Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Química Analítica Experimental Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química 2 Química Analítica Experimental Manual de Laboratório Organização: Profa. MSc. Vanuza dos Santos Oliveira Profa. Dra. Karime Rita de Souza Bentes George Nogueira de Oliveira Karen Lopes da Costa Marcus Valério Botelho Nágila Vitória Lima dos Santos Colaboradores: Profa. Dra. Giovana Anceski Bataglion Profa. Dra. Larissa Silveira Moreira Wiedemann Prof. Dr. Jamal da Silva Chaar Prof. Dr. Genilson Pereira Santana 1ª Edição Manaus, 2017 Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química “Os químicos são uma estranha classe de mortais, impelidos por um impulso quase insano a procurar seus prazeres em meio a fumaça e vapor, fuligem e chamas, venenos e pobreza, e, no entanto, entre todos esses males, tenho a impressão de viver tão agradavelmente que preferiria morrer a trocar de lugar com o rei da Pérsia.” Johann Becher, Physica Subterranea (1667) PREFÁCIO Prezado estudante, é com satisfação e alegria que apresentamos a você este manual de Química Analítica Experimental. Ele foi elaborado no intuito de oferecer aos alunos de graduação que cursam esta disciplina, um material acessível e que facilite a elaboração, compreensão e fixação da aprendizagem a partir de experimentos selecionados e possíveis de serem executados nos laboratórios do Departamento de Química da Universidade Federal do Amazonas. A elaboração, implantação e uso de materiais didáticos, tais como manuais de laboratório, foram algumas das motivações para a escrita deste manual. Além disso, este material serve como apoio para que os professores desta disciplina tenham como base um conjunto de experimentos aplicáveis à situação de cada curso para o qual a disciplina está sendo oferecida e para que o conteúdo visto em sala de aula possa ser assimilado de maneira crítica e argumentativa pelos alunos. Este manual foi dividido em três partes: a primeira parte é introdutória. Nesta, são passados a você alguns aspectos gerais de um laboratório de química analítica, bem como normas e regras que precisam ser respeitadas para sua própria segurança e de seus colegas. São apresentadas, ainda, algumas das principais vidrarias e equipamentos utilizados em laboratório. Sabe-se que todo tipo de resultado obtido está sujeito a algum tipo de erro. Desta forma, na segunda parte da apostila você encontrará algumas das principais maneiras utilizadas por um químico analista para tratar estes erros e oferecer resultados aceitáveis dentro de um determinado limite de confiança. Na terceira parte estão dispostos os roteiros experimentais previamente selecionados pelos elaboradores. Estes experimentos foram escolhidos baseando-se na ementa relativa de cada curso, visando cobrir o máximo de experimentos possíveis de serem realizados no laboratório, tendo em vista a disponibilidade de materiais e reagentes. Vale lembrar que a Química é frequentemente denominada “A Ciência Central”, e a natureza interdisciplinar da análise química a torna uma ferramenta vital em laboratórios clínicos, industriais, governamentais e acadêmicos do mundo inteiro. Neste sentido, desejamos a você um excelente semestre, um bom aproveitamento do curso de química analítica experimental e ressaltamos nossa abertura a sugestões, ideias e críticas para a melhoria deste material. Os editores. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 5 SUMÁRIO Parte I ............................................................................................................................................................ 7 Informações Iniciais, Normas, Equipamentos e Vidrarias........................................................................ 7 Parte II ......................................................................................................................................................... 31 Tratamento Estatístico de Erros ............................................................................................................... 31 Parte III ....................................................................................................................................................... 42 Roteiros Experimentais .............................................................................................................................. 42 PRÁTICA 1 – EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÁCIDOS E BASES FRACAS E SOLUÇÃO TAMPÃO .................................................................................................................................................... 43 PRÁTICA 2 – EQUILÍBRIOS DE HIDRÓLISE DE SAIS ................................................................ 50 PRÁTICA 3 – EQUILÍBRIOS DE PRECIPITAÇÃO E DISSOLUÇÃO DE COMPOSTOS POUCO SOLÚVEIS ................................................................................................................................. 55 PRÁTICA 4 – EQUILÍBRIOS ENVOLVENDO A FORMAÇÃO DE COMPLEXOS................. 59 PRÁTICA 5 – EQUILÍBRIOS DE OXI-REDUÇÃO .......................................................................... 64 PRÁTICA 6 – SEPARAÇÃO ANALÍTICA DOS CÁTIONS DO GRUPO I (Ag+, Hg2 2+ e Pb2+) 70 PRÁTICA 7 – SEPARAÇÃO ANALÍTICA DOS CÁTIONS DO GRUPO II (Cu2+, Bi3+, Hg2+, Cd2+, Sn4+, Sb3+) .......................................................................................................................................... 74 PRÁTICA 8 – SEPARAÇÃO ANALÍTICA DOS CÁTIONS DO GRUPO III (Fe3+, Al3+, Cr3+, Ni2+, Co3+, Zn2+ e Mn2+) ............................................................................................................................ 82 PRÁTICA 9 – SEPARAÇÃO ANALÍTICA DOS CÁTIONS DO GRUPO IV (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+) ............................................................................................................................................................. 88 PRÁTICA 10 - ENSAIOS PRELIMINARES DOS ÂNIONS ............................................................ 94 PRÁTICA 11 – INDICADORES E PAPEL INDICADOR DE pH .................................................. 97 PRÁTICA 12 – CALIBRAÇÃO DE APARELHOS VOLUMÉTRICOS DE VIDRO .................. 100 PRÁTICA 13 – VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO: PADRÕES PRIMÁRIOS E SECUNDÁRIOS ..................................................................................................................................... 104 PRÁTICA 14 – PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO ................ 108 PRÁTICA 15 – PADRONIZAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO DE ÁCIDO CLORÍDRICO............ 111 PRÁTICA 16 – VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO: ÁCIDO FRACO E ÁCIDO POLIPRÓTICO ....................................................................................................................................... 113 PRÁTICA 17 – DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁCIDO CÍTRICO NO SUCO DE FRUTAS CÍTRICAS. ................................................................................................................................................ 116 PRÁTICA 18 – PREPARAÇÃO, PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÃO E DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DE PRODUTO COMERCIAL POR VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO ....... 119 Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 6 PRÁTICA 19 – DETERMINAÇÃO DO TEOR DE HIDRÓXIDO DE MAGNÉSIO NO LEITE DE MAGNÉSIA POR RETROTITULAÇÃO .................................................................................... 124 PRÁTICA 20 – VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO – TITULAÇÃO DE MOHR .................. 127 PRÁTICA 21 – DETERMINAÇÃODE CLORETO DE SÓDIO EM SORO FISIOLÓGICO POR VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO ...................................................................................... 131 PRÁTICA 22 – DETERMINAÇÃO DE IODETO DE POTÁSSIO EM XAROPE POR VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO – METODO DE FAJANS ................................................ 138 PRÁTICA 23 – DETERMINAÇÃO DE BROMETO EM SAIS DE BROMETO POR VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO – MÉTODO DE VOLHARDT ........................................ 141 PRÁTICA 24 – COMPLEXOMETRIA: DUREZA DA ÁGUA E TEOR DE CÁLCIO EM LEITE ....................................................................................................................................................... 145 PRÁTICA 25 – DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO EM SUPLEMENTO ALIMENTAR POR VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO .............................................................................................. 150 PRÁTICA 26 – DETERMINAÇÃO DE CÁLCIO EM LEITE E MAGNÉSIO EM LEITE DE MAGNÉSIA ............................................................................................................................................. 153 PRÁTICA 27 – DETERMINAÇÕES IODOMÉTRICAS - H2O2 E COBRE ................................. 