Análise gravimétrica do Cloreto de Bário Hidratado

Análise gravimétrica do Cloreto de Bário Hidratado

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS

UNIDADE TIMÓTEO

Curso Técnica em Química Industrial

Química Analítica Quantitativa

ANÁLISE GRAVIMÉTRICA DO CLORETO DE BÁRIO HIDRATADO

Relatório entregue como parte das exigências da disciplina Química Analítica Quantitativa do Curso Técnico Integrado de Química Industrial, CEFET-MG, Unidade Timóteo.

Alunos: Estéphane Luiza Amilar Costa n°: 04

Kherolayne Costa Ribeiro n°: 07

Laís Oliveira A. e Nunes n°: 08

Professor: André Maurício

Timóteo – MG

Março / 2009

Introdução

No início do século XX, por meio de uma análise gravimétrica muito meticulosa, T. W. Richards determinou, com uma precisão de seis algarismos significativos, as massas atômicas de Ag, Cl e N. Esta pesquisa, que mereceu um prêmio Nobel, permitiu a determinação precisa das massas atômicas de vários outros elementos.

A análise gravimétrica ou gravimetria é um método analítico quantitativo que consiste em converter determinada espécie química em uma forma separável do meio em que esta se encontra, para então ser recolhida e, através de cálculos estequiométricos, calcular a porcentagem real de determinado elemento, a partir da fórmula química do composto e das massas atômicas dos elementos que constituem o composto pesado – cloreto de bário hidratado.

A Gravimetria dividi-se em:

  • Gravimetria de precipitação;

  • Gravimetria de volatização;

  • Gravimetria de extração;

  • Gravimetria de eletrodeposição.

Como vimos, a separação do constituinte pode ser efetuada por meios diversos; mas nesta prática nós utilizamos a precipitação química, ou gravimetria de precipitação. Em síntese, na gravimetria por precipitação química, o constituinte a determinar (no nosso caso, o bário) é isolado mediante adição de um reagente capaz de ocasionar a formação de uma substância pouco solúvel.

A Precipitação em linhas gerais segue a seguinte ordem:

pesagem > solubilização > precipitação > filtração > lavagem > calcinação > resfriamento > pesagem > cálculos

Características do processo de gravimetria:

Pesagem:

A amostra deve ser pesada em balança analítica, pois é de uso mais restrito na determinação de massas em análises químicas de determinação da quantidade absoluta ou relativa de um ou mais constituintes de uma amostra.

Solubilização:

Existem várias maneiras de  solubilizar uma amostra, a metodologia empregada irá depender do tipo de amostra que se quer analisar. Amostras inorgânicas necessitam de um ataque mais brando, o uso de HCl é muito frequente.

Precipitação:

Gerada a partir de uma reação química que leva à formação de um sólido (denominado precipitado). Isso pode ocorrer quando a substância insolúvel, o precipitado, é formado na solução devido a reação química ou quando a solução for supersaturada por um composto. Pode ser um sinal de mudança química.

Filtração:

O correto procedimento de filtragem é um dos fatores importantes em uma análise química, pois caso não seja devidamente executado, gerará erros consideráveis entre os resultados obtidos e a realidade da amostra em análise.

Lavagem do precipitado:

Procedimento para recuperação dos vestígios do precipitado eventualmente presos nas paredes do recipiente.

Calcinação:

  • Água adsorvida (presa na superfície);

  • Água ocluída (presa nas cavidades);

  • Água sorvida (presente na cavidade das partículas);

  • Água essencial (água de hidratação ou, de cristalização, ou de constituição).

Resfriamento:

A amostra depois de calcinada é transferida com o uso de uma garra, para o dessecador para resfriar. Após o resfriamento o cadinho com a amostra calcinada é pesado.

Pesagem:

O uso da balança analítica é recomendado. O procedimento de calcinação e resfriamento deve ser repetido até massa constante.

Objetivo

Determinar gravimetricamente o teor de água e de bário em uma amostra de cloreto de bário hidratado comercial.

Materiais, Reagentes e Equipamentos

  • Balões de 100 mL;

  • Balança analítica;

  • Mufla;

  • Estufa;

  • Béquer 250 mL;

  • Espátula;

  • Cadinho de Porcelana;

  • Frasco Lavador;

  • Dessecador;

  • Cloreto de Bário Hidratado;

  • Soluções de Ácido Clorídrico 2 Eq/L e 2%;

  • Solução de Nitrato de Prata 0,02 mol/L;

  • Solução de Ácido Sulfúrico 0,2 Eqg/L

Procedimento

Etapa 1

Determinação da Água de Cristalização

  • Pesar exatamente cerca de 1,5g de BaCl2 . H2O em um béquer previamente tarado.

  • Aquecer a 25º C durante 60 minutos em estufa. Cobrir parcialmente o béquer com um vidro de relógio.

  • Dessecar por 20 minutos, medir a massa e anotar.

