Zn% = [0,069682004g.(0,1466g)-1].100% Zn% = [0,475320627].100% Zn% ≈ 47,53%. A porcentagem possui uma certa quantia de erro, porém devido à falta de mais titulações envolvendo o EDTA deixam o resultado ainda mais fora dos parâmetros esperados e com baixa discussão de dados apresentados; fazendo com que tal experimento fique mais próximo de um piloto, do que propriamente dito um experimento eficiente, também é válido ressaltar os possíveis erros nas leituras de meniscos, o que aumenta ainda mais a chance de erros no decorrer dos procedimentos experimentais. Pela falta do indicador violeta de pirocatecol o procedimento experimental 4.4 não foi realizado, apesar do mesmo não implicar em problemas durante as análises nem mesmo nos resultados e discussão apresentados em tal relatório. 6. CONCLUSÃO: Logo, deste relatório pode-se concluir que o teor de cobre na amostra de 0,1466g de latão foi de aproximadamente 50,28%, enquanto o teor de zinco foi de 47,53% totalizando assim 97,81% da liga; porém não se exclui o fato de haver nos interstícios da liga teores de chumbo (Pb), Silício (Si), Estanho (Es), Ferro (Fe), Alumínio (Al), Níquel (Ni), Astato (As) entre outros...; Para tais resultados obtidos deveriam haver uma margem de erro e de desvio, onde a repetição do experimento seria de suma importância para isso, em suma, mesmo realizando o experimento apenas uma única vez, considera-se que a técnica de mascaramento dos íons Cu2+ por Iodometria obteve-se sucesso e também pelo mascaramento foi que se determinou o teor de cobre na liga metálica latão (o que mostra que tal procedimento pode ser feito também desta forma); o procedimento experimental 4.4 foi excluído deste relatório, pois uma titulação sem haver um indicador é arriscada e comprometedora (Indicador = Violeta de pirocatecol) baseando-se apenas na mudança de cor do meio reacional; a titulação com EDTA foi de suma importância para a determinação de zinco no meio reacional e também muito valida, em uma rápida consulta pode-se afirmar que a vareta de solda do tipo liga metálica de latão está mais próxima do LLC europeu (Latão de livre corte europeu) onde 55% seria o teor de cobre; 2,5% o teor de chumbo; 0,35% o teor de ferro; 41,65% o teor de zinco e 0,5% de outros elementos. Assim para se ter certeza do tipo de liga metálica de latão tal amostra se enquadraria mais testes e maiores técnicas laboratoriais devem ser realizadas no mais, maiores quantidades de repetições purificariam o resultado abordado neste relatório. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: A. I. Vogel, “Análise Química Quantitativa”, 6ªed., LTC, Rio de Janeiro,2002. ATKINS, P. & JONES, L. Princípios de Química. Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Editora Bookman, 2005. Апанович, З.В .Лекция: “Комплексные соединения» по курсу «Общая химия» для студентов инженерно-технологического факультета / З.В. Апанович. – Гродно : ГГАУ, 2016. – 26 с. HARRIS, Daniel C.. Análise química quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. [16], 876 p. LIM, A.R and KIM, S.H, Structural changes, thermodynamic properties,1 H magic angle spinning NMR, and 14 N NMR of (NH 4 ) 2 CuCl4 . 2H2O, Analytical Laboratory of Advanced Ferroelectric Crystals, Jeonju University, Jeonju 55069, South Korea, RSC Adv., 2018, 8, 6502 – 6506. RUSSEL, J.B. Química Geral. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1981, p.721. Vuceta & Morgan, Limnology and Oceanography 22(4): 743, 1977, Disponivel em: https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.4319/lo.1977.22.4.0742 YI, H.B, et al, [CuCl3]- and [CuCl4]2- hydrates in concentrated aqueous solution: a density functional theory and ab initio study. College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, China. J. Phys. Chem. A, 2011, 115 (17), pp 4416–4426. Disponivel em: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp109723v
Compartilhar