158 PRÁTICA 28 – DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM ÁGUA OXIGENADA POR VOLUMETRIA DE OXIDO-REDUÇÃO .................................................... 162 PRÁTICA 29 – DETERMINAÇÃO DA PORCENTAGEM DE CLORO ATIVO EM ALVEJANTE POR VOLUMETRIA REDOX ................................................................................... 166 PRÁTICA 30 – ANÁLISE DE ÁCIDO ASCÓRBICO EM COMPRIMIDOS DE VITAMINA C POR VOLUMETRIA REDOX ............................................................................................................. 170 PRÁTICA 31 – DETERMINAÇÃO DE FERRO EM SULFATO DE AMÔNIO E FERRO (II) .................................................................................................................................................................... 173 PRÁTICA 32 – GRAVIMETRIA: DETERMINAÇÃO DE NÍQUEL ............................................ 176 PRÁTICA 33 – DETERMINAÇÃO GRAVIMÉTRICA DE CÁLCIO EM SUPLEMENTO ALIMENTAR .......................................................................................................................................... 179 Parte I Informações Iniciais, Normas, Equipamentos e Vidrarias Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 8 1. INTRODUÇÃO AO LABORATÓRIO DE QUÍMICA ANALÍTICA Não se entra em um laboratório sem um objetivo específico. Desta forma, é necessário que você faça uma preparação prévia ao laboratório, questionando-se: O que vou fazer? Com qual objetivo farei isto? Quais os princípios químicos envolvidos nesta atividade? Durante a realização dos experimentos é essencial tomar nota dos fenômenos observados, bem como as massas e volumes utilizados, o tempo decorrido e as condições iniciais e finais do sistema. Desta forma, um caderno de anotações, livro ou ata, deve ser utilizado exclusivamente para o laboratório. Este caderno possibilitará uma descrição precisa das atividades que você desenvolverá. Confiar na sua memória não é o bastante, tudo deve ser anotado! Depois de um experimento vem a etapa em que você faz uma junção de todas as etapas anteriores, através de um relatório. O relatório é um modo de comunicação escrita de caráter científico sobre o trabalho laboratorial que você realizou. 2. PRÉ-LABORATÓRIO Antes de iniciar qualquer tipo de atividade no laboratório: • Estude os conceitos teóricos envolvidos, leia com atenção o roteiro da prática e tire todas as suas dúvidas. • Obtenha as propriedades químicas, físicas e toxicológicas dos reagentes a serem utilizados. 3. CADERNO DE LABORATÓRIO Um caderno de laboratório é de fundamental importância para registrar medidas e observações relacionadas a uma análise. O caderno precisa ser permanentemente mantido como uma peça única (não arrancar folhas ou juntar de notas aleatórias), com páginas enumeradas consecutivamente (quando necessário, numerar as páginas a mão antes de qualquer registro). As primeiras páginas devem ser reservadas para uma tabela de conteúdo, que deve ser atualizada a cada registro. Conforme mostrado na figura a seguir, a primeira destas páginas deve conter as seguintes informações: Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 9 1. O título do experimento (“Determinação Gravimétrica de Cloreto”). 2. Um breve enunciado dos princípios nos quais a análise é baseada. 3. Um resumo completo dos dados de pesagem, volumétricos e/ou de resposta instrumental, necessários para o cálculo dos resultados. 4. Um comentário sobre o melhor valor do conjunto de resultados e um relato de sua precisão. A segunda página deve conter os seguintes itens: 1. As equações para as principais reações envolvidas na análise. 2. Uma equação mostrando como os resultados foram calculados. 3. Um resumo das observações que parecem dar sustentação à validade de um resultado específico ou de toda a análise. Figura 1. Exemplo de um registro em um caderno de laboratório (SKOOG, 2006). Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 10 4. REGRAS GERAIS NAS AULAS DE QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL • O aluno deverá comparecer ao primeiro dia de aula com o MANUAL DE QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL e o CADERNO DE LABORATÓRIO para anotações. Sem estes dois instrumentos não será permitido o acesso ao laboratório. • O aluno deverá comparecer no horário estipulado pelo professor para o início das atividades. • O laboratório é um local muito vulnerável a acidentes. Por conta disso, é proibida a ingestão de bebidas, consumo e estocagem de alimentos, fumar, maquiar-se. O aluno deverá dedicar-se somente às atividades inerentes ao laboratório. • É obrigatório o uso de avental/jaleco de algodão, calça comprida, sapato fechado e óculos de segurança. Sem estes adereços o aluno não poderá permanecer no laboratório. • Não deixar sobre a bancada material como cadernos (a não ser o de laboratório), mochilas e outros pertences. Estes devem ser colocados nos armários ou embaixo da bancada. • Na quebra de material ou dano de equipamentos durante a realização do experimento, o (a) professor (a) deve ser comunicado. • Após a realização do experimento, o material utilizado deve ser escrupulosamente limpo e deixado arrumado sobre a bancada, para ser guardado pelos técnicos. • Reagentes e equipamentos devem ser utilizados com cuidado e deixados sobre a bancada para serem guardados pelo técnico após a prática. • Cuidado com a voltagem dos equipamentos. Antes de ligá-los, verifique a voltagem, pois no laboratório há tomadas com voltagem de 127 V e 220 V. Após a realização dos experimentos, não se esqueça de desligar todos os aparelhos conectados à rede. • Tenha muito cuidado no uso das balanças e limpe imediatamente qualquer reagente que tenha sido derramado sobre ela. • Em caso de dúvidas sobre o uso de algum reagente ou equipamento, consulte o seu professor, monitor ou técnico do laboratório. 5. O PRÉ-RELATÓRIO Dependendo do professor ministrante da disciplina, o aluno deverá trazer para a aula experimental a ser realizada um pré-relatório contendo os seguintes itens: ➢ CAPA: Identificação da instituição, do aluno e do professor ministrante da disciplina. ➢ TÍTULO: Identifica o experimento que será realizado e geralmente vem incluso no roteiro experimental recebido pelo aluno. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamentode Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 11 ➢ RESUMO: O resumo completo deve ser escrito após a execução do experimento (deixe um espaço reservado pra ele), contendo uma descrição sucinta do experimento, resultados obtidos e conclusões. ➢ OBJETIVO: Definir o objetivo do experimento a ser realizado. ➢ INTRODUÇÃO TEÓRICA: Descrição de toda a teoria necessária ao entendimento da prática. Deve conter uma síntese dos vários livros e artigos consultados. Não deve ser muito extensa, a menos que seja extremamente importante para o entendimento do experimento. Tente ser coerente e evite escrever algo que não seja pertinente ao experimento. 6. O RELATÓRIO COMPLETO Você deverá completar o relatório com os resultados obtidos no experimento e sua própria discussão ou argumentação, baseada nas referências bibliográficas já pesquisadas, concluindo o relatório final que deverá ser entregue ao professor ministrante da disciplina ao término da aula. Os seguintes itens devem ser complementados ao pré-relatório: ➢ RESULTADOS E DISCUSSÃO: Consiste na apresentação de todos os gráficos da prática ou calculados por meio dela. Devem ser apresentados gráficos, tabelas, figuras, etc., de forma que seus resultados possam ser compreendidos por outra pessoa. Sempre que possível, deve-se calcular os erros associados a estes resultados. Deve ser coerente, convincente e sem prolixidade, explicando de forma clara os resultados obtidos e indagando de forma crítica o porquê de não os alcançar. ➢ CONCLUSÃO: Deve ser uma síntese pessoal do que foi realizado, principalmente dos resultados e discussão. Descreve de forma sucinta os principais resultados obtidos. Proponha melhorias ou sugira possíveis metodologias alternativas para a realização dos experimentos. ➢ REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Deve conter as fontes pesquisadas e citadas ao decorrer do relatório. Não confunda “Referência Bibliográfica” com “Bibliografia”. Defini-se como referência bibliográfica “a parte de uma obra na qual se listam as obras utilizadas pelo autor para a elaboração do texto”. Já a bibliografia diz respeito à “parte de uma obra na qual se listam as referências bibliográficas de obras recomendadas para leitura complementar”. Ao longo do texto, a referência utilizada pode ser representada através de um número: 1, ou nome do autor, acompanhado do ano de publicação: OLIVEIRA, 2016. ➢ Consulte as normas de formatação da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) para padronizar o seu relatório. 