Apostila Análise Química Quantitativa

Apostila Análise Química Quantitativa

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Como preparar?

Transferir, quantitativamente, 250ml da solução de NaOH 1,0 mol/L para um balão volumétrico de 500 mL de capacidade e completar o volume com água destilada até a marca do balão. A solução resultante ficará com concentração de 0,5 mol/L.

ANÁLISE QUÍMICA

A análise química visa identificar os elementos (ou substância) existentes em um dado material e também determinar quanto há (dosagem) de cada elemento (ou substância) presente no material estudado.

Uma aplicação importante da análise é a determinação da fórmula química. É por meio de análise química que ficamos sabendo, por exemplo, que a fórmula do ácido sulfúrico é H2SO4, isto é, que ele é formado por H, S e O na proporção de 2:1: 4 átomos, respectivamente. A análise química é utilizada, nos laboratórios e nas indústrias químicas, para milhares de determinações diferentes, tais como o grau de pureza dos reagentes, a concentração das soluções, as impurezas existentes na água, a composição das ligas metálicas, etc.

O grande desafio da análise química moderna é identificar diferentes materiais, como por exemplo: quantidades mínimas de metais tóxicos na água, de gases nocivos ao ar, de impurezas existentes nos chips de computadores, de agentes de doping em atletas, de venenos usados em crimes quase perfeitos, etc. Para isso são empregados, atualmente, sofisticados métodos de análise instrumental. Um exemplo é o uso de aparelhos de espectroscopia, que realizam a análise interpretando as interações entre a matéria e várias formas de radiação – como a luz, a radiação ultravioleta, as ondas de rádio, etc.

Esses aparelhos são acoplados a computadores que interpretam automaticamente os resultados obtidos, fornecendo rapidamente as respostas desejadas (um exemplo comum é o emprego da ressonância magnética, na medicina).

Apesar dos avanços tecnológicos, a chamada análise química clássica continua em pleno uso, para identificação e determinação da dosagem de elementos (ou substâncias), em trabalhos mais simples. Vejamos então, em linhas gerais, como ela se processa.

Partindo-se, por exemplo, de uma mistura, o primeiro passo da análise química clássica é a chamada análise imediata, que visa separar e purificar os elementos ou as substâncias existentes na mistura. Isso é feito empregando-se os métodos de separação ou desdobramento das misturas, filtração, destilação, etc. Após essa separação e purificação dos elementos ou substâncias, partimos para as chamadas análises elementares, que se subdivide em análise qualitativa e análise quantitativa.

A análise qualitativa tem por objetivo determinar quais são os elementos ou as substâncias que foram separadas. Para isso, empregam-se reações de caracterização, isto é, reações químicas que denunciam a presença do elemento ou a substância pela formação de um precipitado, ou pela mudança de coloração, ou pela liberação de um gás conhecido, etc. Assim, por exemplo, podemos constatar se há ou não cloretos em uma solução adicionando AgNO3, se existirem cloretos, ocorrerá à reação: Cl + Ag → AgCl (precipitado branco e sua formação denuncia a presença do íon cloreto). Também é possível verificar a presença de alguns elementos químicos através do teste da chama, que fornece cores específicas para diferentes elementos presentes.

Após termos descoberto quais são os elementos ou as substâncias existentes no sistema em estudo, passamos a análises quantitativas, que , como o próprio nome diz, visa determinar o quanto há de cada elemento ou substância no sistema em estudo. A análise quantitativa pode ser feita por dois processos mais comuns: a análise gravimétrica e a análise volumétrica.

ANÁLISE TITRIMÉTRICA

A análise titrimétrica, também chamada volumetria ou titulometria, é um processo clássico de análise química quantitativa. Enquanto na gravimetria procura-se pesar um precipitado, na titulometria o que se faz é medir o volume de uma solução de concentração conhecida que reage com a amostra em análise. Em seguida, a partir do volume medido, determinam-se às quantidades desconhecidas, por meio de cálculos.

Ponto de equivalência (PE): momento no qual a quantidade de matéria (n) de titulante é exatamente igual à quantidade de matéria do titulado, ou seja, quando titulante e titulado reagem estequiometricamente.

Ponto final (PF): normalmente as titulações envolvem soluções incolores, e quando reagem formam também soluções incolores, ou formam precipitados ou soluções muito coloridas, sendo, portanto, difícil visualizar o ponto de equivalência. Para auxiliar o momento de parar a titulação, utilizam-se indicadores (soluções que mudam de cor, quando condições do meio reacional se alteram). Em uma titulação ácido (titulante) – base (titulado) com a presença de um indicador, quando atinge-se o ponto de equivalência a nácido é igual à nbase e para que ocorra a mudança de cor do indicador, um pequeno excesso de ácido é necessário. Portanto, o PF é um pouco depois do PE.

Solução Padrão substância que, atendendo a certos requisitos, é considerada como padrão primário.

Solução padronizada: substância que não apresenta os requisitos para ser um padrão primário, então precisa passar pelo processo de padronização quando uma solução desta substância é preparada.

