Determinação gravimétrica do Ferro

Determinação gravimétrica do Ferro

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A maioria dos precipitados é produzida na presença de um ou mais compostos solúveis; o objetivo da operação da lavagem é a remoção destes tão completa quanto possível. É evidente que somente as impurezas superficiais poderão ser removidas deste modo. A composição da solução de lavagem dependerá da solubilidade e das propriedades químicas do precipitado bem como da sua tendência à peptização, das impurezas a remover e da influência de traços da solução de lavagem sobre o tratamento subseqüente do precipitado antes da pesada. A água pura não pode, geralmente, ser empregada, devido a possibilidade de produzir uma peptização parcial do precipitado e, em muitos casos, pela possibilidade de ocorrência de pequenas perdas como conseqüência da maior ou menor solubilidade do precipitado: emprega-se então uma solução de eletrólito. Esta deve possuir um íon comum com o precipitado, a fim de reduzir erros de solubilidade, e ser facilmente volatilizada quando se prepara o precipitado para a pesagem. Por estas razões, os sais de amônio, a solução de amônia e os ácidos diluídos são comumente empregados. A escolha da temperatura do líquido de lavagem dependerá principalmente da solubilidade do precipitado; se for permissível, devem-se sempre preferir soluções quentes, para incrementar a solubilidade das substâncias estranhas e ter maior velocidade de filtração.

Secagem e Calcinação de Precipitados

Após a filtração e lavagem do precipitado, este deve ser seco ou calcinado antes de ser pesado. A secagem, feita a uma temperatura abaixo de 250ºC, é utilizada simplesmente para a remoção da água de lavagem residual, e o precipitado é pesado sob a forma obtida na precipitação. Esta secagem é feita em estufa elétrica, na maioria dos casos regulada a 110ºC. Os precipitados que devem sofrer secagem são filtrados em bomba de vácuo. A calcinação, feita a temperatura acima de 250ºC, é procedida quando for necessária uma temperatura elevada para a eliminação da solução residual de lavagem, ou ainda quando se requer alta temperatura para se proceder a uma transformação do precipitado para uma forma bem definida, que será utilizada na pesagem. Assim sendo, por exemplo, a uma temperatura ao redor de 1000ºC o Hidróxido de Ferro Hidratado perde as moléculas de água de hidratação e se converte no óxido de ferro, e o Fosfato de Amônio e Magnésio hexahidratado se converte no Pirofosfato de Magnésio. A calcinação é feita em mufla elétrica, e os precipitados que devem sofrer uma calcinação devem ser filtrados em papel de filtro. E durante o processo de incineração , o carvão que se forma, pode causar uma redução do precipitado, como é o caso do óxido de ferro. Para que não haja nenhuma mudança química do precipitado, causada pelo carbono proveniente da queima do papel de filtro, faz-se calcinação em cadinho de porcelana em atmosfera oxidante e de maneira bem lenta. Em alguns casos, mesmo tomando-se todas as precauções, observa-se que ao final da calcinação o precipitado sofreu uma redução parcial. Esta falha é corrigida calcinando-se novamente o precipitado, após umedecê-lo com algumas gotas de ácido nítrico concentrado.

Determinação Gravimétrica do Ferro

O método científico baseia-se na precipitação dos íons de ferro (III) com Hidróxido de amônio:

Fe3+ + 3OH- ⇄ Fe (OH)3 (s) ou

Fe (H2O)63+ +3NH3 ⇄ Fe (H2O)3 . (OH)3 (s) + 3NH4+ onde

[Fe3+] [OH-]3 ≅ 10-36

O Hidróxido de Ferro obtido é calcinado ao seu respectivo óxido:

2 Fe (OH)3 (s) → Fe2O3 (s) + 3H2O

Ou

2Fe (H2O)3 . (OH)3 (s) → Fe2O3 (s) + 9 H2O

Pesando o Óxido férrico pode calcular a concentração de ferro na amostra.