7. CONFECÇÃO DE TABELAS E GRÁFICOS 7.1. Tabelas Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 12 As tabelas devem apresentar uma legenda sucinta, colocada acima delas, de acordo com o exemplo mostrado a seguir. Preferencialmente, não feche as tabelas nas posições verticais, do contrário você apresentará um quadro e não uma tabela. Indique as unidades de grandeza envolvidas no título acima da tabela. Tabela 1. Valores de densidade medidos pelo método picnométrico e de viscosidades, utilizando viscosímetro de Ostwald, para misturas etanol-água, a 25 °C e pressão atmosféria de 1 atm. Fração Molar (Xágua) Densidade/ g.cm-3 Viscosidade/.cp-1 0,00 0,7852 (a) 1,10 (a) 0,14 0,8025 1,31 (2) 0,20 0,8090 1,38 (2) 0,26 0,8198 1,45 (2) 0,30 0,8253 1,51 (3) 0,36 0,8347 1,61 (2) 0,39 0,8407 1,66 (3) 1,00 0,9971 (a) 0,89 (a) Legenda: (a) Valores tabelados. 7.2. Gráficos Os gráficos necessitam ser abertos ou fechados, conforme mostrado nas figuras a seguir. Devem sempre conter títulos, que geralmente são colocados na parte inferior da figura. O título deverá indicar as grandezas que estão sendo relacionadas, o método de medida que foi utilizado no experimento, o sistema sob estudo e as condições experimentais, tais como: pressão, temperatura, etc. Não devem ser apresentados como títulos de gráficos, exemplos como estes: viscosidades versus concentração da água, densidade versus concentração, pressão de vapor versus temperatura, índice de refração versus temperatura, etc. Figura 2. Variação da densidade da mistura etanol-água (picnometria), em função da concentração de água, Xágua, a 25 °C (Exemplo de um gráfico aberto). Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 13 Os parâmetros apresentados nas coordenadas necessitam, obrigatoriamente, conter suas unidades, quando for o caso. As escalas devem ser escolhidas levando em consideração a precisão da medida, as dimensões do papel no qual os gráficos serão desenhados e a facilidade de leitura das mesmas. Valores experimentais, representados por pontos, devem ser envolvidos por um círculo ou outra figura geométrica com um diâmetro de circunscrição de aproximadamente 3 a 4 mm para facilitar sua visualização. Fontes: • Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. Fundamentos de Química Analítica. – São Paulo: Cengage Learning, 8ª Ed. Norte Americana, 2006. • Pawlowsky, A. M.; Sá, E. L.; Messerschmidt, I.; Souza, J. S.; Oliveira, M. A.; Sierakowski, M. R.; Suga, R. Experimentos de Química Geral, 2ª. Edição – UFPR, 1996. • Passos, R. Química Geral Experimental, 1ª. Edição – UFAM, 2014. Figura 3. Variação da densidade da mistura etanol-água (picnometria), em função da concentração de água, Xágua, a 25 °C (Exemplo de um gráfico fechado). Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 14 sc ie n ce .lo ts o fl es so n s. co m 8. BOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIO 8.1. Princípios básicos de segurança em laboratórios O laboratório químico é um ambiente de trabalho sério que necessita de organização, planejamento e concentração. Para que tudo ocorra bem durante sua permanência faz-se necessário adotar uma boa conduta de respeito às normas de segurança. A seguir, são listadas algumas normas de segurança consideradas fundamentais para minimizar acidentes no laboratório de química. 1. Evite brincadeiras que dispersem sua atenção e de seus colegas, pois a imprudência e desatenção podem causar graves acidentes. 2. Sempre trabalhar com atenção, pois a mais simples operação com produtos químicos sempre envolve um grau de risco. 3. Prepare-se para realizar cada experimento, lendo com antecedência os conceitos referentes ao experimento e a seguir, o roteiro do experimento. 4. Use sempre calçado fechado, calça comprida, jaleco e óculos de segurança. 5. Use os Equipamentos de Proteção Individual (EPI’s) apropriados nas operações que apresentem riscos potenciais. 6. Consulte seu professor cada vez que estiver com uma dúvida sobre como trabalhar com um equipamento (vidraria ou aparelhagem) e toda vez que notar algo anormal ou imprevisto. 7. Não coma, não masque chicletes ou chupe balas durante a realização dos experimentos. Procure não levar as mãos à boca ou ao rosto enquanto estiver trabalhando. É proibido fumar no ambiente de laboratório. 8. Não coloque nenhuma substância na boca. 9. Não cheire substância alguma. Desloque os vapores emitidos pela substância, com a mão, para que você possa sentir os odores, sem perigo de intoxicação. 10. Pessoas que possuem os cabelos longos devem mantê-los presos enquanto estiverem trabalhando no laboratório. 11. Evite contato prolongado da pele com qualquer substância. Seja particularmente cuidadoso(a) quando manusear substâncias corrosivas, como ácidos ou bases concentradas, evitando derramamento nas mãos, face, ou outras partes do seu corpo e/ou em suas http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_EU/PPE_SafetySolutions_EU/Safety/Product_Catalogue/~/3M-Lab-Coats-4440?N=8707671+3294411302+3294857473&rt=rudUniversidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 15 roupas. Se, apesar desses cuidados, isto acontecer, lave a região atingida abundantemente com água, especialmente em casos de respingo nos olhos. Solicite o auxílio de seu professor(a) em casos de queimaduras, cortes, ingestão de líquidos ou qualquer outro acidente. 12. Faça apenas as experiências indicadas no roteiro de aula, de acordo com o auxílio dado pelo(a) professor(a). Experiências não autorizadas são proibidas. Não misture nenhuma solução com outra para satisfazer “curiosidade científica”. Consequências sérias podem surgir da mistura impensada de certas substâncias. Utilize apenas as quantidades indicadas no roteiro do experimento. 13. Mantenha a sua bancada desimpedida, colocando sobre ela apenas o equipamento necessário para a realização do experimente e uma caneta ou lápis para a anotação dos resultados e observações. Não coloque sobre ela: livros, cadernos, bolsas, etc. 14. Se algum produto for derramado sobre a bancada, limpe o local imediatamente. 15. Todos os experimentos que envolvem a liberação de gases e vapores tóxicos devem ser realizados na câmara de exaustão (capela). 16. Não utilize vidros quebrados ou trincados. Não trabalhe com material imperfeito. Avise o(a) professor(a) e substitua o material. 17. Leia com atenção o rótulo de qualquer frasco antes de usá-lo. Leia duas vezes para ter certeza de que pegou o frasco certo. 18. Nunca torne a colocar num frasco uma quantidade de reagente não utilizada. Retire um reagente sólido do frasco, colocando-o em um vidro de relógio limpo, ou papel de filtro. 19. Não troque tampas ou rolhas dos frascos, evitando assim, perdas de reagentes ou soluções decorrentes de contaminação. Uma vez retirado um frasco do seu lugar, retorne-o imediatamente após seu uso. 20. Não deixe vidro quente em lugar onde possam pegá-lo inadvertidamente. Deixe qualquer peça de vidro quente esfriar bastante tempo. Lembre-se de que vidro quente tem a mesma aparência de vidro frio. 21. Tenha cuidado com reagente inflamáveis. Não os manipule em presença de fogo. Não aqueça líquidos inflamáveis diretamente em uma chama. 22. Consulte as Fichas de Informação de Segurança de Produtos Químicos (FISPQs) na internet usando a expressão: “nome da substânica+FISPQ”, para obter as informações importantes dos reagentes que você irá utilizar em cada aula experimental. 23. Só deixe o bico de Bunsen aceso sobre a bancada, quando este estiver sendo utilizado. 24. Observe com atenção as técnicas de aquecimentos de líquidos. Nunca olhe Uniguaçu – Segurança em Laboratório http://oxford.sch.ae/portfolio-posts/laboratory/ Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 16 diretamente, nem aproxime seu rosto em demasia de algum frasco contendo líquidos em aquecimento. Quando aquecer um tubo de ensaio, faça-o com constante agitação e nunca dirija a boca do tubo para seu vizinho ou para si próprio. 25. Nunca adicione água em ácidos concentrados. Efetue o processo inverso: adicione lentamente o ácido concentrado sobre a água, agitando a solução constantemente. 26. Verifique a voltagem utilizada pelos aparelhos elétricos antes de ligá-los nas tomadas. 27. Ao se retirar do laboratório, verifique se não há torneiras de água ou gás abertas. Desligue todos os aparelhos e lave bem as suas mãos. 28. Nunca jogue os resíduos na pia, mas sim nos recipientes apropriados para o descarte. 29. Ao término da aula de laboratório, lave os materiais utilizados e deixe-os na ordem em que os encontrou no início da aula. 8.2. Pictogramas de perigos e seus usos em produtos químicos Um pictograma (símbolos) de perigo é uma composição gráfica que inclui um símbolo e outros elementos gráficos, tais como borda, padrão ou cor de fundo, destinado a transmitir informações específicas sobre o perigo em causa, isto é, informações sobre o efeito nocivo de uma determinada substância ou mistura na saúde humana ou no meio ambiente. Abaixo estão listados os pictogramas de perigo, Quadro 1, conforme recomendação da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Quadro 1. Pictogramas (símbolos) de perigo, respectivo significado, exemplos e símbolos de perigo. Bomba Explodindo Usado para explosivos Instáveis, explosivos das divisões 1.1; 1.2; 1.3; 1.4, substâncias e misturas autorreativas tipo A e B e peróxidos orgânicos tipos A e B. Chama Usado para gases inflamáveis, categoria 1, aerossol inflamável, categoria 1 e 2, Sólidos inflamáveis categorias 1 e 2, substâncias e misturas autorreativas tipos B,C,D,E e F, Líquidos e sólidos pirofóricos, substâncias e misturas sujeitas a autoaquecimento, categoria 1 e 2, substâncias e misturas que, em contato com a água, emitem gases inflamáveis e Peróxidos orgânicos tipo B, C, D e F. