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Prof. Adriano Almeida 2019 QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA EMENTA QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA -UNIDADE I Bases Teóricas da Análise Qualitativa Soluções aquosas de substancias inorgânicas; Teoria clássica das reações ácido-base; Reações de precipitação; Reações de complexação; Reações de óxido redução. Técnicas Experimentais da Análise Qualitativa Inorgânica Reações por via seca; Reações por via úmida; Aparelhagem e operações em semimicroanálise; Aparelhagem e operações em microanalítica. EMENTA QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA -UNIDADE II Reação dos Cátions Classificação dos cátions; Estudos das reações dos íons; Primeiro grupo de cátions; Terceiro grupo de cátions; Quarto grupo de cátions. Reações dos Ânions Esquema de classificação; Nomenclatura e identificação dos principais ânions. Referência Bibliográfica SKOOG, Fundamentos de Química Analítica. 8a Edição, Ed Thomson, 2005. VOGEL, A. J. Química Analítica Qualitativa. Ed. Capeluz, 1984. BACCAN, N. Introdução à Semimicroanálise Qualitativa. 7ª ed. Campinas, SP: Editora da UNICAMP, 1997. AVALIAÇÃO QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA UNIDADE I – 7,0 EXERCÍCIO – 3,0 UNIDADE II – 10,0 UMA PROVA PROVA 1 PROVA 2 - Colegiada REPOSIÇÃO FINAL (21-28/06) (04-10/04) (04-08/06) (13-19/06) O QUE É A QUÍMICA ANALÍTICA? É uma ciência da medição que abrange o ramo da química que envolve a separação, identificação e determinação das quantidades relativas dos componentes de uma amostra. QUÍMICA ANALÍTICA QUAL É O OBJETIVO DA QUÍMICA ANALÍTICA? Desenvolvimento de métodos para a determinação da composição química dos materiais e o estudo da teoria em que se baseiam esses métodos. QUÍMICA ANALÍTICA IMPORTÂNCIA DA QUÍMICA ANALÍTICA Envolve separação, identificação e determinação das quantidades ou teores dos componentes que constituem uma amostra. QUAL A CLASSIFICAÇÃO DA QUÍMICA ANALÍTICA? QUÍMICA ANALÍTICA O QUE É ANÁLISE QUALITATIVA? QUÍMICA ANALÍTICA Análise Qualitativa: é um procedimento de análise que vai determinar a identidade dos constituintes presentes. O QUE É ANÁLISE QUANTITATIVA? QUÍMICA ANALÍTICA Análise Quantitativa: é um procedimento de análise que vai determinar a quantidade dos constituintes presentes. Soluções aquosas de substâncias inorgânicas O que é Solução? QUÍMICA ANALÍTICA Solução é um produto homogêneo obtido quando se dissolve uma substância (soluto) em um solvente. O que é Solução Aquosa? Solução Aquosa é um produto homogêneo onde o solvente é a água. Soluções aquosas de substâncias inorgânicas Quais são os tipos de água existentes no laboratório ? QUÍMICA ANALÍTICA Água Destilada; Água Deionizada; Água Desmineralizada. Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA Água Destilada Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA Água Destilada Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA Água Destilada A água destilada está livre das espécies contaminantes não-voláteis, inorgânicas ou orgânicas. Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA Água Deionizada Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA Água Deionizada É um processo de troca iônica com os contaminantes inorgânicos da água (cátions e ânions), através de resinas catiônicas e aniônicas. Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA Água Desmerilizada É um processo de troca iônica com a remoção de minerais presentes na água. Um exemplo de minerais que podem ser removidos são o cálcio e o magnésio presentes na água que provocam o aumento da dureza da água (livre de minerais). Soluções aquosas de substâncias inorgânicas QUÍMICA ANALÍTICA FUNÇÕES INORGÂNICAS Ácidos; Bases; Sais; Óxidos. ÁCIDOS: DEFINIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO Classificação 1. Quanto à presença de oxigênio - Hidrácidos: não têm oxigênio Exemplos: HI, HBr, HCN - Oxiácidos: têm oxigênio Exemplos: H2CO3, H2SO4 2. Quanto ao número de elementos químicos - Binário: 2 elementos Exemplo: HI - Ternário: 3 elementos Exemplo: HCℓO - Quaternário: 4 elementos Exemplo: H4[Fe(CN)6] Obs.: H4[Fe(CN)6] = Ácido ferrocianídrico (íon Fe 2+) ou ferrocianeto de hidrogênio H3[Fe(CN)6] = Ácido ferricianídrico (íon Fe 3+) ÁCIDOS: CLASSIFICAÇÃO 4. Quanto à volatilidade - Fixos: oxiácidos Exemplo: H3PO4 - Voláteis: hidrácidos Exemplo: HCℓ, H2CO3 3. Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis - Monoácido: 1 H+ Exemplos: HI, H3PO2 - Diácido: 2 H+ Exemplos: H2S, H3PO3 - Triácido: 3 H+ Exemplos: H3PO4, H3BO3 - Tetrácido: 4 H+ Exemplos: H4SiO4, H4GeO4 5. Quanto ao grau de ionização - Fortes: > 50% - Moderados: 5% ≤ ≤ 50% - Fraco: < 5% ÁCIDOS: CLASSIFICAÇÃO 6. Quanto à força Hidrácidos MODERADO: HF FORTES: HCℓ, HBr e HI FRACOS: os demais (H2S, HCN) Oxiácidos HxEOy Y – X = 3 MUITO FORTE Y – X = 2 FORTE Y – X = 1 MODERADO Y – X = 0 FRACO Exceção: H2CO3: fraco (instável, se decompõe em H2O e CO2) H3PO3: moderado (2H+) Y – X = 1 H3PO2: moderado (1H+) Y – X = 1 ÁCIDOS: NOMENCLATURA 1. Hidrácidos Ácido nome do elemento + ídrico - HF: ácido fluorídrico - HCℓ: ácido clorídrico - HBr: ácido bromidrico - HI: ácido iodidrico - HCN: ácido cianídrico - H2S: ácido sulfídrico ÁCIDOS: NOMENCLATURA 1. Oxiácidos Ácido nome do elemento + ico Derivações dos oxiácidos ÁCIDOS: NOMENCLATURA ÁCIDOS: NOMENCLATURA ÁCIDOS: NOMENCLATURA ÁCIDOS: NOMENCLATURA ÁCIDOS ESPECIAIS Tioácidos São oxiácidos em que um átomo de oxigênio foi substituído por um átomo de enxofre. BASES: DEFINIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO Definição Toda substância que, em solução aquosa se dissocia, produzindo como ânion OH-. Mex+(OH)-Me(OH)x em que Me = metal Obs.: NH4OH: única base com cátion de ametais. Classificação 1. Quanto ao número de hidroxilas - Monobase: 1 OH- Exemplo: KOH - Dibase: 2 OH- Exemplo: Mg(OH)2 - Tribase: 3 OH- Exemplo: Aℓ(OH)3 - Tetrabase: 4 OH- Exemplo: Sn(OH)4 2. Quanto a solubilidade em água - Solúveis: IA e NH4 + - Pouco solúveis: IIA Exceção: Mg(OH)2 e Be(OH)2 - Insolúveis: demais bases BASES: CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA 3. Quanto a força - Base forte: IA e IIA ( próximo de 100%) - Base fraca: demais, incluindo o NH4OH Nomenclatura 1. Quando o elemento tem nox fixo Hidróxido de nome do elemento - KOH: hidróxido de potássio - Mg(OH)2: hidróxido de magnésio - Aℓ(OH)3: hidróxido de alumínio 2. Quando o elemento tem nox variável - Fe(OH)2: hidróxido de ferro II hidróxido ferroso - Fe(OH)3: hidróxido de ferro III hidróxido férrico Obs.: ICO: maior valor nox OSO: menor valor nox BASES: NOMENCLATURA BASES: NOMENCLATURA SAIS: DEFINIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO Definição São compostos formados pela reação de um ácido com uma base de Arrhenius. Classificação 1. Neutralização total 2 HCℓO3 + Ca(OH)2 Ca(CℓO3)2 + 2 H20 Ácido clórico clorato de cálcio SAIS: REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO H2SO4 + 2 NaOH --> Na2SO4 + 2H2O 2 HCl + Ca(OH)2 --> CaCl2 + 2H2O HNO3 + LiOH --> LiNO3 + H2O H2P2O7 + Mg(OH)2 --> MgP2O7 + 2H2O 3 HCl + Fe(OH)3 --> FeCl3 + 3 H2O a a a a a ÓXIDOS: DEFINIÇÃO 1. Definição É um composto binário no qual o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Exemplos: CO2, Na2O. 2. Fórmula geral Ex+O2- Em que: E = elemento qualquer (com exceção do fluor) X = número de oxidação do elemento E O = oxigênio (com número de oxidação 2-) Exemplo: Mg2+O2- = MgO ÓXIDOS: NOMENCLATURA 1. Quando o elemento (E) ligado ao oxigênio for um METAL Óxido de nome do elemento - K2O: óxido de potássio - MgO: óxido de magnésio - Fe2O3: óxido de ferro III ou óxido férrico - FeO: óxido de ferro II ou óxido ferroso 2. Quando o elemento (E) ligado ao oxigênio for um AMETAL (mono, di, tri, ...) Óxido de (di, tri, ...) nome do elemento - N2O: monóxido de nitrogênio - CO: monóxido de carbono - P2O5: pentóxido de difósforo - I2O7: heptóxido de di-iodo ÓXIDOS: CLASSIFICAÇÃO 3. PERÓXIDO Os cátions são formadospor metais alcalinos, alcalinos terrosos e hidrogênio. O oxigênio apresenta nox = 1- - Para metais alcalinos e hidrogênio: H2O2, Na2O2, Li2O2 - Pata metais alcalinos terrosos: MgO2, CaO2, BaO2 Na2O2 + 2 H2O 2 NaOH + H2O2 Na2O2 + 2 HCℓ 2 NaCℓ + H2O2 peróxido + água base + água oxigenada peróxido + ácido sal + água oxigenada EXERCÍCIO PARA FIXAR EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 1) Dado o conjunto de substâncias inorgânicas abaixo, pede-se classificá-las, conforme sua função química, na ordem indicada: a) sal, ácido, óxido, base, hidreto; b) sal, hidreto, óxido, base, ácido; c) sal, base, ácido, óxido, hidreto; d) sal, base, óxido, hidreto, ácido; e) sal, ácido, peróxido, base, hidreto. NaCl ; H2CO3 ; Fe2O3 ; NaOH ; CaH2 EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 2) A tabela apresenta algumas características e aplicações de alguns ácidos: EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 3) Assinale a alternativa que apresenta dois produtos caseiros com propriedades