Relatório -Química Analítica-Oxidação

Relatório -Química Analítica-Oxidação

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  1. INTRODUÇÃO

1.1 Titulação redox

Reações de oxidação-redução (redox) constituem a base de vários métodos volumétricos aplicados à determinação de muitas espécies de interesse, como por exemplo, ferro e cobre em fertilizantes. Ela se aplica evidentemente a espécies que apresentam diferentes estados de oxidação. Neste processo ocorre o transporte de elétrons, sendo que uma substância é oxidada e outra reduzida (Kotz e Treichel, 2007).

Nas titulações redox o analito precisa estar em um único estado de oxidação. Geralmente, entretanto, as etapas que precedem a titulação, tais como a dissolução das amostras e a separação de interferências, convertem o analito a uma mistura de estados de oxidação. Por exemplo, quando uma amostra contendo ferro é dissolvida, normalmente a solução resultante contém uma mistura de íons Fe(II) e Fe(III). Se utilizarmos um oxidante padrão para determinar o ferro, primeiro é necessário tratar a amostra com um agente redutor auxiliar para converter todo o ferro para ferro (II). Contudo, na titulação com um redutor padrão, o pré-tratamento com um agente oxidante auxiliar será necessário (Skoog et al., 2006).

Uma titulação envolvendo reações redox é caracterizada por uma mudança pronunciada do potencial de redução do sistema ao redor do seu ponto de equivalência. Portanto, neste caso, se tem na curva de titulação a variação de potencial em função do volume de titulante adicionado (Skoog et al, 2006).

As condições necessárias para que uma titulação por oxidação-redução ocorra são as mesmas do que para outro tipo de titulação. A saber, a reação entre o titulado e o titulante deve ser rápida e completa, e deve poder ser descrita através de uma reação química. Isto é, a cinética e o equilíbrio devem favorecer fortemente a formação dos produtos. Por outro lado, a solução do titulante deve ser estável, e a sua concentração deverá poder ser determinada com exatidão. Finalmente, deverão existir reagentes (indicadores) que permitam a detecção do ponto estequiométrico da titulação (Vogel, 1992).

1.2 Iodometria

A iodometria é um conjunto de métodos em volumetria de oxi-redução que se fundamenta na titulação do iodo com outras espécies químicas, podendo ser pelo método direto ou indireto. O método direto da titulação iodométrica (chamado algumas vezes de iodimetria) consiste na titulação por uma solução padrão de iodo. Na maioria das titulações diretas com o iodo é, usado uma solução de iodo em iodeto de potássio, onde o iodo é dissolvido lentamente, principalmente se a concentração de iodeto de potássio for baixa (Vogel, 1992; Skoog et al., 2006).

I2(s) + I- ↔ I3-

O método indireto de titulação iodométrica (chamado as vezes iodometria) trata da titulação do iodo liberado numa reação química de oxi-redução, por solução padronizada de tiossulfato de sódio. O indicador empregado nesse tipo de titulação consiste de uma solução de amido a 0,5%. O amido confere cor azul à solução, quando em presença de iodo e torna-se incolor quando todo o iodo é reduzido a iodeto pelo íon tiossulfato (Vogel, 1992; Skoog et al., 2006).

I3- + 2S2O32- → 3I- + S4O62-

As soluções padrão de iodo têm aplicações limitadas quando comparada com outros agentes oxidantes devido a seu potencial de eletrodo significadamente inferior. Isso confere a esse agente certo grau de seletividade na determinação de agentes redutores fortes na presença de redutores fracos. Outra vantagem do iodo está em ser também um indicador sensível e reversível para titulações (Skoog et al., 2006).

1.3 Permanganimetria

A permanganimetria é baseada no uso do permanganato de potássio como titulante, devido ao seu alto poder de oxidação. Esse poderoso agente oxidante foi introduzido pela primeira vez na análise titrimétrica por F. Margueritte, para titulação do ferro (II) (Vogel, 1992). Em soluções ácidas (sendo o ácido mais apropriado o sulfúrico), a redução pode ser representada pela seguinte equação:

MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

O permanganato também pode ser usado em soluções fortemente alcalinas. Neste caso ocorrem duas reações parciais consecutivas:

  1. A reação relativamente rápida: MnO4- + e- → MnO42-

  2. A reação relativamente lenta: MnO42- + 2H2O + 2e- → MnO2 + 4OH-

O KMnO4 não é um padrão primário, assim não é possível uma preparação direta de uma solução deste reagente. Sua solução costuma conter dióxido de manganês como impureza, pois esse contaminante está presente até mesmo no permanganato sólido de melhor qualidade. Essa impureza acelera notavelmente a decomposição do permanganato em solução aquosa, sendo esta decomposição catalisada pela luz, calor, ácidos e bases (Vogel, 1992;).