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 17 Chama sobre círculo Usado para gases oxidantes, líquidos oxidantes, categorias 1, 2 e 3 e sólidos oxidantes categorias 1, 2 e 3. Cilindro de gás Usado para gases (comprimidos, liquefeitos, refrigerados e dissolvidos) sob pressão. Corrosão Usado para substâncias que corroem metais e substâncias que causam corrosão/irritação à pele e lesões oculares graves/irritação ocular. Crânio e ossos cruzados Usado para substâncias de toxidade aguda (oral, dérmica ou por inalação) categorias 1,2 e 3, e substâncias corrosivas/irritantes à pela, categorias 1A, 1B e 1C. Ponto de exclamação Usado para substâncias de toxidade aguda (oral, dérmica ou por inalação) categoria 4, substâncias corrosivas/irritantes à pele categoria 2, substâncias que causam prejuízos sérios aos olhos/irritação nos olhos categoria 2A, substâncias que causam sensibilização à pele e substâncias de toxidade sistêmica ao órgão- alvo após única exposição. Perigoso à saúde Usado para substâncias sensibilizantes respiratórias, substâncias mutagênicas categorias 1A, 1B e 2, substâncias carcinogênicas categorias 1A, 1B e 2, substâncias tóxicas à reprodução, substâncias de toxidade sistêmica ao órgão-alvo após única exposição categorias 1 e 2, substâncias de toxidade por aspiração categoria 1 e 2. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 18 Meio ambiente Usado para substâncias que representam perigo ao meio ambiente aquático e substâncias de toxidade aquática crônica. 8.3. Diagrama de Hommel O Diagrama de Hommel ou diamante do perigo, utilizado pela Associação Nacional para Proteção contra Incêndios (em inglês: National Fire Protection Association), dos Estados Unidos da América, para expressar o produto químico nele contido. Representa os perigos à saúde, inflamabilidade e instabilidade decorrente da exposição aguda a um produto químico sob condições de fogo, derramamento ou emergências similares (Quadro 2). Quadro 2. Diagrama de Hommel ou diamante do perigo. Riscos à saúde Inflamabilidade Reatividade Riscos específicos 4 – Letal 4 – Abaixo de 23 °C 4 – Pode explodir OX – Oxidante 3 – Muito perigoso 3 – Abaixo de 28 °C 3 – Pode explodir com choque mecânico ou calor ACID – Ácido 2 – Perigoso 2 – Abaixo de 93 °C 2 – Reação química violenta ALK – Álcali 1 – Risco leve 1 – Acima de 93 °C 1 – Instável de se aquecido COR – Corrosivo 0 – Material normal 0 – Não queima 0 – Estável W – Não misture com água Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 19 8.4. Ficha de Informação de Segurançade Produtos Químicos – FISPQ Abaixo segue um exemplo resumido da FISPQ do ácido clorídrico (HCl), para maiores informações procurar na internet usando a expressão: “nome da substânica+FISPQ”, para obter os dados importantes dos reagentes que você irá utilizar em cada aula experimental. Diagrama de Hommel Nome do produto Pictogramas de perigo (rotulagem) ÁCIDO CLORÍDRICO HCl Nomes comerciais: Ácido Muriático; Cloreto de Hidrogênio em solução aquosa. Usos: Insumo básico na fabricação de produtos químicos para tratamento de água, de aditivos para a indústria alimentícia, com aplicações nas indústrias siderúrgica, metalúrgica e na neutralização de efluentes. Usar luvas, botas e roupas de borracha butílica e máscara facial panorama com filtro contra vapores. PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS Aparência: líquido aquoso; sem coloração, afunda e mistura na água. Odor: irritante, vapor irritante. Densidade: 1,15 g/cm3 a 20 ºC *Informação referente à solução a 30% de HCl em peso . Solubilidade na água: Miscível Ponto de ebulição (°C): 110 Ponto de fusão (°C): -15.3°C; (45% em HCl em peso) Pressão de vapor: 11 mm.Hg a 20ºC EM CASO DE DERRAMAMENTO Não reage: com água e não ocorre polimerização; Reatividade química com materiais comuns: corrosivo para a maioria dos metais com liberação de gás hidrogênio, que pode formar misturas explosivas com o ar. Degradabilidade: produto inorgânico. Neutralização e disposição final: para pequenas quantidades: adicionar cuidadosamente excesso de água, sob agitação. Ajustar o pH para neutro. Separar quaisquer sólidos insolúveis ou líquidos e enviá-los para disposição em um aterro para produtos químicos. Drenar a solução aquosa para o esgoto com muita água. PRIMEIROS SOCORROS Contato com vapor: causa irritação para os olhos, nariz e garganta. Se inalado, causará tosse ou dificuldade respiratória. Tratamento: mover para o ar fresco. Se a respiração for dificultada ou parar, dar oxigênio ou fazer respiração artificial. Contato com líquido: prejudicial se ingerido queimará os olhos e para a pele. Tratamento: Não provocar o vômito. Manter as pálpebras abertas e enxaguar com muita água. Remover roupas e sapatos contaminados e enxaguar com muita água. ARMAZENAGEM - Temperatura e armazenamento: AMBIENTE. Ventilação para transporte: VENTILADA Estabilidade durante o transporte: ESTÁVEL. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 20 8.5. Limpeza de vidrarias de laboratório Limpar vidraria de laboratórios não é tão simples quanto lavar pratos. Nesta seção constam alguns procedimentos de limpeza de vidrarias de laboratório para que você não arruíne sua solução ou experimento. Geralmente é mais fácil limpar as vidrarias se você souber o jeito correto de fazer isso. Dependendo do grau e da qualidade de análise que se deseja fazer alguns tipos específicos de detergente precisam ser utilizados, tais como dextran, liquinox, etc. Gasto de tempo, detergente e água não são requeridos nem desejáveis. Você pode rinsar a vidraria com um solvente apropriado e finalizar com algumas rinsagens com água destilada, seguida por rinsagens finais com água deionizada. 8.5.1. Regras básicas para a limpeza de vidrarias • Soluções solúveis em água (cloreto de sódio, sacarose, etc.): rinsar de 3 a 4 vezes e então colocar a vidraria para secar. • Soluções insolúveis em água (soluções em hexano, clorofórmio, etc.): rinsar de 2 a 3 vezes com etanol ou acetona, rinsar de 3 a 4 vezes com água destilada e então colocar a vidraria para secar. Em algumas situações outros solventes necessitam ser utilizados para a rinsagem inicial. • Ácidos fortes (HCl ou H2SO4 concentrados): sob a capela, cuidadosamente rinsar a vidraria com volumes abundantes de água da torneira. Rinsar de 3 a 4 vezes com água destilada e então colocar a vidraria para secar. • Bases fortes (NaOH – 6,0 mol.L-1 ou NH4OH concentrado): sob a capela, cuidadosamente rinsar a vidraria com volumes abundantes de água da torneira. Rinsar de 3 a 4 vezes com água destilada e então colocar a vidraria para secar. • Ácidos fracos (soluções de ácido acético ou ácidos fortes diluídos tais como HCl e H2SO4 0,1 mol.L-1 e 1 mol.L-1): rinsar de 3 a 4 vezes com água destilada antes de colocar a vidraria para secar. • Bases fracas (NaOH e NH4OH nas concentrações 0,1 mol.L -1 e 1 mol.L-1): rinsar de 3 a 4 vezes como água destilada antes de colocar a vidraria para secar. 8.5.1.1. Lavagem de vidrarias especiais Buretas: lavar com água e sabão, rinsar completamente com água da torneira, então rinsar de 3 a 4 vezes com água destilada. Tenha certeza de que foi removido qualquer resquício de solução titulante do vidro. Buretas precisam estar inteiramente limpas para serem utilizadas para qualquer trabalho de laboratório quantitativo. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 21 Pipetas e frascos volumétricos: em alguns casos você precisa deixar a vidraria de molho durante a noite em água e sabão. Limpe pipetas e frasco volumétrico utilizando água aquecida e sabão. A vidraria pode precisar ser esfregada com uma escova. Rinsar com água da torneira, seguida de 3 a 4 rinsagens com água destilada. 8.5.1.2. Secagem de vidrarias O processo de secagem dependerá do tipo de vidraria, pois o material volumétrico precisa de cuidados especiais, secando a temperatura ambiente. As demais vidrarias secam em estufa e depois são mufladas em um forno. 8.5.1.3. Secagem de vidraria volumétrica • A secagem da vidraria volumétrica é feita em temperatura ambiente para evitar a dilatação do material e possível perda da aferição de volume. • A vidraria deve ser deixada em um local limpo e coberta com um papel alumínio durante o tempo necessário para que fique seca. • Após a secagem completa, a vidraria deve ser embrulhada com papel alumínio de maneira que as paredes internas não sejam expostas à contaminação por partículas atmosféricas. Em seguida a vidraria é armazenada em local apropriado onde fique protegida do calor e da contaminação. 