alcalinas: a) detergente e vinagre; b) sal e coalhada; c) leite de magnésia e sabão; d) bicarbonato e açúcar; e) coca-cola e água de cal. EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 4) Faça a neutralização total dos seguintes reagentes: a) ácido sulfúrico com hidróxido de cálcio H2SO4 + Ca(OH)2 → b) Ácido fosfórico e o hidróxido de magnésio 2 H3PO4 + 3 Mg(OH)2 → Qual a diferença em dissolver sacarose ou cloreto de sódio em água? Química Analítica Clássica A dissolução de sacarose em água dá origem à presença de moléculas de sacarose na solução aquosa, e a mesma é denominada solução molecular, e a substância ou soluto presente na solução é denominado de não- eletrólito porque não é capaz de conduzir corrente elétrica. Qual a diferença em dissolver sacarose ou cloreto de sódio em água? Química Analítica Clássica Já o cloreto de sódio ao ser dissolvido em água tem a capacidade de conduzir a corrente elétrica, denunciando a presença de partículas transportadoras de cargas, ou seja, íons. Tais soluções são denominadas soluções iônicas e as substâncias, ou solutos, que as constituem, são denominados eletrólitos. O que são eletrólitos? O que são não-eletrólitos? Química Analítica Clássica Eletrólitos são substâncias químicas que formam íons quando dissolvidas em água ou outro solvente e assim produzem soluções que conduzem a corrente elétrica. Eletrólitos Corrente elétrica O que são eletrólitos? O que são não-eletrólitos? Química Analítica Clássica Não-Eletrólitos são substâncias químicas que formam moléculas quando dissolvidas em água e assim produzem soluções que não conduzem a corrente elétrica. Não-Eletrólitos Não-Corrente elétrica Química Analítica Clássica Corrente elétrica Conduz eletricidade Não conduz eletricidade Sofrem modificações Eletrólitos Não - Eletrólitos Não se modificam Substâncias inorgânicas (ácidos, bases e sais) Substâncias orgânicas (glicose, glicerina etc.) O que são eletrólitos? O que são não-eletrólitos? Química Analítica Clássica Química Analítica Clássica O que são eletrólitos fortes? Eletrólitos fortes são substâncias químicas que se ionizam completamente em um solvente. Eletrólitos fracos são substâncias químicas que se ionizam parcialmente em um solvente. O que são eletrólitos fracos? Química Analítica Clássica Eletrólito fraco Ex: ácido acético (CH3COOH) Eletrólito Forte Ex: cloreto de sódio (NaCl) Química Analítica Clássica Exemplos de eletrólitos fortes FORTES 1. Ácidos inorgânicos como HNO3, HClO4, H2SO4, HCl, HI, HBr, HClO3, HBrO3 2. Hidróxidos alcalinos e alcalino-terrosos; 3. A maioria dos sais. Química Analítica Clássica Exemplos de eletrólitos fracos FRACOS 1. Ácidos inorgânicos, incluindo H2CO3, H3BO3, H3PO4, H2S, H2SO3 2. A maioria dos ácidos orgânicos; 3. Amônia e a maioria das bases orgânicas; 4. Haletos, cianetos e tiocianatos. Envolve separação, identificação e determinação das quantidades ou teores dos componentes que constituem uma amostra. Esta teoria permite explicar por que as soluções de diversos compostos podem produzir a eletricidade. Os eletrólitos quando estão dissolvidos em água, se dissociam em átomos ou grupos de átomos eletricamente carregados, ou seja, íons que conduzem a corrente elétrica por migração. TEORIA DA DISSOCIAÇÃO ELETROLÍTICA ? Química Analítica Clássica Exemplos de substâncias não-eletróliticas? Química Analítica Clássica CH3OH(l) + água C12H22O11(s) + água Exemplos de substâncias eletróliticas? Química Analítica Clássica NaCl(s) + água Li2CO3 (s) + água Ce2(SO4)3(s) + água HCl(l) + água EXERCÍCIO PARA FIXAR a) Defina eletrólitos e não-eletrólitos? b) Diga a diferença do eletrólito forte de um eletrólito fraco. c)Escreva as reações de dissociação das substâncias observadas. 1) Responda: Química Analítica Clássica 1) Ni2(CN)4 + água 2) H2SO4 + água 3) CaCl2 + água 4) C6H6 + água EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE O que é Equilíbrio Químico? É uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual a da inversa e as concentrações de todas as substâncias participantes permanecem constantes. Observação Importante: As reações químicas não cessam quando o estado de equilíbrio químico é atingido. Em vez disso, as quantidades de reagentes consumidos e produtos formados são constantes, pois as velocidades das reações direta e inversa são idênticas. EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Constante de Equilíbrio Químico (Kc) É um valor que relaciona as concentrações das espécies reagentes e do produto