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1 QUÍMICA ANALÍTICA Geral II Professores: Maria de Lourdes Moraes e Lucildes Mercuri 1º SEMESTRE/2015 Universidade Federal de São Paulo Departamento de Ciências Exatas e da Terra -Campus Diadema- 2 MÉTODOS ESTEQUIOMÉTRICOS (OU CLÁSSICOS) Procura obter respostas ou informações que servirão para definir os constituintes de uma AMOSTRA sob aspectos QUALITATIVOS e QUANTITATIVOS dentro do MENOR TEMPO possível e de MENOR CUSTO. QUÍMICA ANALÍTICA Dinheiro Estatística de amostragem Controle de qualidade e de produção MASSA MÉTODOS NÃO ESTEQUIOMÉTRICOS (FÍSICO-QUÍMICOS) a) GRAVIMETRIA b) VOLUMETRIA •ÁCIDO/BASE • PRECIPITAÇÃO • COMPLEXAÇÃO • ÓXIDO-REDUÇÃO a)ÓTICOS: Espectrofotometria; Fluorimetria; Fotometria de chama; Espectrografia; Absorção atômica b) ELETROMÉTRICOS: Polarografia; Potenciometria; Coulometria; Amperometria; Condutometria; Eletroanalíticas c) ANÁLISE TÉRMICA: Análise Térmica Diferencial; Termogravimetria; Calorimetria Exploratória Diferencial; Análise Termomecânica d) OUTROS: Cromatografias; Ativação nuclear. Identificação Reação Específica Sensibilidade Seletividade/Interferência 3 3 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE ANÁLISE OBJETIVO: Determinação do peso (ou da concentração) de um ou mais analíto(s) (componentes da amostra) que se pretende analisar. Pode ser realizado por dois meios: Direto Indireto Consiste em isolar o componente e então pesá-lo. “Raramente possível”. O peso do componente, P, é encontrado através da medida de alguma propriedade cuja magnitude, X, pode ser relacionada com o peso (ou concentração) do analíto. Portanto, a relação pode ser expressa em: P = f (X, outras variáveis), ou seja, para que se possa avaliar P medindo X, é preciso manter constante todas as demais variáveis de que P depende. “ Ocorre na maioria das vezes” 4 4 ETAPAS DE UMA ANÁLISE QUANTITATIVA TÍPICA: Seleção do método Obtenção da amostra Processamento da amostra A amostra é solúvel? Realização da dissolução química Não Sim Propriedade Mensurável? Mudança de forma química Não Medida da propriedade X Cálculo dos resultados Estimativa da confiabilidade dos resultados Nível de exatidão requerido Alta confiabilidade (tempo) Recursos disponíveis para análise Complexidade da amostra (nº de componentes presentes) 5 5 Material de vidro análise quantitativa rigorosamente limpo. Lavagem Água e detergente, enxaguá-lo várias vezes com água de torneira e, por último, com pequenas porções de água destilada (5 a 10 mL). LIMPEZA DE MATERIAL DE VIDRO Verificação Presença de gordura (pequenas gotículas de água nas paredes) ou outro resíduo tratamento com potassa-alcólica 10% (altamente corrosivo e deve ser manuseado com o máximo cuidado). Respingo abundantemente lavado com água. Nunca adicionar a potassa alcólica a um recipiente sujo. Jamais pipetar solução de limpeza aspirando com a boca. OBS.: Após alguns minutos de exposição, retorna-se a potassa alcólica para o seu frasco de origem, escoando o máximo possível e tampa-se esse frasco. Lava-se o material com água corrente (6 ou 7 vezes) e, a seguir, com pequenas porções de água destilada. Materiais volumétricos Não devem ser secados em estufa. A secagem da pipeta deve ser feita por sucção a vácuo (trompa d'água). 