8.5.1.4. Secagem de vidraria comum • A vidraria comum, ou vidraria não volumétrica, é secada em estufa de secagem e esterilização a aproximadamente 60 °C. O processo de secagem é realizado por 24 horas, ou o tempo necessário para que a vidraria fique seca. • Material não resistente à temperatura de 60 °C, por exemplo, plástico, não deve ser colocado na estufa para secar de maneira alguma. Ao ser ligada a estufa deve ser ajustada para esta temperatura e deve-se ter a garantia de que não haverá superaquecimento, com o auxílio de um termômetro. Fontes: -Limpeza de vidrarias. Disponível em: <http://chemistry.about.com/od/chemistrylabexperiments/a/cleanglassware.htm> Acessado: 02.04.2016. -Moura, J. A. S.; Yogui, G. T. Limpeza e preparação de vidrarias para análise de compostos orgânicos em ecossistemas costeiros e marinhos, Departamento de Oceanografia, Universidade Federal de Pernambuco, 6 p, 2012. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 22 9. EQUIPAMENTOS BÁSICOS DE LABORATÓRIO O laboratório químico é um lugar projetado especialmente para um trabalho eficiente e satisfatório em química. Você necessita de um espaço adequado para realizar seus experimentos, além de recipientes e equipamentos adequados. A Química, como toda ciência, teve a necessidade de desenvolver uma linguagem própria. Desta forma, é preciso certo esforço para aprender o significado exato desses termos. Nesta sessão, serão apresentados alguns equipamentos e vidrarias de laboratório e uma breve descrição da aplicação.Materiais e Vidrarias em Geral 1 Tubo de Ensaio Usado em reações químicas, principalmente em testes de reação. 2 Tubo em U Usado, geralmente, em eletrólise. 3 Copo de Béquer Usado para aquecimento de líquidos, reações de precipitação, etc. 4 Erlenmeyer Usado para titulações e aquecimento de líquidos. 5 Balão de Fundo Chato Utilizado para aquecimentos e armazenamentos de líquidos. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 23 6 Balão de Fundo Redondo Utilizado para aquecimento de líquidos e reações com desprendimento de gases. 7 Balão de Destilação Utilizado em destilações. Possui uma saída lateral para a condensação de vapores. 8 Balão Volumétrico Utilizado para preparar volumes precisos de soluções. 9 Proveta ou Cilindro Graduado Usada para medidas aproximadas de volumes de líquidos. Não deve ser aquecida em estufa nem carregada com líquidos quentes. 10 Pipeta Volumétrica Utilizada para medir volumes fixos de líquidos. Medem um único volume. Não deve ser aquecida em estufa. 11 Pipeta Cilíndrica (graduada) Utilizada para medir volumes variáveis de líquidos. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 24 12 Funil de Vidro Utilizado em transferência de líquidos e em filtrações de laboratório. O funil com cano longo e estrias é chamado de funil analítico. 13 Frasco de Reagentes Usado para o armazenamento de soluções. 14 Cuba de Vidro Utilizado para banhos de gelo e fins diversos. 15 Vidro de Relógio Usado para cobrir béqueres em evaporações, pesagens e fins diversos. 16 Placa de Petri Utilizada para meios de cultura e fins diversos 17 Dessecador Destinado a manter uma atmosfera anidra, usado para resfriar substâncias em ausência de umidade. 18 Pesa-filtros Utilizado para pesagem de sólidos Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 25 19 Bureta Utilizada em análises volumétricas para obtenção de medidas precisas de líquidos. 20 Kitassato e Funil de Buchner Utilizados em conjunto para filtrações a vácuo. 21 Vara de Vidro Utilizada para montagens de aparelhos, interligações e outros fins. 22 Baqueta ou Bastão de Vidro Utilizada para agitar soluções, transporte de líquidos durante a filtração e outros fins. 23 Condensadores Utilizados para condensar os gases ou vapores da destilação. 24 Densímetro Utilizado para determinar a densidade de líquidos. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 26 25 Termômetro Utilizado para realizar medidas de temperatura. Materiais de porcelana 26 Cadinho de Porcelana Utilizado para aquecimentos a seco (calcinaçōes) em bico de Bunsen e Mufla. 27 Triângulo de Porcelana Utilizado para sustentar cadinhos de porcelana em aquecimento direto no Bico de Bunsen. 28 Almofariz e Pistilo Utilizados para triturar e pulverizar sólidos. 29 Cápsula de Porcelana Utilizada para evaporar líquidos em soluções. Materiais diversos 30 Tripé de Ferro Utilizado para sustentar tela de amianto em aquecimentos de laboratório Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 27 31 Tela de Amianto Utilizada para distribuir uniformemente o calor em aquecimentos de laboratório. 32 Bico de Bunsen Utilizado em aquecimentos realizados no laboratório. 33 Estante para Tubos de Ensaio Suporte para tubos de ensaio. 34 Funis de Decantação Utilizados para a separação de líquidos não miscíveis. 35 Pinça de Madeira Utilizado para segurar tubos de ensaio durante aquecimentos direto no bico de Bunsen. 36 Frasco Lavador Utilizado para lavagens, remoção de precipitados e outros fins. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 28 37 Pisseta Utilizada para os mesmos fins do frasco lavador. 38 Suporte Universal Suporte para fixar bureta, funil de decantação, etc. 39 Anel para funil Utilizado como apoio para funis de separação, funis simples, etc. 40 Garra Metálica Utilizada como suporte para manter vidrarias suspensas. 41 Pinça Utilizada para transporte de cadinhos e outras finalidades 42 Trompa de Vácuo Utilizado em conjunto com o kitassato e o funil de Buchner. 43 Furador de Rolhas Utilizado para furar rolhas. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 29 44 Kipp Utilizado para a produção de gases tais como H2S, CO2, etc. 45 Pinça Metálica Castaloy Utilizada para transporte de cadinhos e outros fins. 46 Escovas de Limpeza Utilizadas para limpezas de tubos de ensaio e outros materiais. 47 Garra de Condensador Utilizada para sustentar condensadores de destilação. 48 Espátulas Utilizadas para transferência de substâncias sólidas. 49 Estufa Equipamento utilizado para secagem de materiais até 200 °C Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 30 50 Mufla Utilizada para calcinações, temperaturas até 1500 °C Nota: Todas as ilustrações de equipamentos e vidrarias foram desenhadas com o auxílio do software ChemDraw® Version 15.1 e imagens de sites de fabricantes PerkinElmer®, Sigma®, PensaLab® e Thermo Scientific®. Parte II Tratamento Estatístico de Erros Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 32 1. ERROS E TRATAMENTO DE DADOS OBTIDOS EXPERIMENTALMENTE 1.1. Erros em Análises Químicas As medidas invariavelmente possuem erros e incertezas associadas a elas. Será que o que estamos medindo é realmente aquilo que deveríamos medir? Os erros são causados por padronizações ou calibrações malfeitas ou variações aleatórias e incertezas nos resultados. Em química analítica, erro possui dois significados que possuem uma sutil diferença. Em primeiro lugar, os erros referem-se às diferenças entre um valor medido e o valor tido como “verdadeiro” ou “conhecido”. Em segundo, o erro geralmente denota a incerteza estimada, associada a uma medida ou a um experimento. Os erros que acompanham uma medida podem ser classificados em duas categorias: 1. Erros determinados ou sistemáticos – Possuem um valor definido e, pelo menos em princípio, podem ser medidos (se detectados) e computados no resultado final. 2. Erros indeterminados – Não possuem valor definido, não podem medidos e flutuam de um modo aleatório. Apesar de não ser fácil estimar a confiabilidade de dados experimentais, é importante que isto seja feito sempre que coletamos resultados no laboratório, porque os dados com qualidade desconhecida são inúteis. Porém, os resultados que não se mostram especialmente exatos podem ser de interesse se os limites das incertezas forem conhecidos. Desta forma, alguns cálculos e ferramentas estatísticas são de extrema importância para estimar oumensurar a qualidade dos resultados obtidos em química analítica. 1.2. Alguns termos importantes 1.2.1. Média e Mediana Em geral, os químicos utilizam entre duas e cinco porções (ou réplicas) de uma amostra para realizar um procedimento analítico completo. Assim sendo, considera-se que o “melhor” resultado é o valor central do conjunto. A medida mais amplamente utilizada como valor central é a média, X̅, também chamada de média aritmética, ou simplesmente a média. Ela é obtida através da divisão da soma das réplicas de medidas pelo número de medidas do conjunto: x̅= (∑ xi N i=1 ) N onde xi representa os valores individuais de x que constituem o conjunto de N réplicas de medidas. A mediana é o resultado central quando as réplicas de dados são organizadas de acordo com uma sequência crescente ou decrescente de valores. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 33 1.2.2. Precisão É um termo que descreve a proximidade entre os resultados que foram obtidos exatamente da mesma forma. É prontamente determinada pela repetição da medida em réplicas da amostra. Para descrever a precisão de um conjunto de dados de réplicas três termos são empregados: desvio padrão, variância e coeficiente de variação. Eles são uma função de quanto um resultado individual (xi) difere da média (X̅) , o que é denominado de desvio em relação à média, di. di=|xi- x̅| 1.2.3. Variância de uma medida Uma vez que o valor mais provável para a grandeza em estudo foi determinado, é interessante verificar como os valores individuais da medida (x) estão distribuídos ou dispersos em torno da média (X̅). Um índice de dispersão conhecido é a variância amostral (Sx 2), definida como: Sx 2= ∑ (Xi-X̅) 2 N-1 = ∑ Xi 2 -( ∑ X̅i) 2 (N-1) 1.2.4. Desvio padrão amostral e desvio padrão da média Uma vez que Sx 2 tem como unidade o quadrado das unidades da grandeza medida, geralmente utiliza-se como índice de precisão do método de medida, o “desvio padrão amostral”, definido como a raiz quadrada da variância: Sx= √Sx 2 Sx representa o grau de reprodutibilidade das medidas do método ou aparelho utilizado, por exemplo, sua precisão. Uma vez que se adota a média (X̅) para representar o valor mais provável de x, é importante saber qual a precisão ou erro de x̅. Pode-se mostrar que o valor que melhor representa o “erro da média amostral” em uma amostra com N observações é o “desvio padrão da média amostral”, cujo valor é dado por: Sx̅= Sx √N Assim, é comum representar o resultado de um experimento através da notação: (x̅ ± Sx) unidade de grandeza. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 34 1.2.5. Desvio padrão relativo (DPR) e Coeficiente de Variação (CV) É comum representar o desvio padrão de uma série de medidas em termos relativos em vez de absolutos. O desvio padrão relativo é calculado pela divisão do desvio padrão pelo valor da média do conjunto de dados. O DPR é algumas vezes representado por sr. 𝐷𝑃𝑅 = 𝑠𝑟 = 𝑠 X̅ Muitas vezes o resulto é expresso em partes por mil (ppmil) ou em termos percentuais multiplicando esta razão por 1000 ppmil ou 100%. O desvio relativo multiplicado por 100% é chamado coeficiente de variação (CV). 𝐶𝑉 = 𝑠 X̅ 𝑥 100% 1.2.6. Exatidão A exatidão é a proximidade de um valor medido em relação ao valor verdadeiro ou aceito. Na figura abaixo, é possível verificar as diferenças entre exatidão e precisão. É importante observar que a exatidão mede a concordância entre um resultado e o valor aceito. No entanto, a precisão descreve a concordância entre os vários resultados obtidos da mesma forma. A exatidão é expressa em termos do erro absoluto ou erro relativo. 1.2.7. Erro Absoluto O erro absoluto (Eabs) de uma medida é a diferença entre o valor medido (xi) e o valor verdadeiro (xv). O sinal do erro absoluto lhe diz se o valor em questão é mais alto ou mais baixo. Se o resultado da medida for menor, o sinal é negativo; se for maior, o sinal é positivo. E= xi- xv Figura 4. Ilustração das diferenças entre precisão e exatidão (SKOOG, 2006). Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 35 1.2.8. Erro Relativo O erro relativo (Er) de uma medida é o erro absoluto dividido pelo valor verdadeiro. Eles podem ser expressos em termos porcentuais, partes por mil ou partes por milhão, dependendo da magnitude do resultado. E= xi - xv xv x 100% Exemplo: Uma certa amostra possui um teor exato de ferro igual a 65,80 g de Fe/100 g de amostra. Numa análise, o teor de ferro obtido foi de 66,10% (m/m). Calcule o erro absoluto e o erro relativo dessa determinação: Resolução: Eabs = 66,10 g - 65,80 g = 0,30 g de Fe/100 g de amostra Er percentual = 0,30 g Fe 100 ⁄ g de amostra 65,80 g de Fe 100 ⁄ g de amostra x100 As unidades se cancelam e Er percentual é igual a +0,45% = 0,45 partes em cem ou 4,5 partes em mil. 2. CLASSIFICAÇÃO DOS ERROS DE MEDIDA Os diversos erros relacionados ao processo de medida podem ser classificados em três grandes grupos: 2.1. Erros grosseiros São erros cujas causas estão relacionadas ao observador na manipulação da amostra ou do equipamento. São causados por descuido, falta de habilidade manual ou de capacidade técnica do observador. São exemplos de erros grosseiros: derramar por negligência líquidos ou sólidos dos frascos que os contêm, utilizar equipamento volumétrico sujo, lavar em excesso ou insuficientemente um precipitado, deixar de calibrar determinado instrumento antes do uso, segurar sem luva ou pinça um objeto a ser pesado com precisão, entre outros. Eles podem ser evitados através do treinamento do observador. 2.2. Erros sistemáticos São erros que afetam os resultados obtidos de forma constante, fazendo com que fiquem sistematicamente maiores ou menores que o valor mais provável da grandeza. Eles estão relacionados com as imperfeições dos instrumentos utilizados durante a observação, do método e dos reagentes utilizados. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 36 Esse tipo de erro pode vir de aparelhos volumétricos mal calibrados ou uso fora das condições de calibração, presença de impurezas nos reagentes, utilização de padrões de concentração incorreta e determinados hábitos do analista, tais como: interromper uma titulação pouco antes ou depois da viragem correta do indicador. Este tipo de erro pode ser detectado através da comparação dos dados obtidos por diferentes analistas ou através de diferentes instrumentos do mesmo tipo. 2.3. Erros aleatórios São erros associados a mudanças que ocorrem sem regularidade nas condições das medidas feitas pelo analista, têm origem em flutuações na corrente ou na diferença de potencial elétrico, vibrações mecânicas, correntes de ar e interferências eletromagnéticas. A ocorrência deste tipo de erro, frequentemente, não pode ser prevista nem controlada pelo analista. No entanto, admite-se que os erros aleatórios sigam a Lei de Distribuição Normal ou Lei de Gauss, podendo, desta forma, serem submetidos a tratamento estatístico para a determinação do valor mais provável a partir de uma série de medidas. 3. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS E PROPAGAÇÃO DE ERROS Entende-se por algarismo significativo, na expressão de um resultado aproximado, “cada um dos algarismos que, a começar do primeiro algarismo diferente de zero à esquerda da vírgula, está isento de erro, ou tem um erro máximo igual à meiaunidade de sua ordem decimal, por falta ou por excesso”. Por exemplo, a massa de certo reagente foi determinada na balança analítica (m = 0,3772 ± 0,0001 g), o resultado obtido seria escrito simplesmente com quatro algarismos significativos, da seguinte forma: m = 0, 3 7 7 2 g A partir da definição mencionada, dos quatro algarismos significativos utilizados, apenas o último é incerto. É importante observar que, por meio deste método, não é possível identificar de quanto é incerto o último algarismo. Além disso, o número de algarismos significativos de um resultado não depende da posição da vírgula eventualmente presente, pois os zeros que só indicam a ordem de grandeza do número não são algarismos corretos primeiro algarismo à esquerda, diferente de zero algarismo incerto Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 37 algarismos significativos. Desta forma os números: 0,0003772; 0,03772; 0,3772; 3,772; 37,72 e 377,2 possuem todos quatro algarismos significativos. Já os resultados: 3772,0; 37720; 30772 possuem cinco algarismos significativos. 3.1. Regras para operações matemáticas com algarismos significativos Frequentemente ao se realizar uma série de cálculos a partir de dados experimentais, surge a dúvida: com quantos algarismos significativos deve ser expresso o resultado final dos cálculos? Uma resposta simplificada pode ser dada para o caso das quatro operações aritméticas básicas: 3.1.1. Adição e subtração O número de “casas decimais” do resultado calculado deverá ser igual ao “número de casas decimais” do valor de menor precisão. Exemplo: A partir de 10,0 g de folhas de erva-mate (pesados numa balança de decigramas), foram extraídos 0,1165 g de cafeína. A massa de cafeína foi determinada com o auxílio de uma balança analítica (precisão de ± 0,0001 g). Calcule a diferença entre a massa total e a massa do material extraído, considerando o número correto de algarismos significativos. Resolução: 10,0 – 0,1165 = 9,8835 ≈ 9,9 g Resposta: A diferença é igual a 9,9 g. 3.1.2. Multiplicação e Divisão O resultado calculado deverá conter o mesmo número de algarismos significativos do componente de menor precisão (ou no máximo um algarismo a mais). Observação: Não se pode melhorar a precisão de uma medida simplesmente efetuando operações matemáticas. Por este motivo, as regras apresentadas aqui são apenas indicativas, devendo prevalecer o bom senso na apresentação de resultados calculados. Exemplo: Na neutralização completa de 20,00 mL de uma solução de hidróxido de bário, foram gastos 31,25 mL de solução 0,105 mol.L-1 de ácido clorídrico. Calcule a concentração em quantidade de matéria da solução de hidróxido de bário. Resolução: Ba(OH)2 (aq) + 2 HCl (aq) → BaCl2 (aq) + 2 H2O (l) Quantidade de matéria de HCl gasta na reação: nHCl = (0,105 mol.L -1) x (0,03125 L) = 3,28 x 10-3 mols Pela estequiometria da reação, 2 mols de HCl reagem com um 1 mol de Ba(OH)2: 2 mols de HCl ---------------------- 1 mol de Ba(OH)2 Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 38 3,28 x 10-3 mols de HCl ------------------------ n Ba(OH)2 n Ba(OH)2 = 1,64 x 10 -3 mols de Ba(OH)2 Concentração da solução de Ba(OH)2 => C = n/V = 1,64 x10 -3 mol / 0,02000 L C = 0,0820 mols de Ba(OH)2 / L de solução. Desta forma: C = 0,0820 mol/L. 4. ARREDONDAMENTO DE RESULTADOS NUMÉRICOS De maneira geral, os resultados de operações matemáticas apresentam um resultado de algarismos significativos maiores do que o permitido pela precisão das medidas. Neste caso, as seguintes regras devem ser utilizadas no arredondamento para o número adequado de algarismos significativos: • Quando o algarismo que se segue ao último dígito permitido é menor do que 5, todos os algarismos desnecessários devem ser simplesmente descartados. Exemplo: 123,529 arredondado para 4 algarismos significativos torna-se em 123,5. • Quando o algarismo que se segue ao último dígito a ser mantido é igual a 5 ou 5 seguido somente de zeros, existem duas possibilidades: a) Se o último dígito a ser mantido for ímpar, ele é aumentado de uma unidade e o 5 desnecessário é descartado, bem como os eventuais zeros. Exemplo: 123,5 ou 123,500 transformam-se ambos em 124. b) Se o último dígito a ser mantido for par, ele é conservado sem alterações e o 5 desnecessário é descartado, bem como os eventuais zeros. Exemplo: 122,5 ou 122,500 arredondados para 3 algarismos significativos transformam-se ambos em 122. 