no momento em que ocorre o equilíbrio. EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Constante de Equilíbrio Químico (Kc) É um valor que relaciona as concentrações das espécies reagentes e do produto no momento em que ocorre o equilíbrio. Ex: CaCO3(S) EXEMPLO 1) Consideremos o seguinte sistema em equilíbrio. N2O4 (g) 2 NO2 (g) A constante de equilíbrio é dada por: ↔ 03) Encontre o valor do Kc na seguinte reação em equilíbrio químico não balanceada: C(s) + CO2(g) ↔ CO(g) Untilizando os seguintes dados em mol/L: [C] = 2x103 [CO2] = 8x10 5 [CO] = 5x107 Exercício para Fixar 04) Encontre o valor do Kc na seguinte reação em equilíbrio químico não balanceada: SO2(g) + O2(g) ↔ SO3(g) Untilizando os seguintes dados em mol/L: [SO2] = 3x10 -4 [O2] = 2x10 -10 [SO3] = 9x10 -9 Exercício para Fixar EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Constante de Ionização A constante de equilíbrio químico iônico é simbolizada por Ki, no equilíbrio iônico de um ácido, ela é representada por Ka e em uma base é Kb. Exemplo: Calcule a concentração de íons hidróxidos presentes em uma solução de Mg(OH)2 0,0750 mol L -1. O equilíbrio principal é Kb = 10-5 mol/L e o íon Mg = 7,5.107 mol/L. EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Constante de Ionização EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Lei de Ostwaldo A lei prova que através da adição de solvente a uma solução iônica podemos aumentar o seu grau de ionização (α), tornando assim um ácido ou uma base fraca quase que totalmente ionizados. Ki = M α 2 M = concentração molar (mol/L) α = grau de ionização Ki = constante de ionização Ácidos e Bases Fracos Ki = α 2 . M 1 – α Ácidos e Bases Forte EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Determinação da [H+] e [OH-] nas soluções As concentrações molares [H+] e [OH-] dependem das molaridades do soluto (M), do seu grau de ionização (α) e do número de hidrogênios ionizáveis (x), logo temos: [H+] = M . α . x [OH-] = M . α . x Importante: No caso de ácidos e bases com α < 100%, ou seja, fracos, devemos considerar x = 1. EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Lei de Ostwaldo Exercício de Fixação: O ácido acetilsalicílico, mais conhecido como AAS, é um ácido orgânico fraco, cuja a formula será representada por Haas. Uma solução aquosa é preparada dissolvendo-se 0,1 molar de Haas por litro. A concentração deH+ nessa solução é 0,004 M. Calcule o Ka da AAS. EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Equilíbrio Iônico da Água A água é um eletrólito extremamente fraco, isto é, ela ioniza segundo a equação: ou simplesmente: No entanto a 25ºC as concentrações molares de H+ e OH- na água pura são iguais entre si e apresentam o valor de 10-7 mol.L-1. (l) (aq) (aq) EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Produto Iônico da Água (Kw) É uma constante de equilíbrio que não é afetada pela variação da concentração de H+ ou OH-, mas varia com a temperatura. Para soluções neutras: [H+] = [OH-] Para soluções ácidas: [H+] > [OH-] Para soluções básicas: [H+] < [OH-] Kw = Ka x Kb Exercício 5 Qual o valor de Kb para o equilíbrio: Ka = 5,7 x 10 -10 NH3 + H2O ⇆ NH4 + + OH- EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Exercício 6 Qual o valor de Kb para o equilíbrio: CN- + H2O ⇆ HCN + OH - Ka = 6,2 x 10 -10 EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE EQUILÍBRIO QUÍMICO DE ÁCIDO-BASE Escala de pH Essa escala foi desenvolvida pelo bioquímico dinamarquês Sorensen, onde definiu o termo pH pela expressão: pH = - log[H+] e consequentemente [H+] = 10-pH O mesmo vale para o pOH: pOH = - log[OH-] e consequentemente [OH-] = 10-pOH Relação: pH + pOH = 14 7) A 3,0g de ácido acético (H3CCOOH) foi adicionada água suficiente para completar 500mL de solução. Sabendo que nessa concentração o grau de ionização do ácido acético é 1%, calcule, para estas soluções: a) [H+] b) pH c) pOH d) [OH-] (Dados: M = 0,1molar; massa molar do ácido = 60g/mol) Exercício de Fixação Exercício 8) Calcule o pH de uma solução em que [H+] é 4,0 x 10-5 mol/L. 9) Calcule a [H+] que corresponde ao pH = 5,6. Exercício de Fixação Equilíbrio de Solubilidade Prof. Adriano Almeida EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) É uma constante de equilíbrio específica para eletrólitos fortes. Quando se adiciona um sólido iônico pouco solúvel em água, estabelece-se o equilíbrio entre os íons em solução e o sólido, o que pode ser descrito pela equação: Entre os íons existe a relação: Kps = [A+][B-] Onde, Kps = Constante do produto de solubilidade Para um eletrólito pouco solúvel com proporções estequiométricas, tem-se: EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) Exercício de Fixação: Sabendo que o 1,3x10-3 mols de iodeto de chumbo (PbI2), podem ser dissolvidos em 1,0 L de água a 20ºC. Qual o valor do produto de solubilidade? EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) Exercício de Fixação: Calcule o produto de solubilidade de uma solução, sabendo que o Ba(NO3)2 tem concentração de 10 -3 mol/L? EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) Exercício de Fixação: Sabendo que o Kps do carbonato de cálcio (CaCO3) a 25ºC é 9,0x10 -9, determinar a solubilidade deste sal. EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) Exercício de Fixação: A solubilidade de Ag2CrO4, a 18ºC, é de 3,41x10-2 mol/litro. O produto de solubilidade desta substância na mesma temperatura é: EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) Exercício de Fixação: A solubilidade de Ca3(PO4)2, a 25ºC, é de 1,3x10-23 mol/litro. O produto de solubilidade desta substância na mesma temperatura é: EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Produto de Solubilidade (Kps) Exercício de Fixação: A solubilidade de Ag2SO4, a 30ºC, é de 1,4x10-5 mol/litro. O produto de solubilidade desta substância na mesma temperatura é: reação de complexação Professor: Adriano Almeida REAÇÃO DE COMPLEXAÇÃO • Complexo ou íon complexo são compostos cuja característica principal é a presença de um íon metálico central, particularmente os elementos de transição, envolvidos por um grupo de ligantes intimamente acoplados a ele, que podem ser íons e/ou moléculas neutras. Atualmente, tende-se a considerar como complexo todo composto que apresenta um metal como componente, independente do ligante. REAÇÃO DE COMPLEXAÇÃO • Complexo ou íon complexo são compostos cuja característica principal é a presença de um íon metálico central, particularmente os elementos de transição, envolvidos por um grupo de ligantes intimamente acoplados a ele, que podem ser íons e/ou moléculas neutras. • Utilizados para: – análise gravimétrica ou em titulações de precipitação; – utilizados para extrair cátions de um solvente para um outro; – para dissolver precipitados insolúveis. • Os reagentes formadores de complexos mais úteis são compostos orgânicos. FORMAÇÃO DE COMPLEXOS A formação de complexos na análise qualitativa inorgânica ocorre frequentemente e é utilizada na separação ou identificação. Um dos mais frequentes fenômenos que ocorre na formação de um íon complexo é uma mudança de cor na solução. APLICAÇÕES DE COMPLEXOS o Metalurgia - Para o ouro vai se formar o complexo solúvel [Au(CN)2] -. Depois de extrair esses metais o íon complexo vai ser separado dos materiais insolúveis a partir da filtração e vai ser tratado com um metal mais oxidável para recuperar o metal extraído. A utilização de cianeto e a formação do íon complexo permite a volta de uma maior quantidade de metal no mesmo volume de rocha que anteriormente. o Medicina - O complexo cisplatina [Pt(NH3)2Cl2] tem a capacidade de se introduzir nas cadeias de ADN do núcleo das células. Como consequência desta introdução anômala na cadeia de DNA, a célula deixa de se replicar o que permite que a cisplatina seja um instrumento eficaz na cura do cancro. APLICAÇÕES DE COMPLEXOS - O EDTA é um composto orgânico que age como ligante polidentado, formando complexos muito estáveis com diversos íons metálicos. Devido a isso, é usado como conservante do sangue, pois "inativa" os íons de cálcio, que promovem a coagulação sanguínea. o Crescimento das Plantas - O ferro de que a planta necessita é fornecido sob a forma do complexo EDTA - Fe (II), solúvel em água, que penetra facilmente nas raízes das plantas. A utilização de complexos de ferro, desta forma, permite o maior crescimento de plantas. APLICAÇÕES DE COMPLEXOS o Conservação dos alimentos • Adição de EDTA aos alimentos. o Análise química • Tendo uma elevada afinidade pelos íons Ca2+ e o Mg2+ , o EDTA, pode ser útil na determinação desses íons em relação à, por exemplo, avaliação quanto a qualidade da água. APLICAÇÕES DE COMPLEXOS o Detergentes A dissolução do sabão pode ser dificultada pela existências de muitos íons Ca2+, que formam sais insolúveis. Atualmente, os detergentes têm um agente quelante, o tripolifosfato, que forma complexos estáveis e solúveis com o Ca2+. o Produtos de limpeza O EDTA é um agente complexante capaz de formar quelatos