Analise Gravimétrica

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Graduação em Engenharia Metalúrgica	
Química Analítica Pratica
Junio Ferreira Santos dos Reis
Química Analítica e os 
Métodos Gravimétricos
Belo Horizonte
2019
Introdução
Os métodos gravimétricos são métodos quantitativos baseados na medição da massa de um composto puro ao qual o analito está quimicamente relacionado. Como o peso pode ser medido com maior precisão do que qualquer outra propriedade fundamental, a análise gravimétrica é potencialmente uma das classes mais precisas de métodos analíticos. No entanto, é demorado e tedioso como resultado, apenas alguns poucos métodos gravimétricos são usados ​​atualmente. Existem três tipos fundamentais de análise gravimétrica.
 Na gravimetria de precipitação, que é o nosso assunto nesta unidade, o analito é separado de uma solução da amostra como um precipitado e é convertido num composto de composição conhecida que pode ser pesado. Na gravimetria de volatilização, o analito é separado de outros constituintes de uma amostra por conversão para um gás. O peso deste gás serve então como uma medida da concentração do analito. Na eletrogravimetria, o analito é separado por deposição em um eletrodo por uma corrente elétrica. A massa deste produto fornece então uma medida da concentração do analito. Na literatura em química analítica, a análise gravimétrica é muitas vezes citada como gravimetria, não devendo ser confundida, contudo, com a gravimetria da Geofísica.
O que é análise gravimétrica
	
Na gravimetria de precipitação, o analito é convertido em precipitado moderadamente solúvel. Este precipitado é então filtrado, lavado livre de impurezas, convertido em um produto de composição conhecida por tratamento térmico adequado, e pesado. Por exemplo, um método de precipitação para determinar o cálcio em águas naturais envolve a adição de C2O42- como agente precipitante:
Ca2 + (aq) + C2O42- (aq) → CaC2O4 (s)
O precipitado CaC2O4 é filtrado, depois seco e inflamado para convertê-lo inteiramente em óxido de cálcio: CaC2O4 (s) → CaO (s) + CO (g) + CO2 (g)
Após o arrefecimento, o precipitado é pesado e o cálcio O conteúdo da amostra é então calculado.
Etapas na análise gravimétrica
Os passos necessários na análise gravimétrica, após a amostra ter sido dissolvida, podem ser resumidos da seguinte forma: preparação da solução, precipitação, digestão, filtração, lavagem, secagem ou ignição, pesagem e finalmente cálculo.
1-Preparação da solução: Isto pode envolver várias etapas, incluindo o ajuste do pH da solução para que o precipitado ocorra quantitativamente e obtenha um precipitado de propriedades desejadas, removendo interferências, etc.
2-Precipitação: Isto requer a adição de uma solução de agente precipitante à solução da amostra. Após a adição das primeiras gotas do agente precipitante, ocorre a supersaturação, então a nucleação começa a ocorrer onde cada poucas moléculas de precipitado se agregam formando um núcleo. Neste ponto, a adição do agente de precipitação extra formará novos núcleos (precipitado com pequenas partículas) ou se acumulará nos núcleos existentes para dar um precipitado com partículas grandes.
Isto pode ser previsto pela razão de Von Weimarn onde, de acordo com esta relação, o tamanho da partícula é inversamente proporcional a uma quantidade chamada supersaturação relativa onde Supersaturação Relativa = (Q - S) / S
O Q é a concentração de reagentes antes da precipitação em qualquer ponto, S é a solubilidade do precipitado no meio do qual está sendo precipitado. Por conseguinte, de modo a obter o crescimento de partículas em vez de mais nucleação (isto é, precipitado granular e depois área de superfície baixa), precisamos de tornar a relação de supersaturação relativa tão pequena quanto possível. Em outras palavras, as condições precisam ser ajustadas de modo que Q seja o mais baixo possível e S seja relativamente grande. As condições ótimas de precipitação que tornam a supersaturação baixa são:
Precipitação usando soluções diluídas para diminuir Q
Adição lenta de agente precipitante para manter Q o mais baixo possível
Agitando a solução durante a adição de agente precipitante para evitar locais de concentração e manter Q baixo
Aumentar a solubilidade S por precipitação a partir da solução quente
Ajuste o pH de modo a aumentar S, mas não aumente demais, pois não queremos perder o precipitado pela dissolução.