4. LINEARIDADE E ANÁLISE DE REGRESSÃO (CONSTRUÇÃO DE GRÁFICOS E COEFICIENTES DA RETA) A busca da linearidade consiste em obter os resultados em proporção direta às concentrações das substâncias em estudo. Para o estudo da linearidade faz-se necessária a confecção de uma curva de calibração, sendo o eixo x o da concentração e o eixo y o da resposta. A figura a seguir mostra uma curva de calibração típica para a determinação de isoctano em uma amostra de hidrocarboneto. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 39 Figura 5. Curva de calibração para a determinação de isoctano em uma mistura de hidrocarbonetos. Por calibração entende-se um “conjunto de operações que estabelece, sob determinadas condições, a relação entre valores indicados por um instrumento de medição ou sistema de medição ou valores representados por uma medida materializada ou um material de referência, e os valores correspondentes estabelecidos por padrões”. Os pontos para obtenção da curva devem objetivar uma variação de 20% em torno do valor estimado para a substância a ser mensurada. O número de pontos que deve conter uma curva de calibração deve ser de no mínimo 5. Como é típico e normalmente desejável, o gráfico se aproxima de uma linha reta. No entanto, devido a erros indeterminados envolvidos no processo de medida, nem todos os dados caem exatamente na linha reta. Desta forma, o analista precisa tentar traçar “a melhor” linha reta entre os pontos. A análise de regressão fornece um meio para a obtenção de forma objetiva dessa linha e também para especificar as incertezas associadas com o seu uso subsequente. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 40 A equação da reta é definida por: y = ax + b onde: a = coeficiente angular – expressa a inclinação da curva; b = coeficiente linear – expressa a intersecção da curva aos eixos (valor de y quando x é zero). Na figura a seguir é mostrada a inclinação e o intercepto de uma linha reta. Figura 6. Inclinação e intercepto de uma linha reta. A equação da reta torna-se mais atrativa quando se introduz o coeficiente de correlação (r), que expressa a relação de x a y na curva, onde os valores ideais esperados são 1 e -1, ou seja, quanto mais próximo da unidade maior a relação, ou maior a probabilidade de existir uma relação linear definida. Se valores de r tenderem a zero, isso indica que não relação linear. A aceitação do coeficiente de correlação, bem como o número de decimais a ser utilizado, é um critério determinado pelo analista de acordo com normas pré-estabelecidas. O coeficiente de correlação pode ser calculado da seguinte forma: r = N ∑ xiyi - ∑ xiyi ([N ∑ xi 2 - ( ∑ xi ) 2] 𝑥 [N ∑ y i 2 - ( ∑ y i )2]) 1/2 Exemplo: r1 = 0,9800 r2 = 0,9960 r3 = 0,9991 r4 = 0,9995 A curva r4 é a que possui maior relação entre x e y, portanto é queexpressa maior linearidade. i. Regressão Linear A Regressão Linear (método dos mínimos quadrados) é uma forma de estimar qual a melhor reta que passa pelos pontos, obtidos experimentalmente. Universidade Federal do Amazonas- UFAM Instituto de Ciências Exatas- ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 41 Uma vez que a equação da reta é definida por: y = ax + b, onde y é a variável dependente (sinal analítico) e x a variável independente (concentração do padrão). Para se obter a reta de regressão de y sobre x, determina-se o coeficiente angular a e o coeficiente linear b, pelas seguintes equações. 𝑎 = 𝑛 ∑ 𝑥𝑖𝑦𝑖 − ∑ 𝑥𝑖 ∑ 𝑦𝑖 𝑛 ∑ 𝑥𝑖 2 − (∑ 𝑥𝑖)2 𝑏 = �̅� − 𝑎�̅� onde �̅� é a média de todos os valores da variável independente e �̅� é a variável de todos os valores da variável dependente. Desta maneira, é possível determinar a concentração de um determinado analito, em função da curva, utilizando-se a expressão: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑜 = 𝑏 − 𝑦 𝑎 Fontes: • Baccan, N. A.; Andrade, J. C.; Coutinho, O. S.; Barone, J. S. Química Analítica Quantitativa. São Paulo - SP - Brasil, 5ª. Ed. – 1985. • LEITE, F. Validação em Análise Química. 5ª. Edição – Campinas: Átomo, 2008. • Oliveira, K. M. T.; Pocrifka, L. A.; Passos, R. R. Físico-química Experimental – Guia de Laboratório. 2ª. Edição – UFAM, 2013. • Passos, R. R. Química Geral Experimental, 1ª. Edição – UFAM, 2014. • Pawlowsky, A. M.; Sá, E. L.; Messerschmidt, I.; Souza, J. S.; Oliveira, M. A.; Sierakowski, M. R.; Suga, R. Experimentos de Química Geral, 2ª. Edição – UFPR, 1996. • Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R. Fundamentos de Química Analítica. – São Paulo: Cengage Learning, 8ª Ed. Norte Americana, 2006. Parte III Roteiros Experimentais Universidade Federal do Amazonas-UFAM Instituto de Ciências Exatas-ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 43 DATA___/___/___ PRÁTICA 1 – EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÁCIDOS E BASES FRACAS E SOLUÇÃO TAMPÃO 1. INTRODUÇÃO Em 1923, dois químicos, o dinamarquês J. N. Brønsted e o inglês J. M. Lowry, propuseram independentemente uma teoria sobre o comportamento ácido-base que é particularmente útil na química analítica. De acordo com a teoria de Brønsted-Lowry, um ácido é um doador de próton e uma base é um receptor de próton. Para uma molécula se comportar como um ácido, ela necessita da presença de um receptor de próton (ou base). Da mesma forma, uma molécula que pode receber um próton comporta-se como uma base se estiver diante de um ácido. O efeito do íon comum descreve a mudança que ocorre com a introdução de íons em uma solução contendo este mesmo íon. O papel do efeito do íon comum em soluções é visível principalmente na diminuição da solubilidade de sólidos, pois através da adição de íons comuns, a solubilidade de um composto geralmente diminui devido a uma mudança no equilíbrio. O efeito do íon comum também deverá ser levado em consideração quando for necessário determinar o equilíbrio de uma solução com a adição de íons que já estão presentes na solução. Este fenômeno também é importante na regulação de soluções-tampão. Soluções-tampão contêm tanto um ácido ou uma base, acompanhados pelos seus pares conjugados. A adição de mais íons conjugados irá enfim alterar o pH da solução. O efeito do íon comum pode ser explicado pelo Princípio de Le Chatelier em um equilíbrio químico: “Quando se aplica uma força em um sistema em equilíbrio, ele tende a se reajustar procurando diminuir os efeitos dessa força”. Considere o equilíbrio a seguir: 𝐴𝐵(𝑠) ⇌ 𝐴(𝑎𝑞) + + 𝐵(𝑎𝑞) − Para um processo de dissolução simples, a adição de mais de um dos íons A+ de outro composto deslocará o equilíbrio para a esquerda, reduzindo a concentração do outro íon B -, reduzindo efetivamente a solubilidade do sólido AB. Por exemplo, quando fluoreto de cálcio se dissocia em íons Ca2+ e F-, a expressão do produto da solubilidade é: 𝐶𝑎𝐹2 ⇌ 𝐶𝑎(𝑎𝑞) 2+ + 2 𝐹(𝑎𝑞) − Consequentemente, se mais íons Ca2+ são colocados em solução, o equilíbrio se deslocará para a esquerda, favorecendo a forma sólida e diminuindo a solubilidade do sólido. Uma solução tampão resiste a variações no pH decorrentes da diluição ou da adição de ácidos ou bases. Geralmente as soluções tampão são preparadas a partir de um par ácido-base Universidade Federal do Amazonas-UFAM Instituto de Ciências Exatas-ICE Departamento de Química-DQ Manual de Química Analítica Experimental 44 conjugado como ácido acético/acetato de sódio ou cloreto de amônio/amônia. Os químicos empregam as soluções tampão para manter o pH de soluções sob níveis predeterminados relativamente constantes. O efeito tampão é um sistema de misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas, que dão propriedade de resistir às variações do seu pH quando às mesmas são adicionados ácido (H+) ou base (OH-). 