com metais como Ca2+ e Mg2+ , criando um complexo iônico solúvel, evitando a fixação cálcio em tubagens e materiais. APLICAÇÕES DE COMPLEXOS o Limpeza para ferrugem O óxido de ferro é insolúvel em água, mas dissolve-se na presença de ácido oxálico, dando origem ao complexo trioxalato ferrato (III)[Fe(C2O4)3] 3- solúvel. FORMAÇÃO DE COMPLEXOS • A maioria dos íons metálicos reage com doadores de pares de elétrons para formar compostos de coordenação ou complexos. • Ligantes: espécies doadoras • Aquocomplexo: cobre (II) FORMAÇÃO DE COMPLEXOS Unidentado: ligante que possui um único grupo doador de elétrons. • Bidentado: que possui dois grupos disponíveis para ligações covalentes. • Macrociclos: moléculas que contêm nove ou mais átomos no anel e incluem pelo menos três heteroátomos, geralmente oxigênio, nitrogênio ou enxofre. Modelo molecular do 18-coroa-6. Esse éter coroa pode formar complexos fortes com íons de metais alcalinos. As constantes de formação dos complexos de Na, K e Rb estão na faixa de 105 a 106. Estado Coloidal o A mistura de água e areia é um bom exemplo de suspensão. o As suspensões podem ser filtradas; as soluções não. • Essa diferença de comportamento entre as soluções e as suspensões se deve ao tamanho da partícula dispersa. • Nas soluções, o disperso e o dispersante recebem,respectivamente, o nome de soluto e solvente; • As dispersões coloidais são classificadas de acordo com estado físico dos participantes. Nome Substância dispersa Substância dispersante Exemplos Sol Sólida Líquida Proteínas em água, detergentes em água. Gel Líquida Sólida Geleias, gelatinas, queijos Emulsão Líquida Líquida Maionese Espumas Gás Líquida ou sólida Espumas líquidas: chantilly, espuma de sabão Espumas sólidas: pedra- pomes, carvão, maria- mole Aerossol Sólida ou Líquida Gás Poeira, fumaça, neblina, sprays Sal sólido Sólido Sólido A maioria das pedras preciosas o COLOIDES SOL E GEL • Método de preparação de uma gelatina em pó: - Despeje o conteúdo da embalagem em um recipiente. - Adicione uma xícara (250ml) de água fervente. - Mexa até dissolver completamente. - Adicione mais uma xícara de água fria ou gelada. - Coloque o recipiente na geladeira. • O pó de gelatina quando misturado com água aquecida constitui um coloide sol. • Esfriamento da gelatina chamamos de coloide gel. • As proteínas pertencem à classe dos liófilos; • São denominados de reversíveis; • Todos os cosméticos do tipo gel são coloides reversíveis, na presença de água, transforma-se em coloides sal. DISPERSÃO COLOIDAL: EMULSÕES - COMO SE FAZ MAIONESE ? • Emulsão é uma dispersão coloidal que se dar entre dois líquidos não miscíveis. • Mistura de óleo com água em um liquidificador, observa-se gotas de óleo de dimensões coloidais que ficam espalhadas na água por algum tempo. • Após alguns minutos as gotas de óleo se aglutinam e a fase é reconstituída, voltando a flutuar na água. Composição química do ovo (segundo Hauver e Haumann) Peso Total (%) Água (%) Proteínas (%) Gorduras (%) Ovo inteiro 100 65,5 11,8 11,0 Clara 58 88,0 11,0 O,2 Gema 31 48,0 17,5 32,5 DISPERSÃO COLOIDAL: EMULSÕES - COMO SE FAZ MAIONESE ? o Para se fazer maionese basta colocar uma gema de ovo no liquidificador, bater rigorosamente e acrescentar um pouco de óleo. DISPERSÃO COLOIDAL: EMULSÕES - COMO SE FAZ MAIONESE ? o Coloides protetores ou agentes emulsificantes ou tensoativos são moléculas de proteínas que envolvem as gotas de óleo, formando uma película hidrófila, ou seja, que possuem afinidade com a água. o No leite a substância emulsificantes é a proteína caseína. DISPERSÃO COLOIDAL: O EFEITO TYNDALL o Ocorre devido a dispersão da luz pelas partículas coloidais. o No copo com dispersão coloidal de proteínas, observa-se um feixe de laser. o No copo com solução aquosa de açúcar, as moléculas de soluto não são suficientemente grandes para dispersar a luz. Copo com leite, solução aquosa de açúcar e água pura, respectivamente DISPERSÃO COLOIDAL: ESPUMAS • Quando um gás é borbulhado em um líquido formam bolhas enormes e visíveis e bolhas de dispersão coloidal. DISPERSÃO COLOIDAL: AEROSSÓIS • Grãos de poeira de dimensões coloidais que nunca se sedimentam. PRINCIPAIS TIPOS DE COMPLEXOS • Aquocomplexos: Maioria dos cátions e alguns ânions que se encontram em solução aquosa. PRINCIPAIS TIPOS DE COMPLEXOS • Aminocomplexos: formados pela adição de um excesso de amônia à solução de certos íons metálicos. • Esses íons existem apenas a pH > 8, e são decompostos pela adição de ácidos