Classificação da volumetria

  1. Acidimetria

A determinação da quantidade de um ácido com o emprego de uma solução titulada de uma base.

  1. Alcalimetria

O inverso da anterior, aqui, determina-se à quantidade de uma base (álcali) com o emprego de uma solução titulada de um ácido.

OBS: A acidimetria e a alcalimetria são os dois casos da chamada volumetria da neutralização.

  1. Volumetria de precipitação

Quando as duas soluções reagem produzindo um precipitado. Em geral. Ocorre entre dois sais com a formação de um sal insolúvel.

  1. Volumetria de oxi-redução

Quando determinamos a quantidade de um oxidante com o emprego de uma solução titulada de um redutor, ou vive-versa, nesse tipo de volumetria aparece vários casos particulares importantes como:

    1. Permanganometria quando usamos solução titulada de KMnO4

    2. Iodometria quando medimos o iodo liberado do KI por um oxidante.

  1. Análise gravimétrica/gravimetria

(latim gravis pesado) partindo-se de pesagem inicial e reações que favorecem a precipitação e lavagens sucessivas onde no final obtemos um precipitado do material que novamente é pesado e elaboram-se os cálculos.

Classificação dos aparelhos volumétricos

Faz-se necessário que toda pessoa que trabalhe em laboratório químico saiba distinguir e usar convenientemente cada equipamento volumétrico, de maneira a reduzir ao máximo o erro em análises.

O equipamento volumétrico é marcado pelo fabricante para indicar a maneira de calibração (geralmente TD para "dispensar (ou transferir)" e TC para "conter"), mas também a temperatura na qual a calibração se aplica. Pipetas e buretas são calibradas com freqüência para transferir volumes específicos, enquanto frascos volumétricos são calibrados para conter líquidos.

A medida de Volume

A medida precisa de volume é tão importante em muitos métodos analíticos como é a medida de massa.

Unidades de volume

A unidade de volume é o litro (L), definido como um decímetro cúbico. O mililitro (mL) é 1/1000 L e é usado onde o litro representa uma unidade de volume inconvenientemente grande.

O efeito da temperatura nas medidas de volume

O volume ocupado por uma dada massa de líquido varia com a temperatura, assim como varia também o recipiente no qual está colocado o líquido, durante a medida. Entretanto, as maiorias dos equipamentos de medida de volume são feitos de vidro, o qual felizmente tem pequeno coeficiente de expansão. Conseqüentemente, as variações no volume em função da temperatura de um recipiente de vidro não precisam ser consideradas em trabalhos comuns em química analítica.

O coeficiente de expansão para soluções aquosas diluídas (aproximadamente 0,025% / °C) é tal que uma variação de 5°C tem efeito considerável na confiabilidade da medida volumétrica.

As medidas volumétricas devem tomar como referência alguma temperatura padrão; este ponto de referência é geralmente 20°C. A temperatura ambiente da maioria dos laboratórios fica suficientemente perto de 20°C de modo que não há necessidade de se efetuar correções das medidas de volume. No entanto, o coeficiente de expansão para líquidos orgânicos pode requerer correções para diferenças de temperatura de 1oC ou até menos.

Pipetas

As pipetas permitem a transferência, de um recipiente a outro, de volumes conhecidos, com precisão. Informações sobre os tipos comuns de pipetas estão na Tabela 1.

Uma pipeta volumétrica ou de transferência dispensa um volume único, fixo, entre 0,5 e 200 mL (Tabela 2). Muitas destas pipetas têm códigos coloridos para fácil identificação de seu volume.

Tabela 1 - Características de pipetas

Nome

Tipo de Calibração*

Função

Capacidade disponível (ml)

Tipo de drenagem#

Volumétrica

TD

Dispensa de volume fixo

1-200

Livre

Mohr

TD

Dispensa de volume variável

1-25

Até a linha de calibração

Sorológica

TD

Dispensa de volume variável

0,1-10

Sopra-se a última gota

Sorológica

TD

Dispensa de volume variável

0,1-10

Até a linha de calibração

Ostwald-Folin

TD

Dispensa de volume fixo

0,5-10

Sopra-se a última gota

Lambda

TC

Contém volume fixo

0,001-2

Lava-se com solvente apropriado

Lambda

TD

Dispensa de volume fixo

0,001-2

Sopra-se a última gota

Eppendorf

TD

Dispensa de volume fixo ou variável

0,001-1

A ponta é esvaziada por deslocamento

com ar

* TC = conter; TD = dispensar

# Um anel fosco perto do topo das pipetas indicam que a última gota deve ser soprada.

Tabela 2 - Tolerâncias de Pipetas Volumétricas, Classe A

Capacidade, mL

Tolerância, ml

0,5

0,006

1

0,006

2

0,006

5

0,01

10

0,02

20

0,03

25

0,03

50

0,05

100

0,08

As pipetas de medida ou calibradas são aferidas em unidades convenientes para que permitam a dispensa de qualquer volume, até uma capacidade máxima que varia de 0,1 a 25 ml.