2. OBJETIVOS • Mediante utilização de indicadores de pH, interpretar o deslocamento do equilíbrio químico em solução de ácidos e bases fracas. • Utilizar indicadores ácido-base para determinação de pH; • Expressar a dissociação de eletrólitos fracos na forma de constante de equilíbrio; • Analisar e interpretar o efeito do íon comum em um equilíbrio e relacionar com o princípio de Le Chatelier e analisar o comportamento de soluções tampão 3. MATERIAL E REAGENTES • Ácido acético glacial concentrado; • Amônia concentrada; • Ácido clorídrico 0,1 mol L-1; • Hidróxido de sódio 0,1 mol L-1; • Acetato de sódio saturado; • Cloreto de amônio saturado; • Dihidrogenofosfato de sódio saturado; • Indicador universal em solução; • Monohidrogenofosfato de sódio saturado; • Hidrogenocarbonato de sódio saturado; • Carbonato de sódio saturado; • Soluções tampão pH 3 – 12; 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1. Escala padrão de pH Prepare a escala padrão para avaliação de pH, numerando dez tubos de ensaio de acordo com o pH. Coloque em cada tubo 2 mL de solução tampão correspondente à numeração. Adicione uma gota de solução de indicador universal em cada tubo e agite. Verifique a cor e preencha o Quadro 1. Quadro 1. Cores do indicador universal em diferentes valores de pH pH 3 4 5 6 7 COR Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 45 pH 8 9 10 11 12 COR 4.2. pH da água destilada e efeito da adição de ácido forte (HCl) e base forte (NaOH) Transferir para um tubo de ensaio: 3 mL de água destilada, 1 gota de indicador universal, homogeneizar e verificar o pH aproximado, por comparação com as cores da escala padrão preparada em 4.1. Anotar o valor aproximado do pH no Quadro II. Dividir o conteúdo em duas quantidades aproximadamente iguais (tubos A e B): Tubo A: registrar o pH inicial no Quadro III e adicionar 1 gota de solução de ácido clorídrico 0,1 mol L-1, agitar e anotar o pH aproximado. De acordo com tabela, continuar a adição até que, não mais ocorra mudança de coloração. Tubo B: registrar o pH inicial no Quadro IV e adicionar 1 gota de solução de hidróxido de sódio 0,1 mol L-1, agitar e anotar o pH aproximado. De acordo com tabela, continuar a adição até que, não mais ocorra mudança de coloração. 4.3. Efeito do íon comum 4.3.1. Dissociação de ácido fraco (ácido acético) e efeito da adição de íon comum (acetato) na dissociação do ácido acético Transferir para um tubo de ensaio, 3 mL de água destilada, 1 gota de indicador universal, 1 gota de ácido acético glacial, homogeneizar e registrar o pH do sistema no Quadro II. A este tubo juntar 2 gotas de solução saturada de acetato de sódio, homogeneizar e anotar o pH no Quadro II. Dividir o conteúdo em duaspartes (tubos IA e IB) e desenvolver procedimento descrito no item 4.4. 4.3.2. Dissociação de base fraca (amônia) e efeito da adição de íon comum (amônio) na dissociação da amônia Transferir para um tubo de ensaio, 3 mL de água destilada, 1 gota de indicador universal, 1 gota de amônia concentrada, homogeneizar e registrar o pH do sistema no Quadro II. A este tubo juntar 2 gotas de solução saturada de cloreto de amônio, homogeneizar, e registrar o valor aproximado do pH no Quadro II. Dividir o conteúdo em duas partes (tubos IIA e IIB) e proceder conforme item 4.4. Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 46 4.3.3. Dissociação ou hidrólise do íon carbonato e efeito da adição de íon comum hidrogenocarbonato na dissociação Repetir procedimento semelhante ao do item 4.3.1, utilizando duas gotas de solução saturada de carbonato de sódio no lugar do ácido acético glacial e 2 gotas de solução saturada de hidrogenocarbonato de sódio, no lugar de acetato de sódio. Em cada etapa, preencher o valor do pH na Tabela II. Dividir o conteúdo em duas partes (tubos IIIA e IIIB) e proceder conforme item 4.4. 4.3.4. Dissociação ou hidrólise do íon monoidrogenofosfato e efeito da adição do íon comum diidrogenofosfato na dissociação. Repita procedimento semelhante ao do item 4.3.1, utilizando duas gotas de solução saturada de monoidrogenofosfato de sódio e duas gotas de solução saturada de diidrogenofosfato de sódio (tubos IVA e IVB) e proceda apropriadamente o item 4.4. 4.4. Efeito Tampão Adição de ácido e de base fortes ao tampão ácido acético/acetato de sódio (tubos IA e IB, respectivamente). a) Ao tubo de ensaio IA proveniente do item 4.3.1, verificar o efeito da adição de ácido clorídrico 0,1 mol/L sobre o pH da solução (Tabela III). No outro tubo IB, verificar o efeito da adição de hidróxido de sódio 0,1 mol/L (Tabela IV). Repetir procedimento semelhante ao do item (a) aos tampões: b) amônia/cloreto de amônio, item 4.3.2, (tubos IIA e IIB) c) carbonato de sódio/hidrogenocarbonato de sódio, item 4.3.3, (tubos IIIA e IIIB) d) monoidrogenofosfato de sódio/diidrogenofosfato de sódio, item 4.3.4, (tubos IVA e IVB) Quadro 2. Reserve a solução para a segunda parte da experiência. Quadro 2. Valores aproximados de pH e equações de dissociação SOLUÇÃO pH EQUAÇÕES DE DISSOCIAÇÃO ENVOLVIDAS H2O CH3COOH CH3COOH + CH3COONa Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 47 NH3 NH3 + NH4Cl Na2CO3 Na2CO3 + NaHCO3 Na2HPO4 Na2HPO4 + NaH2PO4 Quadro 3. Efeito da adição de HCl 0,1 mol/L na água e nas soluções tampão. pH observado HCl (gotas) H2O CH3COOH/CH3COO - NH3/NH4 + H2PO4 - /HPO4 2- HCO3 - /CO3 2- 0 1 2 4 7 10 15 Quadro 4. Efeito da adição de NaOH 0,1 mol/L na água e nas soluções tampão. pH observado NaOH (gotas) H2O CH3COOH/CH3COO - NH3/NH4 + H2PO4 -/HPO4 2- HCO3 -/CO3 2- Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 48 0 1 2 4 7 10 15 5. QUESTIONÁRIO 1. Apresentar a equação de dissociação da água segundo Brönsted-Lowry, a expressão do produto iônico da água (Kw) e o seu respectivo valor a 25 °C. 2. O que acontece com o pH e com o equilíbrio químico de dissociação da água quando gotas de ácido forte é adicionado? E quando uma base forte é adicionada? 3. Equacionar a dissociação do ácido acético em meio aquoso e apresentar a expressão da constante de dissociação com o respectivo valor e unidades. 4. Justificar a variação do pH quando acetato de sódio é adicionado ao sistema descrito na questão 3. Escrever reações e analisar o sistema em termos de deslocamento do equilíbrio químico. 5. Qual o efeito da adição do próton de ácido forte ao sistema CH3COOH/CH3COO -? Comparar com a adição de ácido forte à água destilada. 6. Qual o efeito da adição de base forte ao sistema CH3COOH/CH3COO -? Comparar com a adição de base forte à água destilada. 7. Considere as questões 3 a 6 para o sistema NH3/NH4 +. 8. Considere as questões 3 a 6 para o sistema CO3 2-/HCO3 -. 9. Considere as questões 3 a 6 para o sistema HPO4 2-/H2PO 4-. 10. Que tipos de resíduos estão sendo produzidos nesta experiência. Sugira uma forma de tratar estes resíduos antes de descartá-los. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 49 - DIAS, P. S. L.; VAGHETTI, J. P.; LIMA, C.; BRASIL, J.L. Química Analítica: Teoria e Prática Essenciais. Bookman, 01/01/2016. VitalBook file. - REIS, E.L. Química Geral- Práticas Fundamentais. 2a Edição. Editora UFV, Viçosa MG. 2016. Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 50 DATA: ___/___/____ PRÁTICA 2 – EQUILÍBRIOS DE HIDRÓLISE DE SAIS 1. INTRODUÇÃO Quando se dissolvem sais em água, nem sempre a solução se apresenta neutra à reação. A razão para esse fenômeno é que alguns sais reagem com água; daí o termo hidrólise. Como consequência, íons hidrônio ou íons hidroxila ficam em excesso na solução, tornando-a ácida ou básica, respectivamente. Sais de ácidos fortes e bases fortes; quando dissolvidos em água, apresentam reação neutra, pois nem os ânions nem os cátions combinam-se, respectivamente, com íons hidrogênio ou íons hidroxila para formar produtos levemente dissociados. O equilíbrio de dissociação da água é: 2 H2O(l) ⇌ H3O+ + 2 OH- Sais de ácidos fracos e bases fortes; quando dissolvidos em água produzem uma solução de caráter alcalino. Isso é decorrente do fato de o ânion combinar-se com íons de hidrogênio para formar um ácido fraco levemente dissociado, deixando íons hidroxila em liberdade. Numa solução de acetato de sódio, por exemplo, temos os seguintes equilíbrios: 2 H2O ⇌ H3O+ + 2 OH- CH3 COO - + H2O ⇌ CH3 COOH + OH- Sais de ácidos fortes e bases fracas; quando dissolvidos em água, produzem uma reação de caráter ácido. O cátion M+ do sal reage com os íons hidroxila, produzidos pela dissociação da água, formando uma base MOH e liberando íons hidrogênio: M+ + H2O ⇌ MOH + H+ Sais de ácidos fracos e bases fracas; quando dissolvidos em água são submetidos a um processo bem mais complexo de hidrólise. O valor de pH da solução dependerá das constantes de ionização do ácido fraco e da base fraca formada na reação. Por exemplo, na dissociação do acetato de amônio, os seguintes equilíbrios podem ser encontrados: NH4 +(H3CCOO) - ⇌ H3CCOOH + NH4OH Na realidade os dois íons sofrem hidrólise: NH4 + + H2O ⇌ H3O+ + NH3 H3CCOO - + H2O ⇌ OH- + H3CCOOH 2. OBJETIVOS - Interpretar os equilíbrios envolvidos nas reações de hidrólise de sais - Conhecer as cores de indicadores mais comuns, em meio ácido e básico. Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Manual de Química Analítica Experimental 51 - Utilizar indicadores ácido-base para determinação de pH. - Explicar as hidrólises dos sais com base nos valores de pH das soluções - Equacionar as reações de hidrólise. - Expressar a hidrólise de sais através da constante de hidrólise. - Relacionar as constantes: Kw, Ka, Kb e Kh 3. MATERIAL E REAGENTES • Solução saturada de cloreto de sódio. • Solução saturada de cloreto de amônio. • Solução saturada de acetato de sódio. • Solução saturada de acetato de amônio. • Solução saturada de monohidrogenofosfato de sódio. • Solução saturada
Compartilhar