Na precipitação de Fe3+ com amônia (Hidróxido de Amônio) devem estar ausentes os íons Al3+ , Ti4+ , Zr4+ , Cr3+ , AsO43- , PO43- , porque estas espécies precipitam juntamente com o Fe (OH)3 . Outras substâncias também interferem reagindo com os íons Fe3+ , complexando-os e evitando a precipitação quantitativa do hidróxido. Tais interferentes são: citratos, tartaratos, salicilatos, pirofosfatos, fluoretos, glicerina, açúcares, etc. Como o meio precipitante contém NH4Cl e NH4OH em excesso, os íons Mg2+ , Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ ,e Mn2+não interferem na análise porque os KSº dos seus respectivos hidróxidos são atingidos nestas condições. Os íons Cu2+ , CO2+ , Ni2+ e Zn2+ também não interferem porque formam amin-complexos, solúveis. Porém, apesar de não precipitarem com amônia, estes íons podem se tornar interferentes se forem adsorvidos pela grande superfície específica do Hidróxido de Ferro, ou ainda pela precipitação parcial de Carbonatos de Bário, Estrôncio e Cálcio, devido à absorção de CO2 pela solução amonical, que é o meio de precipitação. Para evitar estes interferentes, absorvidos e/ou parcialmente precipitados como carbonato, faz-se uma purificação de Hidróxido de Ferro através de várias reprecipitação.

III. MATERIAIS E REAGENTES

  • Balança analítica - Gehaka BG 200

  • Mufla

  • Cadinho de porcelana

  • Tenaz

  • Dessecador

  • Bomba de vácuo com baixa pressão- Instrumentos Científicos GTR, modelo 141

  • Triângulo de Porcelana

  • Tripé de ferro

  • Bico de Bunsen

  • Fósforo

  • Bécker de 150mL

  • Bécker de 100mL

  • Proveta de 100mL

  • Pisseta

  • Bastão de vidro

  • Tela de amianto

  • Pipeta Pasteur

  • Funil

  • Papel de filtro

  • Pinça

  • Vidro de relógio

  • Cloreto Férrico P.A. (FeCl3) - Merck

  • Nitrato de Amônio P.A. (NH4NO3) - Cinética

  • Hidróxido de Amônio 1:1 (NH4OH)

  • Nitrato de Amônio 1% (NH4NO3)

  1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Colocar num bécker de 125mL, 0,100g de FeCl3 e 40mL de água destilada; agitar até dissolução completa e aquecer até ebulição.

Juntar, neste mesmo bécker, 3,000g de NH4NO3 mais 50mL NH4OH (1:1) até precipitação completa e mais um leve excesso de reagente (conhecido pela persistência do cheiro de amônia após assoprados os vapores do béquer); ferver por mais 1 minuto; retirar o béquer do calor e deixar sedimentar o precipitado Fe(OH)3.

Filtrar o precipitado (usando dois papeis de filtro quantitativo juntos), em uma bomba de vácuo e lavar várias vezes no filtro com solução 1% de NH4NO3 a quente.

Dobrar o filtro em torno do precipitado e colocar num cadinho de porcelana (previamente pesado), queimar em chama tomando cuidado para não pegar fogo, calcinar por 4 horas a 800ºC, esfriar em dessecador e anotar o peso final.

  1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Durante a realização da prática foram anotados os seguintes dados:

Massa de FeCl3 (mFeCl3) = 0,1000g

Massa de NH4NO3 (mNH4NO3) = 3,001g

Massa do filtro (mfiltro) = 0,183g

Massa do cadinho vazio (mcad) = 22,190g

Massa do cadinho final (mfinal cad) = 22,239g

Para encontrar a massa de Fe2O3 resultante utiliza-se:

Massa final (mf) = mfinal cad - mcad

mf = 22,239 – 22,190

mf = 0,049g de Fe2O3

Para determinar a porcentagem de ferro presente na amostra, utiliza-se a seguinte fórmula:

mf . 2mols (Fe)

Fe = 1 mol (Fe2O3) . 100

mFeCl3

0,049 . 2 . 55,8

Fe = 159,6 . 100

0,100

Fe = 0,049 . 0,699 .100

0,100

Fe = 34,25%

Para encontrar a porcentagem de ferro contida na amostra de FeCl3:

159,6g de FeCl3 - 55,8g de Fe 0,100g - 100%

0,100g de FeCl3 - x 0,035g - y

x = 0,035g de Fe y = 35,00% de Fe

A quantidade (em gramas) de ferro na amostra é determinado da seguinte maneira:

159,6g de Fe2O3 - 111,6g de Fe

0,049g de Fe2O3 - z

z = 0,034g de Fe

A quantidade de átomos de Fe presentes na amostra de FeCl3 é determinado da seguinte maneira:

1mol de Fe - 6,2.10-23 átomos - 55,8g

n - 0,035g

n = 3,889.10-26 átomos de Fe

Para encontrar o teor de impurezas na amostra ensaiada, utiliza-se:

% impurezas = % de Fe encontrado no FeCl3 - % de Fe encontrado no Fe2O3

% impurezas = 35,00 – 34,25

% impurezas = 0,75%

  1. CONCLUSÃO

Como em qualquer análise gravimétrica, o processo exige “cuidados” para ser realizado com sucesso, uma vez que qualquer erro pode causar perda de massa e assim diferença nos cálculos. Como exemplo pode ser citado, a carbonização do Fe, que deve ser efetuada a baixa temperatura para que não ocorra a perda de massa.

Ao comparar a porcentagem de Fe contido no sal de FeCl3 com a obtida no experimento, nota-se que há uma diferença de 0,75%. Esta diferença pode ser devido a erros durante a realização do processo, como por exemplo, erros na pesagem, perda de massa de algum dos reagentes ou ainda por arredondamentos dos cálculos.

  1. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  1. ANEXOS

1) Porcentagem de Fe na amostra:

a) Peso do cadinho com Fe2O3................................. 22,244g

b) Peso do cadinho vazio.......................................... 22,190 g

c) Peso do Fe2O3.........................................................0,054 g

d) % de ferro na amostra de FeCl3............................35,00 %

2) Quantas gramas de ferro contêm a amostra?

A amostra de FeCl3 contém 0,035g de Fe.

3) Definir:

Gravimetria: ou analise gravimétrica, é o procedimento de determinação analítica onde o constituinte de interesse é separado da amostra na forma de uma fase pura (composição química bem definida), que se precipita e então pesada. A partir da massa desse precipitado determina-se a massa do constituinte de interesse através de relações estequiométricas.

Produto de Solubilidade: é a constante de equilíbrio para a reação na qual um sólido se dissolve, dando origem a seus íons constituintes em solução. A concentração do sólido é omitida da constante de equilíbrio porque o sólido está em seu estado-padrão.

Colóide: são partículas com diâmetros na faixa de 1 a 100 nm, maiores que as moléculas, mas muito pequenas para precipitarem, permanecem na solução indefinidamente e são suspensas pelo movimento browniano (movimento aleatório) das moléculas no solvente.

Floculação: é a agregação de partículas coloidais por forças iônicas, para torná-las maiores e facilitar a sua precipitação e filtragem.

Peptização: é a fragmentação do precipitado em partículas menores, causado pela mudança de cargas iônicas, provocando a sua repulsão. Pode resultar na perda do produto através do filtro ou o seu entupimento.

Calcinação: é o aquecimento a alta temperatura, para converter um precipitado em um composto de composição conhecida.

Substância Higroscópica: são substâncias que absorvem rapidamente a umidade do ar.

4) Qual é o fundamento científico do método aplicado?

O fundamento científico do método empregado provém do método de gravimetria convencional de precipitação de Fe(OH)3 com excesso de NH4OH.

5) Cite duas conclusões do baixo PS do Fe(OH)3.

  • Efeito íon-comum: um sal será menos solúvel se um de seus íons constituintes ainda estiver presente na solução.

  • Formação de Complexo: o ânion precipita o metal. Porém altas concentrações do ânion causam a redissolução do sólido, devido à formação de íons complexos, que são dois ou mais íons simples ligados mutuamente.

6) Por que você realizou a precipitação à ebulição?

Porque a floculação é facilitada pelo aquecimento e a solubilidade aumenta com a temperatura.

7) Por que a carbonização do filtro deve efetuar-se à baixa temperatura?

Na queima do papel de filtro deve se evitar a redução parcial de Fe2O3 a Fe3O4 e Fe pelo Carbono e Gases Redutores, causando perda de massa de Fe. Portanto a queima do papel de filtro deve realizar-se a baixa temperatura, com aceso livre do ar e exclusão dos gases redutores de chama.

8) Quantos átomos de ferro existem na amostra?

Existem na amostra de FeCl3 3,889.10-26 átomos de Fe.

9) Qual é o teor de impurezas na amostra ensaiada?

O teor de impurezas na amostra é de 0,75%.

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