minerais. PRINCIPAIS TIPOS DE COMPLEXOS • Hidroxocomplexos: Certos precipitados de hidróxidos de elementos anfóteros que podem ser dissolvidos pela adição de ácidos ou bases, eles apresentam ambos os caracteres: ácido e básico. OS MAIS IMPORTANTES COMPLEXOS NA QUÍMICA ANALÍTICA o Complexos de halogenetos • Os íons halogenetos são coordenados aos íons metálicos, formando halogenetos complexos. • Um excesso de HCl for adicionado a uma solução contendo Fe3+, numa concentração adequadamente elevada, esta solução passa a apresentar uma coloração amarela devido à formação do íon hexacloroferrato (III). • O precipitado branco de AgCl pode ser dissolvido em HCl concentrado, pela formação de íon dicloroargentato (I) incolor. OS MAIS IMPORTANTES COMPLEXOS NA QUÍMICA ANALÍTICA o Complexos de cianetos e tiocianatos • Os íons cianeto formam complexos estáveis com vários metais. • O cianeto é usado como agente mascarador. • O tiocianato é utilizado em alguns casos para a detecção de íons. OS MAIS IMPORTANTES COMPLEXOS NA QUÍMICA ANALÍTICA o Complexos quelatos • São muito estáveis e bastante comuns na química analítica. • São formados com ligantes polidentados. • O oxalato é, provavelmente, o ligante bidentado mais simples e forma complexos quelatos. CONSTANTE DE EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÍONS COMPLEXOS Consideremos o equilíbrio de dissociação do complexo dicianoargentato (I), [Ag(CN)2]-, que se dissocia de acordo com a equação: A aplicação da lei de ação das massas ao equilíbrio acima permite obter a expressão da constante de instabilidade: CONSTANTE DE EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÍONS COMPLEXOS EXEMPLO 1: Uma solução contém íons tetracianocuprato (I), [Cu(CN)4] 3-, sendo a concentração é 0,5 mol/L. Calcule a concentração do [Cu+]. DADOS: KINS = 5,0.10 -28 ; [CN-] = 0,1 mol/L CONSTANTE DE EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÍONS COMPLEXOS EXEMPLO 2: Uma solução contém íons tetracianocadmiato (II), Cd(CN)4] 2-, sendo a concentração é 0,5 mol/L. Calcule a concentração do [Cd2+]. DADOS: KINS = 1,4.10 -17 ; [CN-] = 0,1 mol/L CONSTANTE DE EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÍONS COMPLEXOS EXEMPLO 3: Calcule a concentração em mol/L de uma solução de [NH3 -] em água se um litro desta solução dissolve apenas 0,02 mol/L de Ag(NH3)2 + DADOS: KINS = 6,8.10 -8 ; [Ag+] = 0,5 mol/L Ag(NH3)2 + ↔ Ag+2 + 2 NH3 - REAÇÕES DE ÓXIDO-REDUÇÃO Prof. Adriano Almeida Reação de oxirredução • O que caracteriza uma reação de oxirredução? • A reação de oxirredução tem como característica estabelecer fundamentos teóricos sobre a habilidade que uma substância tem de reagir como “doadora” ou “receptora” de elétrons. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Como definição temos: Oxidação é a perda de elétrons (aumenta o nox). Redução é o ganho de elétrons (diminui o nox). Reações de Oxirredução é quando há transferência de elétrons. Reação de oxirredução Zn(s) + Cu +2 (aq) → Zn +2 (aq) + Cu(s) QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) As reações de oxidação e redução, também chamadas de reações redox, são fenômenos muito frequentes no nosso cotidiano. Como exemplo, temos: - Um material sofrendo combustão (queima); Im ag em : Se b as ti an R it te r / C re at iv e C o m m o n s A tt ri b u ti o n -S h ar e A lik e 2 .5 G en er ic Aplicação da Reação QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - O processo de enferrujamento do ferro; - A queima (combustão) de combustíveis nos veículos; (a) Imagem: (a): shuets udono from Tokyo, JPN / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic (b) Imagem: (b): Autor deconhecido / GNU Free Documentation License Aplicação da Reação QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - Quando se descolore os cabelos com água oxigenada; (a) Im ag en s: ( a) : S tu d io H ar co u rt P ar is / C re at iv e C o m m o n s A tt ri b u ti o n 3 .0 U n p o rt ed ( b ): K t. tw en ty o n e / G N U Fr ee D o cu m en ta ti o n L ic en se (b) Aplicação da Reação QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) - O funcionamento de pilhas e baterias, que movimentam as calculadoras, carros, brinquedos, rádios, televisões e muitas outras coisas. Imagem: Lead holder / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Aplicação da Reação QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Número de Oxidação (Nox) No caso dos compostos iônicos, chama-se Número de Oxidação (Nox) a própria carga elétrica do