6 6 7 Aparatos para medidas precisas de volume Volume pode ser medido de maneira confiável com uma PIPETA, BURETA ou FRASCO (BALÃO) VOLUMÉTRICO 7 TD (to deliver) TC (to contain) TD TC Pipetas para transferência Pipetas para medidas buretas Balão Volumétrico JRM2007 8 Pipetas permitem a transferência de volumes exatamente conhecidos de um recipiente para outro Aparatos para medidas precisas de volume 8 Pipeta graduada calibradas em unidades convenientes para permitir a liberação de qualquer volume até sua capacidade máxima (0,1 – 25,0 mL) Pipeta volumétrica dispensa volume fixo único (0,50 – 200,00 mL) Atração entre vidro e líquido pequena quantidade de líquido costuma ficar retida na ponta da pipeta calibração leva em conta o filme líquido retido na parede (escoamento uniforme limpeza, tempo de denagem, viscosidade, tensão superficial, ângulo do aparelho em relação ao solo do laboratório). pipetas volumétricas líquido residual nunca deve ser assoprado (anel fosco) 9 Aparatos para medidas precisas de volume 9 JRM2007 10 10 11 Buretas permitem o escoamento de qualquer volume até a capacidade máxima do dispositivo Aparatos para medidas precisas de volume 11 12 Aparatos para medidas precisas de volume Preenchimento Encher acima do zero escoar (bem próximo ou um pouco abaixo do zero) deixar filme drenar (1 min) acerto/leitura final 12 Cuidados com: limpeza; existência de bolhas; Acompanhar a viragem de cor usando um fundo branco 13 13 Leitura 14 Aparatos para medidas precisas de volume Frascos ou Balões Volumétricos calibrados para conter um volume específico quando preenchidos até uma linha gravada no gargalo do frasco (menisco). 14 São usados para a preparação de soluções-padrão e para a diluição de amostras, a volumes fixos, antes da tomada de alíquotas com uma pipeta. (alguns são calibrados para dispensar certos volumes presença de duas linhas (preenchimento até linha superior) 15 AFERIÇÃO DE MATERIAL VOLUMÉTRICO 15 PESAGEM DE ÁGUA DESTILADA CONTIDA OU LIBERADA PELA VIDRARIA A SER AFERIDA. PIPETA, BALÃO E BURETA (20oC temperatura padrão (referência) Aferição é realizada normalizando para a Temperatura padrão 16 16 PIPETA: alíquota de 25 mL (= 0,025 mL) A diferença entre duas aferições não deve exceder a diferença de 0,025 mL. OBS.: A comparação não precisa ser feitas entre aferições consecutivas. 17 17 BALÃO VOLUMÉTRICO: O volume contido até o menisco (balão deve estar seco). A diferença entre duas aferições não deve exceder a diferença de 0,08 mL. OBS.: A comparação não precisa ser feitas entre aferições consecutivas. 18 18 BURETA: Intervalos: 1) 0 a 20 mL; 2) 20 a 40 mL A diferença entre duas aferições não deve exceder a diferença de 0,02 mL. 1 2 OBS.: A comparação não precisa ser feitas entre aferições consecutivas. 19 AFERIÇÃO DE MATERIAL VOLUMÉTRICO 19 ERROS ENVOLVIDOS • volume: expansão térmica do vidro • pesagem: empuxo do ar • outros: estática, correntes de ar, etc 20 MEDIDAS DE VOLUME Volume ocupado por uma certa massa de líquido varia com a temperatura 20 (dispositivo que abriga líquido também maioria feita de vidro pequeno coeficiente de expansão) CORREÇÃO PARA A EXPANSÃO TÉRMICA DO VIDRO (200 C temperatura padrão (referência) V´ = V20C [ 1 + 0,000025 ( T´- 20C )] V´ = volume a temperatura T´ normalmente não precisam ser consideradas no trabalho analítico corriqueiro coeficiente de expansão cúbica do vidro 0,000025 / oC) coeficiente de expansão cúbica da solução 0,00025 / oC) (variação de 50C efeito mensurável na confiabilidade) (coeficiente de expansão líquidos orgânicos requer ajuste para 10C) 21 MEDIDA DE MASSA 21 Aferição Balança analítica precisão de ao menos 1 parte em 105 (0,0001 g) (algumas de 1 parte em 106 precisão de 0,00001 g) Balança semimicroanalítica precisão de 0,01 g Balança microanalítica precisão de 0,001 g Aferição PIPETA BURETA 22 Balança mecânica de prato único 22 pesos até 100 mg leitura ângulo de deflexão lentes 23 Balança eletrônica 23 24 24 trava para evitar danos a trava deve estar acionada em todos os momentos exceto durante etapa de pesagem proteção contra correntes de ar (fechar gabinete) centralizar carga no prato da balança objeto a temperatura ambiente (conveção empuxo; e ar quente dentro do frasco pesa menos) A tara é a massa de um