  • Repetir o procedimento de secagem, dessecagem e pesagem até peso constante (variação máxima de 0,1mg).

  • Calcular o teor de água:

%H2O : massa do béquer com amostra – massa do béquer vazio x 100

massa da amostra

Etapa 2

Determinação do Bário

  • Pesar exatamente cerca de 0,5g de BaCl2 . H2O em vidro de relógio e transferir quantitativamente para um béquer de 250 mL.

  • Dissolver em 100 mL de água destilada e adicionar 3 mL de HCl 2 Eqg/L. Aquecer.

  • Adicionar lentamente, gota a gota, 30 mL de H2SO4 0,2 Eqg/L a quente. Agitar.

  • Aquecer em banho-maria por 2 horas.

  • Filtrar em filtro faixa-azul, lavar duas vezes com HCl 2% e 4 vezes com água, a fim de eliminar o Cl -. Para testar a ausência de Cl -, goteje AgNO3 em um pouco do filtrado.

  • Transferir o resíduo com o papel filtro para um cadinho previamente tarado e calcinar a 900º C por 1 hora.

  • Dessecar 30 minutos e medir a massa.

  • Calcular o teor de Bário

%Ba : Diferença de massa x 58,868

Massa da amostra

Resultados e Discussão

Grupo

%H2O

%Ba

1

90,70

50,7

2

89,97

53,9

3

89,92

54,5

Média

90,13%

53%

Tabela 1.1: Resultados dos grupos que realizaram a prática

Etapa 1

Determinação da Água de Cristalização

Massa do béquer com a amostra (antes) = 114,6822

Massa do béquer vazio (depois) = 113,3192

Massa da amostra (original – com H2O) = 1,5027

Dados:

%H2O : massa do béquer com amostra – massa do béquer vazio x 100

massa da amostra

%H2O: 114,6822 – 113,3192 x 100 = 90,7 %

1,5027

  • Cálculo dos limites do intervalo de confiança:

= x  t. s/√N

onde,

 = medida;

x = média aritmética;

t = parâmetro de Student;

s = desvio padrão;

N = número de medidas.

s = √ ∑ (x1-x) / N-1

s = √ (90,7-90,13)2 + (89,87-90,13) 2 + (89,82-90,13) 2 = 0,4942%

3-1

Então,

= 90,13  4,30 x 0,4942

√3

%H2O = (90,13  1,23) %

%H2O = (88,90 ; 91,35)% – valor real

  • Porcentagem de água teórica:

244g BaCl2. 2H2O 2. 36 H2O

0,5001g x

x = 0,1475g de H2O

% H2O = H2O (0,1475g) x 100 = 29,49%

BaCl2. 2H2O (0,5001g)

Etapa 2

Determinação do Bário

Dados:

Diferença de massa = 25,554-25,123 = 0,431

Massa da amostra = 0,5001

%Ba : Diferença de massa x 58,868

Massa da amostra

%Ba : 25,554-25,123 x 58,8 = 50,73 %

0,5001

  • Cálculo dos limites do intervalo de confiança:

= x  t. s/√N

onde,

 = medida;

x = média aritmética;

t = parâmetro de Student;

s = desvio padrão;

N = número de medidas.

s = √ ∑ (x1-x) / N-1

s = √ (50,7-53)2 + (53,9-53) 2 + (54,5-53) 2 = 2,04328%

3-1

Então,

= 53  4,30 x 2,04328

√3

%H2O = (53  5,07) %

%H2O = (47.93 ; 58,07)% – valor real

  • Porcentagem teórica de Bário:

244g BaCl2. 2H2O 137g Ba

0,5001g x

x = 0,2807g de Ba

% Ba = Ba (0,2807g) x 100 = 56,02%

BaCl2. 2H2O (0,5001g)

Observamos que a porcentagem real da água foi muito maior que a porcentagem teórica. O composto analisado provavelmente não continha apenas água de hidratação, mas também água de adsorção, água de oclusão e água sorvida, que alteraram o resultado. Basta conferir os dois valores e estabelecer uma comparação entre eles:

% H2O real (obtida experimentalmente) = (88,90 ; 91,35)%

% H2O teórica = 29,49%

Com o bário, não obtivemos uma diferença tão acentuada quanto na água, mas poderíamos ter um melhor resultado se ao invés de fazer uma triplicata, fizéssemos mais réplicas.

Outras possíveis fontes de erro, podem ter sido:

  • a rápida adição do ácido, que provocaria uma menor taxa de precipitação do Bário;

  • a calcinação em tempo e/ou em temperatura insuficiente, que causaria a não-retirada das águas existentes no meio;

  • vencimento dos reagentes, que teriam propriedades alteradas, nos levando a uma alteração dos resultados;

  • a não-lavagem correta da substância com o eletrólito, acarretando o desfavorecimento da coagulação do precipitado, pois as cargas dos núcleos não estariam neutras o suficiente para se unirem formando o ppt.