3-Digestão do Precipitado: O precipitado é deixado quente (abaixo da fervura) por 30 minutos a 1 hora para que as partículas sejam digeridas. A digestão envolve a dissolução de partículas pequenas e a reprecipitação em partículas maiores, resultando no crescimento de partículas e melhores características precipitadas. Este processo é chamado de maturação de Ostwald. Uma importante vantagem da digestão é observada para os precipitados coloidais, onde grandes quantidades de íons adsorvidos cobrem a enorme área do precipitado. A digestão força as pequenas partículas coloidais a se aglomerarem, o que diminui sua área de superfície e, portanto, a adsorção.
O precipitado geralmente contém íons que foram capturados quando o precipitado foi formado. Isso é principalmente um problema para precipitados cristalinos. Se os íons aprisionados não forem voláteis, sua presença corromperá a etapa de pesagem. A concentração de espécies interferentes pode ser reduzida pela digestão. Infelizmente, a pós-precipitação, como veremos mais adiante, aumentará durante a digestão.
4-lavagem e filtragem: Problemas com adsorção de superfície podem ser reduzidos pela lavagem cuidadosa do precipitado. Com alguns precipitados, a peptização ocorre durante a lavagem. Cada partícula do precipitado tem duas camadas, na camada primária certos íons são adsorvidos e na camada externa outros íons de carga oposta são adsorvidos. Esta situação faz com que o precipitado se estabilize. Se os íons da camada externa forem removidos, todas as partículas terão a mesma carga, de modo que as partículas serão dissonantes. Isso é chamado de peptização.
Isto resulta na perda de parte do precipitado porque a forma coloidal pode passar por filtração. no caso de precipitados coloidais, não devemos usar água como solução de lavagem, uma vez que a peptização ocorreria. Em tais situações, pode-se usar eletrólito volátil diluído, como ácido nítrico, nitrato de amônio ou ácido acético diluído.
Normalmente, é uma boa prática verificar a presença de agente precipitante no filtrado da solução final de lavagem. A presença de agente precipitante significa que é necessária uma lavagem extra. A filtração deve ser feita em papel de filtro de cinzas de Goosh ou ignição de tamanho apropriado. Depois que a solução foi filtrada, ela deve ser testada para garantir que o analito tenha sido completamente precipitado. Isto é feito facilmente adicionando algumas gotas do reagente de precipitação ao filtrado; se um precipitado é observado, a precipitação é incompleta.
O efeito do íon comum pode ser usado para reduzir a solubilidade do precipitado. Quando Ag+ é precipitado pela adição de Cl-
Ag+ + Cl- → AgCl (s)	
A (baixa) solubilidade do AgCl é reduzida ainda mais pelo excesso de Ag + que é adicionado, empurrando o equilíbrio para a direita. É importante saber que o excesso do agente de precipitação não deve exceder 50% da sua quantidade equivalente, caso contrário, o agente de precipitação pode formar um complexo solúvel com o precipitado: 
AgCl + Cl- → AgCl2-
5- Secagem e Ignição: O propósito da secagem (aquecimento a cerca de 120-150 oC em um forno) é remover a umidade restante enquanto o propósito da ignição em um forno de mufla a temperaturas variando de 600-1200 oC é obter um material com estrutura química exatamente conhecida, de modo que a quantidade de analito possa ser determinada com precisão. O precipitado é convertido em uma forma quimicamente mais estável. Por exemplo, o ião cálcio pode ser precipitado usando ião oxalato, para produzir oxalato de cálcio (CaC2O4)que é hidrófilo, portanto, é melhor ser aquecido para o converter em CaCO3 ou CaO. A fórmula de CaCO3 é preferida para reduzir erros de pesagem.
6-Pesando o precipitado: O precipitado não pode ser pesado com a precisão necessária no lugar no papel de filtro; nem o precipitado pode ser completamente removido do papel de filtro para pesá-lo. 
O precipitado pode ser cuidadosamente aquecido em um cadinho até que o papel de filtro tenha queimado; isso deixa apenas o precipitado. (Como o nome sugere, o papel "sem cinzas" é usado para que o precipitado não seja contaminado com cinza.). Se você usar o cadinho Goosh, em seguida, após o precipitado é permitido para esfriar (de preferência em um dessecador para evitar que ele absorva a umidade), ele é pesado (no cadinho).