Na preparação da solução de KMnO4 é preciso remover o MnO2, e isto pode ser feito, fervendo a solução recém preparada e filtrando em um meio não redutor (lã de vidro).Estas soluções devem ser armazenadas em frascos escuros, para prevenir a decomposição do KMnO4 e a perda da capacidade oxidante, que é estimada de 0,2 % em 6 meses para uma solução 0,02 mol/L (Vogel, 1992). A filtração e repadronização são requeridas se a presença de sólido é detectada na solução ou nas paredes do frasco de armazenagem. Em qualquer um desses casos, a repadronização a cada uma ou duas semanas é uma boa medida preventiva (Skoog et al., 2006).

1.4 Dicromatometria

A dicromatometria tem por base o emprego da solução padrão de dicromato de potássio para a determinação de substâncias presentes na forma reduzida na amostra a ser analisada. Geralmente, as titulações empregando o dicromato são realizadas em soluções preparadas em ácido clorídrico ou ácido sulfúrico 1 mol/L. E para a maioria das aplicações, o dicromato de potássio de grau reagente é suficientemente puro para permitir a preparação direta das soluções; o sal é seco a 150 - 200°C antes de ser pesado (Vogel, 1992).

As titulações em dicromatometria requerem o uso de indicadores de oxi-redução. Dentre os mais usados, pode-se citar a difenilamina em solução de ácido sulfúrico e a difenilamina-sulfonato de sódio em solução aquosa. Essas duas substâncias quando em presença de um oxidante qualquer, inclusive dicromato, transforma-se em um composto de cor violeta (Skoog et al., 2006).

  1. OBJETIVOS

  • Padronização da solução de permanganato de potássio com oxalato de potássio 0,050 mol/L (padrão primário).

  • Padronização de uma solução de tiossulfato de sódio com dicromato de potássio (padrão primário) pelo método indireto.

  • Determinação da concentração de água oxigenada (frasco comercial) em % m/v e em volumes de oxigênio.

  • Determinação da concentração de cloro ativo em frasco comercial de água sanitária, através da titulação indireta do iodo (iodometria).

3.MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais e Reagentes

MATERIAIS

REAGENTES

Balão volumétrico (10mL, 100mL, 250mL e 500mL)

Solução Permanganato de potássio (0,02mol/L)

Erlenmeyer (50 mL e 100 mL)

Solução Oxalato de sódio (0,01mol/L)

Suporte universal

Solução Tiossulfato de sódio

Espátula

Água destilada

Vidro de relógio

Ácido clorídrico concentrado

Bureta (25 mL)

Peróxido de hidrogênio (água oxigenada comercial)

Pipeta

Hipoclorito de sódio (água sanitária comercial)

Pisseta

Iodeto de potássio

Bécher

Amido

Conta-gotas

Ácido sulfúrico

Balança analítica

Dicromato de potássio

Bureta âmbar (25 mL)

Hidrogenocarbonato de sódio

Proveta ( 10mL)

Ácido acético glacial

3.2 Propriedades Físico-química dos reagentes.

Permanganato de potássio

Fórmula molecular: KMnO4

Peso molecular: 158,03 g/mol

Temperatura de fusão:

240 ºC

Densidade :

2,7 g/cm3

Densidade relativa do vapor

5,40

Solubilidade em água

7g em 100g de água

Viscosidade

Não disponível

Aspecto / Cor

Cristal roxo e bronze

Cheiro

Sem cheiro

Ácido acético

Formula molecular: CH3CO2H

Peso molecular: 60g/mol

Forma

Líquido

Odor

Pungente

Cor

Incolor

Valor do pH

Em 50g/l H2O (20°C) 2,5

Temperatura de fusão

17 °C

Temperatura de ebulição

(1013 hPa) 116 – 118°C

Temperatura de ignição

485°C

Ponto de inflamação

39°C

Limite de explosão

19,9 Vol%

Pressão de vapor

(20°C) 15,4hPa

Densidade de vapor relativo

2,07

Densidade

(20°C) 1,05g/cm3

Solubilidade em

Água (20°C) 1000g/ml

Fator de bioconcentração

< 1 (calculado) HSDB

Indíce de refração

(20°C) 1,37

Dicromato de potássio

Fórmula molecular: K2Cr2O7

Peso molecular: 254,97 g/mol

Temperatura de fusão:

398 °C

Densidade :

2,676 g/cm³

Solubilidade em água

Solúvel em água e insolúveis álcool etílico

Viscosidade

Não disponível

Aspecto / Cor

Pó cristalino alaranjado

Cheiro

Sem cheiro

Iodeto de potássio

Fórmula molecular: KI

Peso molecular: 166,00 g/mol

Temperatura de fusão:

1330 °C (1603 K)

Densidade :

3.13 g/cm3, sólido

Solubilidade em água

128 g/100 ml (6 °C)

Aspecto / Cor

Sólido branco cristalino

Cheiro

Sem cheiro

Peróxido de hidrogênio

Fórmula molecular: H2O2

Peso molecular: 34,00 g/mol

Temperatura de fusão:

107 °C

Densidade :

1,11 g/cm3

Solubilidade em água

Solúvel em água 20°C

Aspecto / Cor

líquido

Cheiro

Ligeiramente pungente

Cor

Incolor

Pressão de Vapor

~ 18 a 20 °C hPa

Forma

Líquido

Hipoclorito de sódio

Formula molecular: NaClO

Peso molecular: 74,5 g/mol

Estado físico

Líquido.