Uma maneira de corrigir esses erros, é realizar novamente o experimento, mas tomando mais cuidado com os devidos procedimentos; respeitando as quantidades e os tempos referidos, pois eles são de extrema importância e de forte influência nos resultados.

Questionário

  1. Compare a %H2O e a %Ba obtida com o valor esperado. Quais as fontes de erro que você poderia apontar como responsáveis por essa diferença?

    • Rápida adição de H2SO4;

    • Calcinação em tempo insuficiente e/ou temperatura insuficiente;

    • Não ter lavado com o eletrólito.

  1. Discuta com o professor o porquê do fator 58,868 no cálculo do teor de bário.

FG x 100 = 58,86

Utilizamos esse fator para facilitar os cálculos e também para obtermos diretamente a relação entre as massas pesadas e os analitos.

  1. Qual a função do HCl 2 Eqg/L?

O HCl é um eletrólito (íons adicionados ao meio para forçar a precipitação), ou seja, ele favorece a coagulação do precipitado, pois neutraliza as cargas dos núcleos fazendo com que os átomos se unam e precipitem.

  1. Poderíamos usar Na2SO4 em vez de H2SO4 para precipitar o bário? Explique.

Poderíamos utilizar sim; mas não iríamos obter o mesmo resultado. Pois o ácido sulfúrico tem 2H+ que são fáceis de serem retirados (saem em forma de H2O) e o 2Na+ não sai com facilidade.

  1. De quantos mililitros de H2SO4 2Eqg/L você precisaria para precipitar todo o bário? Compare com o volume realmente empregado e explique a diferença.

MM BaCl2 . 2H2O = 269,33

M = 0,5g

n = 0,5 = 0,0018 g/mol

269,33

H2SO4 = 2Eqg/L = 0,4 mol/L

1000 mL 0,4 mol

X 0,0018

X = 4,64 mL

Perguntas Normativas

  1. O que é Análise Gravimétrica?

A análise gravimétrica consiste em determinar a quantidade proporcionada de um elemento, radical ou composto presente em uma amostra, eliminando todas as substâncias que interferem e convertendo o componente ou constituinte desejado em um composto de composição definida, que seja suscetível de pesar-se.

  1. O que é a digestão de um precipitado? Por que ela é necessária?

É o tempo em que o precipitado, após ter sido formado, permanece em contato com a água-mãe. Também é considerado como o processo destinado à obtenção de um precipitado constituído de partículas grandes, o mais puro possível e de fácil filtração.

  1. Por que a digestão de um precipitado deve ser feita a quente?

Deve ser feita a quente, pois é necessário um tempo maior para que os íons se juntem e formem um precipitado puro. Se essa precipitação for feita rapidamente, o precipitado pode ter impurezas (que às vezes não é possível retirar), por isso deve ser feita a quente.

  1. Qual é o valor do fator gravimétrico do bário, quando este é precipitado na forma de sulfato de bário?

FG = Ba = 137,33 = 0,5885

BaSO4 233,33

  1. Como se prepara 100 mL de uma solução de HCl 2 Eqg/L e 500 mL de H2SO4 0,2 Eqg/L? Mostre os cálculos.

Solução de HCl

Dados:

  • 37% m/m 2 Eqg HCl 1 L Sol. Diluída

  • d= 1,19 g/cm3 x 0,1 L Sol. Diluída

  • 100 mL

  • 2 Eqg/L x = 0,2 Eqg HCl

1 Eqg HCl 36,5g HCl

0,2 Eqg HCl y

y = 7,3g HCl

37g HCl 100g HCl conc.

7,3g HCl z

z = 19,72g HCl conc.

1,19g HCl conc. 1 mL HCl conc.

19,72g HCl conc. V

V = 16,6 mL

Solução de H2SO4

Dados:

  • 98% m/m 0,2 Eqg H2SO4 1 L Sol. Diluída

  • d= 1,84 g/cm3 x 0,5 L Sol. Diluída

  • 500 mL

  • 0,2 Eqg/L x = 0,1 Eqg H2SO4

1 Eqg H2SO4 49g H2SO4

0,1 Eqg H2SO4 y

y = 4,9g H2SO4

98g H2SO4 100g H2SO4 conc.

4,9g HCl z

z = 5g H2SO4 conc.

1,84g H2SO4 conc. 100g H2SO4 conc.

5g H2SO4 conc. V

V = 2,71 mL

Conclusão

Concluímos que para obter bons resultados, é necessário obter um precipitado “puro” e que possa ser recuperado com alta eficiência. No caso da água, tivemos grande alteração nos resultados devido à existência de outras águas além da de hidratação. Com o Bário, obtivemos um valor relativamente próximo ao valor teórico, mas poderíamos ter obtido melhores resultados se houvesse mais cuidado e respeito com os valores e tempos estimados.

Referências Bibliográficas

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