Impurezas nos precipitados
Nenhuma discussão da análise gravimétrica seria completa sem alguma discussão sobre as impurezas que podem estar presentes nos precipitados. Existem dois tipos de impurezas:
Coprecipitação:
Isso é algo indesejado que precipita com o analito durante a precipitação. Coprecipitação ocorre em algum grau em todas as análises gravimétricas (especialmente sulfato de bário e aquelas envolvendo óxidos hidratados). Você não pode evitar que tudo o que você pode fazer é minimizá-lo por precipitação cuidadosa e lavagem completa:
1- Adsorção de superfície
Aqui o material indesejado é adsorvido na superfície do precipitado. A digestão de um precipitado reduz a quantidade de área de superfície e, portanto, a área disponível para adsorção de superfície. A lavagem também pode remover o material da superfície.
Oclusão
Este é um tipo de coprecipitação em que as impurezas ficam presas dentro do cristal em crescimento. E pode ser reduzido pela digestão e reprecipitação
2. Pós-precipitação
Por vezes, um precipitado que fica em contato com o licor mãe torna-se contaminado pela precipitação de uma impureza sobre o precipitado desejado. Para reduzir o filtro pós precipitado assim que a precipitação esteja completa e evite a digestão.
Cálculos em Análise Gravimétrica
Cálculo dos resultados dos dados gravimétricos:
Os resultados de uma análise gravimétrica são geralmente calculados a partir de duas medições experimentais: o peso da amostra e o peso de uma composição conhecida precipitam. O precipitado que pesamos é geralmente de uma forma diferente do analito cujo peso desejamos encontrar. Os princípios de converter o peso de uma substância em outra dependem do uso de relações molares estequiométricas. Introduzimos o fator gravimétrico (FG), que representa o peso do analito por unidade de peso do precipitado. É obtido a partir da razão entre o peso da fórmula do analito e o do precipitado, multiplicado pelas moles de analito por mole de precipitado obtido de cada mole de analito, isto é,
Avaliação da análise gravimétrica
A análise gravimétrica, se os métodos forem seguidos cuidadosamente, fornece uma análise extremamente precisa. De fato, a análise gravimétrica foi usada para determinar as massas atômicas de muitos elementos até a precisão de seis dígitos. A gravimetria fornece muito pouco espaço para erros instrumentais e não requer uma série de padrões para o cálculo de um desconhecido. Além disso, os métodos geralmente não exigem equipamentos caros. 
A análise gravimétrica, devido ao seu alto grau de precisão, quando realizada corretamente, também pode ser usada para calibrar outros instrumentos no lugar de padrões de referência. No entanto, o longo tempo necessário para a análise torna tedioso e demorado, por essa razão, a análise volumétrica começa a ofuscar a gravimetria e é por isso que não discutimos gravimetria em mais detalhes. Métodos gravimétricos têm sido desenvolvidos para a maioria dos ânions e cátions inorgânicos, assim como para espécies neutras como água, dióxido de enxofre, dióxido de carbono e iudina. Uma variedade de substâncias orgânicas também pode ser facilmente determinada gravimetricamente.
Exemplos incluem lactose em produtos lácteos, salilatos em preparações de drogas, inlaxativos de fenolftaleína, nicotina em pesticidas, colesterol em cereais e benzaldeído em extratos de amêndoas.
Referencias
AL-ZAMIL, Ibrahim Zamil. GRAVIMETRIC ANALYSIS. [S. l.], 2014. Disponível em: https://fac.ksu.edu.sa/sites/default/files/unit_14-_gravimetric_analysis-subjects_5bautosaved5d.pdf. Acesso em: 18 maio 2019.
QUÍMICA LEGAL. Cálculo do fator gravimétrico passo-a-passo. [S. l.], 2 maio 2019. Disponível em: https://quimicalegal.com/calculo-do-fator-gravimetrico/. Acesso em: 18 maio 2019.
QUÍMICA Analítica - Aula 9 - Métodos Gravimétricos de Análise. São Paulo: UNIVESP, 2016. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=4Jqa1fagJRo&t=7s. Acesso em: 18 maio 2019.
KHAN ACADEMY. Análise gravimétrica e gravimetria por precipitação. [S. l.], 20 maio 2019. Disponível em: https://pt.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/limiting-reagent-stoichiometry/a/gravimetric-analysis-and-precipitation-gravimetry. Acesso em: 18 maio 2019.