Cor

Clara a ligeiramente amarelo

Odor

Penetrante.

pH

Solução de 0,2 dá um pH de aproximadamente 2

Ponto de ebulição

(aproximadamente 760 mm Hg): 110C

Ponto de fulgor

Não inflamável.

Temperatura de auto-ignição

Não inflamável.

Pressão de vapor

11 mm Hg a 20ºC

Densidade de vapor (ar = 1)

1.1

Densidade

(água = 1) 1,15. Densidade a 20ºC: 1,09 g/cm3 (30% HCl)

Solubilidade

Em água completamente solúvel.

Taxa de evaporação

Não aplicável

3.3 Preparo de Soluções

Solução de Oxalato de Sódio 0,050 mol/L (padrão primário)

No preparo da solução utilizada na titulação de oxidação-redução, uma amostra de 0,067g de oxalato de sódio (pesado em balança analítica com o uso de papel de filtro) foi colocada em um frasco de erlenmeyer e dissolvida em 10 mL de água destilada.

Solução de Tiossulfato de Sódio 0,1 mol/L (padrão primário)

No preparo da solução foram pesados na balança analítica 7,9 gramas de tiossulfato de sódio e essa massa foi dissolvida em um balão volumétrico de 500,00 mL.

Solução de Dicromato de potássio

Pesou-se na balança analítica 0,207 gramas de dicromato de potássio e essa massa foi dissolvida em um balão volumétrico de 50ml.

3.4 Procedimentos Experimentais

Determinação da concentração de água oxigenada em % m/v e em volumes de oxigênio.

Foi adicionado 5 mL de ácido perclórico (HClO4 a 20%) e acrescentado 1,3 mL de água oxigenada (H2O2) a 40 volumes, em seguida foram acrescentados 50,00 mL de água destilada. Foi iniciada a titulação com permanganato de potássio (KMnO4) 0,020 mol/L até o aparecimento da coloração rósea.

Aferição de uma solução de permanganato de potássio 0,020 mol/L com oxalato de sódio 0,050 mol/L (padrão primário).

Foi transferida uma alíquota de 2,00 mL, de uma solução de oxalato de sódio, com o auxílio de uma pipeta volumétrica, para um erlenmeyer de 250,00 mL, sendo em seguida acrescentado 50,00 mL de água destilada, 2,00 mL de ácido perclórico (HClO4 20% v/v), e a solução foi aquecida até 800C. A titulação foi iniciada com a solução de permanganato de potássio 0,020 mol/L, acrescentado gota a gota até o observa uma mudança de coloração.

Aferição de uma solução de Tiossulfato de Sódio com Dicromato de Potássio (padrão primário) método indireto:

Foi colocado 50,0 mL de água destilada, recém fervida em um erlenmeyer e acrescentado 1,50 g de Iodeto de potássio,1,0 g de Hidrogeno Carbonato de Sódio puro e foi agitado até o sal de dissolver. Foram acrescentados 3,0 mL de ácido clorídrico concentrado. Em um erlenmeyer de 25,0 mL, foi acrescentado 12,5 mL de dicromato de potássio padrão 0,017 mol/L.

Após os procedimentos acima citados, foram lavadas as paredes do erlenmeyer com água fervida e a solução foi deixada em repouso no escuro por 10 minutos até a reação se completar. Adicionou-se 150,0 mL de água fervida resfriada. A titulação foi iniciada com solução de tiossulfato de sódio até obter uma coloração amarelo-esverdeada. Após esse processo foi inserido 4,0 mL de amido na solução, onde a mesma adquiriu uma cor azul escura. A titulação com tiossulfato foi retomada até ocorrer uma mudança de coloração para verde-claro.

Determinação da concentração de cloro ativo (titulação indireta).

Em um erlenmeyer de 125 mL foram transferidos 5,0 mL de solução 4% de KI . Em seguida foram adicionados 1,3 mL da amostra de hipoclorito, 4,00 mL de ácido acético glacial e completado o volume com água até 50,00 mL. Ocorreu a liberação do iodo na solução e o iodo liberado foi titulado com uma solução de tiossulfato de sódio padronizada até o meio ficar amarelo claro (quando o volume gasto foi de 6,5 ml de tiossulfato de sódio), logo após foram adicionadas 10 gotas de amido e a titulação prosseguiu até a solução tornar-se incolor.

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