As pipetas volumétricas e calibradas são preenchidas até uma marca de calibração da parede externa; a maneira que a transferência é feita depende de cada caso em particular. Já que existe uma atração entre a maioria dos líquidos e o vidro, uma pequena quantidade de líquido tende a ficar retida na ponta da pipeta, depois que a mesma é esvaziada. Este líquido residual nunca é soprado da pipeta volumétrica ou de alguns tipos de pipetas calibradas.

Algumas pipetas calibradas pedem que sejam sopradas (Tabela 1).

Micropipetas manuais Eppendorf liberam volumes ajustáveis de líquidos da ordem de microlitros. Com estas pipetas, um volume conhecido e ajustável de ar é deslocado da ponteira descartável de plástico pressionando-se o botão no topo da pipeta, até uma posição desejada de volume. Este botão opera um pistão que força o ar para fora da pipeta. O volume de ar deslocado pode ser variado pelo ajuste de um micrômetro digital localizado na frente do equipamento. A ponteira de plástico é então inserida no líquido e a pressão do botão é liberada, fazendo com que o líquido seja levado para a ponteira. A ponteira é então encostada na parede do frasco receptor e o botão é novamente pressionado até a posição desejada de volume. Após um segundo, o botão é pressionado até uma segunda posição, a qual esvazia completamente a ponteira. As faixas de volume e as precisões de pipetas deste tipo estão mostradas na Tabela 3.

Tabela 3 - Faixa e Precisão de Micropipetas Eppendorf

Faixa de volume ( L)

Desvio padrão ( L)

1-20

<0,04 @ 2 L

<0,06 @ 20 L

10-100

<0,10 @ 15 L

<0,15 @ 100 L

20-200

<0,15 @ 25 L

<0,30 @ 200 L

100-1000

<0,6 @ 250 L

<1,3 @ 1000 L

500-5000

<3 @ 1,0 mL

<8 @ 5,0 mL

Várias pipetas automáticas são disponíveis para situações que exigem dispensa repetida de um volume particular. Além disso, já está disponível no mercado uma micropipeta motorizada e controlada por computador. Este equipamento é programado para funcionar como uma pipeta, um dispensador de múltiplos volumes, uma bureta e como uma forma de diluir amostras. O volume desejado é inserido através do teclado e aparece num painel. Um pistão movido por um motor dispensa o líquido. Volumes máximos variam de 10 a 2500 L.

Como usar sua pipeta

As seguintes instruções dizem respeito especificamente a pipetas volumétricas, mas podem ser consideradas para o uso de outros tipos de pipetas também.

O líquido é levado até a pipeta através da aplicação de um pequeno vácuo. Sua boca nunca deve ser usada para sucção já que há possibilidade de ingerir acidentalmente o líquido sendo pipetado. Ao invés da boca, deve-se usar uma pêra de borracha ou um tubo de borracha conectado à trompa de vácuo.

Limpeza

Use uma pêra para aspirar solução de detergente a um nível de 2 a 3 cm acima da marca de calibração da pipeta. Drene esta solução e enxágüe a pipeta com várias porções de água de torneira. Verifique se o filme de água na parede da pipeta é homogêneo ou se há rupturas do filme. Se houver rupturas, lave tantas vezes com detergentes quantas forem necessárias. Finalmente, preencha a pipeta com água destilada com um terço de sua capacidade e rode-a até molhar toda a sua superfície interna. Repita este procedimento com água destilada pelo menos duas vezes.

A medida de uma alíquota

Use uma pêra para aspirar um pequeno volume do líquido a ser amostrado para a pipeta e molhe sua superfície interna com este líquido. Repita isto com outras duas porções do líquido. Então, cuidadosamente, preencha a pipeta com um volume um pouco acima da marca de calibração (Rapidamente, substitua a pêra por seu dedo indicador para interromper a liberação do líquido. Certifique-se que não há bolhas no líquido e nem espuma em sua superfície. Incline um pouco a pipeta e enxugue sua parede externa com papel absorvente. Toque a ponta da pipeta na parede interna de um béquer (não o frasco para onde a alíquota vai ser transferida), e vagarosamente, deixe que o líquido escorra dando uma ligeira folga na pressão exercida pelo seu dedo indicador (Nota 1), até que o menisco do líquido alcance exatamente a marca de calibração da pipeta. Então coloque a ponta da pipeta dentro do frasco receptor da alíquota e deixe o líquido escorrer livremente. Descanse então a ponta da pipeta na parede interna do frasco por poucos segundos. Finalmente, retire a pipeta com um movimento de rotação para remover qualquer líquido aderido na sua ponta. O pequeno volume retido na ponta de uma). Pipeta volumétrica nunca deve ser soprada para ser liberada.

Notas

1. O líquido pode ser retido de forma mais adequada com seu dedo indicador se este estiver ligeiramente úmido. Se a umidade for muito alta, o controle do nível do líquido fica impossível.

2. Enxágüe a pipeta muito bem após cada vez que for usada.

Buretas

Assim como as pipetas, as buretas são capazes de dispensar qualquer volume, até sua capacidade máxima. A precisão alcançável com uma bureta é muito maior do que com uma pipeta.

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