frasco de amostra vazio (porta amostra) tarar é o processo de ajuste da balança para apresentar leitura zero na presença da tara PESAGEM 25 25 massa de muitos sólidos varia com a umidade tendência em absorver quantidades apreciáveis de água amostra, precipitado, frasco massa constante aquecimento resfriamento pesagem armazenados em dessecadores evite tocar os objetos secos com os dedos quantidades detectáveis de água ou de gordura contidas na pele podem ser transferidas para o objeto CUIDADOS DURANTE PESAGEM Não se apoiar na mesa de balança. Ao sujar o prato da balança limpe-o imediatamente.evite. As bancadas das balanças devem ser limpas ao término das pesagens. 26 Massa medida invariável da quantidade de matéria contida em um objeto Peso é a força da atração entre um objeto e principalmente a Terra 26 (atração gravitacional varia dependendo da localização peso de um objeto depende de onde ele é avaliado – Santos X São Paulo // Santos x Alcântara/MA) p = m.g Análise química baseada na massa (resultados não dependem da localidade) Balança comparação entre massa de objeto e de padrões (gravidade afeta ambos igual cancelamento) ausência de palavra mais apropriada usa-se pesar para ato de determinar massa massa x peso 27 27 EMPUXO: PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES “quando um corpo se acha imerso em um fluido, gasoso ou líquido, este sofre um impulso de baixo para cima, igual ao peso do fluido deslocado” empuxo P nas pesagens, tanto o objeto como os pesos de referência se encontram imersos no ar; portanto, sobre eles atuam forças gravitacionais e o empuxo do ar 28 28 se as densidades do objeto e pesos de referência são idênticas, o efeito do empuxo do ar é compensado; ambos deslocam o mesmo volume e portanto possuem a mesma massa na prática, pesamos água versus pesos de latão; as densidades são muito diferentes, portanto os volumes de ar deslocados pelo objeto (água) e os pesos de latão são diferentes a massa aparente determinada no ar não representa a massa verdadeira do objeto (que seria aquela determinada no vácuo) o erro devido ao empuxo do ar é corrigido por meio de cálculo, uma vez que a pesagem no vácuo é impraticável EMPUXO: PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES 29 29 1 1 mH2O, vácuo = mH2O, ar 1 + densar densH2O denslatão 1 1 mH2O, vácuo, 30C = mH2O, ar 1 + 0,00116 0,99567 8,4 ar úmido saturado entre 15 e 30°C, 720-780 mmHg densidade dos pesos: 7,8 – 8,4 g cm3 mH2O, vácuo, 30C = mH2O, ar x 1,001026 EMPUXO: PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES volumeH2O, 30C = mH2O, ar x 1,001026 0,99567 = mH2O, ar x 1,0054 30 Correção para empuxo, variações no volume da água e recipientes de vidro foram incorporadas. multiplicação pelo fator adequado converte massa de água na temperatura T para (1) o volume correspondente naquela temperatura ou (2) o volume a 200C 30 Tabela 1 31 31 Frasco de vidro de soda, coeficiente de expansão cúbica, 0,000025/oC T (oC) Peso (g) Volume de 1 g de H2O (cm 3) T (oC) Peso (g) Volume de 1 g de H2O (cm 3) 10 998,39 1,0016 23 996,60 1,0034 11 998,32 1,0017 24 996,38 1,0036 12 998,23 1,0018 25 996,17 1,00385 13 998,14 1,00185 26 995,93 1,0041 14 998,04 1,0019 27 995,69 1,0043 15 997,93 1,0021 28 995,44 1,0064 16 997,80 1,0022 29 995,18 1,0048 17 997,66 1,0023 30 994,91 1,0051 18 997,51 1,0025 31 994,64 1,0054 19 997,35 1,0026 32 994,35 1,0057 20 997,18 1,0028 33 994,06 1,0060 21 997,00 1,0030 34 993,75 1,0063 22 996,80 1,0032 35 993,45 1,0066 Tabela 2 – Peso da H2O para dar 1 litro a T= 20 oC 32 32 volumeH2O, 30C = mH2O, ar x 1,0054 Fazendo correção do volume para 20C: mH2O, ar x 1,0054 = V20 C (1 + 0,000025 (30-20)) V20 C = mH2O, ar x 1,0052 fator tabelado, no laboratório (Tabela 2) afere o material a uma temperatura