íon, ou seja, o número de elétrons que o átomo realmente perdeu ou ganhou. No MgO (óxido de magnésio) Mg+2: Nox = +2 O-2: Nox = -2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox)REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO Nox 1ª regra: O Nox de cada átomo em uma substância simples é semprezero. Exemplos: O2, O3, P4, S8, Cgraf, Cdiam 2ª regra: O Nox de um íon monoatômico é sempre igual à sua própria carga. K+ Ba2+ F– N3– QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox)3ª regra: Existem elementos que apresentam Nox fixo em seus compostos. Metais Alcalinos (1A) (H, Li, Na, K, Rb Cs e Fr) Nox = + 1 Exemplo: K2SO4. Nox = + 1 Metais Alcalinos-terrosos (2A) (Be, Mg, Ca, Sr, Ba e Ra) Nox = + 2 Exemplo: CaO. Nox = + 2 Zn (zinco) Nox = + 2 Exemplo: ZnSO4. Nox = + 2 Ag (prata) Nox = + 1 Exemplo: AgCℓ. Nox = + 1 Al (alumínio) Nox = + 3 Exemplo: Aℓ2O3. Nox = + 3 O (oxigênio) Nox = - 2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 4ª regra: O Nox do elemento hidrogênio (H), nas substâncias compostas, é geralmente +1. HBr H2SO4 C6H12O6 Quando o hidrogênio estiver ligado a metal, formando hidretos metálicos, seu Nox é -1 . NaH CaH2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 5ª regra: O Nox do elemento oxigênio (O), na maioria dos seus compostos, é -2. CO H2O H2SO4 C6H12O6 No composto fluoreto de oxigênio (OF2), como o flúor é mais eletronegativo, o Nox do oxigênio é + 2: OF2 Nos peróxidos (O2)2–, o Nox do oxigênio é -1. H2O2 Na2O2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 6ª regra: Os halogênios apresentam Nox = - 1, quando formam compostos binários (2 elementos). HCl MnBr2 CF4 7ª regra: A soma dos Nox de todos os átomos constituintes de um composto iônico ou molecular é sempre zero. NaCl HCl CaO CO QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Conhecendo essas regras, podemos calcular o Nox de muitos outros elementos. Exemplo 1: ● Determinação do Nox do fósforo (P) no H3PO4: H → Nox = +1 P → Nox = X O → Nox = -2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Exemplo 2: ● Determinação do Nox do Cromo (Cr) no K2Cr2O7: K → Nox = + 1 Cr → Nox = X O → Nox = - 2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Exemplo 3: ● Determinação do Nox do Enxofre (S) no Al2(SO4)3: Al → Nox = + 3 S → Nox = X O → Nox = - 2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Exemplo 4: ● Determinação do Nox do Enxofre (S) no Na2S2O3 : Na → Nox = + 1 S → Nox = X O → Nox = - 2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 8ª regra: Num íon composto, o somatório dos Nox é igual à carga do íon. Exemplo 5: ● Determinação do Nox do fósforo (P) no P2O7- 4 : P → Nox = x O → Nox = - 2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Exemplo 6: ● Determinação do Nox do bromo (Br) no BrO3- : Br → Nox = x O → Nox = - 2 QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox)LISTA DE EXERCÍCIO 1) Assinale a opção relativa aos números de oxidação CORRETOS do átomo de cloro nos compostos KClO2, Ca(ClO)2, Mg(ClO3)2 e Ba(ClO4)2, respectivamente. a) –1, –1, – 1 e – 1 b) +3, +1, + 2 e + 3 c) +3, +2, + 4 e + 6 d) +3, +1, + 5 e + 6 e) +3, +1, + 5 e + 7 2) Em H2S, H2SO3, H2SO4 e S8, os números de oxidação do enxofre são, respectivamente: a) + 2 , +3, -4, 0 b) -2, -4 , +6, +8 c) -2, +4, +6, 0 d) +2, -4, -6, 0 e) -2, -4, -6, -8 Reações de Oxirredução 2 reações interdependentes; Ocorrem por transferência de elétrons; 1 oxidação e 1 redução; Perde elétrons (e–); Aumenta o Nox; Agente redutor; » Oxidação Ganha elétrons (e–); Diminui o Nox; Agente oxidante; » Redução e – Balanceamento por oxirredução Efetuar o Nox de todos os elementos; Encontrar o oxidante e o redutor; Calcular o e–; e– = No de elétrons trocados na reação; Inverter os valores do e– ; Terminar o balanceamento pelo método das tentativas; e– = (maior Nox – menor Nox) . maior no de átomos do elemento no processo; EXERCÍCIO 1) Demonstre os balanceamentos pelo método de oxirredução. P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) C2H4 + KMnO4 + H2O C2H4(OH)2 + MnO2 + KOH EXERCÍCIO 2) Demonstre os balanceamentos pelo método de oxirredução. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) EXERCÍCIO 3) Demonstre os balanceamentos pelo método de oxirredução. Cr 2 O 7 –2 + Fe +2 + H + Cr +3 + Fe +3 + H 2 O LISTA DE EXERCÍCIO 4) Demonstre os balanceamentos pelo método de oxirredução. Bi+3 + SnO2 -2 + OH- SnO3 -2 + H2O + Bi BONS ESTUDOS!! adriano_quimico_cg@hotmail.com
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