qualquer e calcula o volume a 20C em mL Exemplo AFERIÇÃO a T´= 30 C fator = 1,0054 (Tabela 1) JRM2007 33 33 Volume real ou Vcorrigido =? volume real volume nominal fator de correção fc = Volume nominal = 25,00 mL Pipeta volumétrica(pode estar molhada): alíquotas de 25,00 mL Correções Exemplo: Supondo três medições: a) m = 24,45 g (T = 24oC); b) 24,35g (26oC); c) 24,40 g (25oC) 1ª) Aferição: Vpipeta = mH2O x fator (Tabela 2) = 24,45 g x 1,0036 = 24,54 mL 2ª) Aferição: Vpipeta = mH2O x fator (Tabela 2) = 24,37 g x 1,0041 = 24,47 mL (20oC) 3ª) Aferição: Vpipeta = mH2O x fator (Tabela 2) = 24,40 g x 1,0038 = 24,49 mL (20oC) (20oC) V (1ª -2ª ) = 0,07; V (1ª -3ª ) = 0,05; V (2ª -3ª ) = 0,02; Vcorr 24,48 mL real = nominal x fC = 2,5x10 -3x0,9792 = 2,448x10-3 mols 24,48 mL 25,00 mL = = 0,9792 mL 34 34 Vnominal Vreal 100,00 mL 99,98 mL balão volumétrico: (todo o volume) CORREÇÕES Ao preencher com H2O cuidado para não molhar acima do menisco Se acontecer, secar antes da pesagem. VREAL VNOMINAL O Fator balão é empregado apenas nessa disciplina para possibilitar a correção das análises. Fator balão = Inicialmente deve estar limpo e seco 35 35 bureta: duas alíquotas de 20 mL Vnominal Vreal fc 20 mL = ? fc (0-20) = 19,73 mL/20 mL = 0,9865 fc(20-40) = 20,09 mL /20 mL= 1,0045 Correções 1 2 VNominal (mL) Vcorrigido (mL) 20 19,72 19,74 20 20,08 20,10 Supondo que numa titulação foi lido o volume de 33,45 mL. Qual o volume corrigido? Vcorrigido = Vlido(0-20) x fc1 + Vlido(20-40) x fc2 Vcorrigido = (20 x 0,9865) + (13,45 x 1,0045) = 33,24 mL Se não corrigir cometerá um erro de: 36 36 PROCEDIMENTO PARA AFERIÇÃO 37 37 balão limpo e seco (boca para baixo após 24 horas ele deve estar seco) Fechar e, sem tocar no balão diretamente com as mãos, pesar (anota-se a massa ou usa-se a tara da balança) Encher com água destilada, até o menisco medir massa Anotar temperatura da água e calcular o volume do balão (fator de conversão tabelado) A aferição destes materiais deve ser feita pelo menos duas vezes concordância ≤ 0,08 mL senão repetir O ajuste do menisco é o fator de erro mais comum (tira de papel para remover excesso de H2O acima do menisco). BALÃO VOLUMÉTRICO 38 38 pipeta limpa: preencher, por aspiração, com água destilada até acima do menisco; limpar parte externa da extremidade com papel absorvente; acertar o menisco com cuidado; verter a água em Erlenmeyer de 125 mL previamente limpo e pesado em balança analítica (a pesagem do Erlenmeyer deve ser efetuada com um pequeno vidro de relógio tapando-o); escoamento da pipeta no Erlenmeyerdeve ser efetuado controlando- se a vazão com o dedo, estando a ponta da pipeta encostada na parede do recipiente (tempo de escoamento mínimo: 30 segundos); Após o escoamento, afasta-se a extremidade da pipeta da parede do recipiente com cuidado; quantidade de líquido restante na ponta da mesma não deve ser soprada medir a massa do conjunto Erlenmeyer + água cobrindo-o com o mesmo vidro de relógio; Repetir aferição (diferença entre as determinações ≤ 0,025 mL) PIPETA 39 39 Após limpeza, encher a bureta até um pouco acima do traço correspondente ao zero; Verificar a ausência de bolhas de ar na região da válvula. (normalmente eliminadas mediante escoamento de líquido) Se necessário, enxugar a extremidade externa da ponta da bureta. Acertar zero (colocar uma tira de papel com a faixa preta). Deixar escoar, lentamente, a água da bureta num Erlenmeyer de 125 mL previamente pesado em balança (coberto com vidro de relógio); Ao alcançar exatamente a marca dos 20,0 mL, fecha-se a válvula e determina-se a massa de água. Escoar a bureta até a marca dos 40,0 mL Repetir para comparação dos volumes relativos a cada intervalo (concordância ≤ 0,02 mL). BURETA
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