Analitica apostila_2008

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<p>1</p> <p>Setor de Cincias Exatas - Departamento de Qumica CP 19081- Centro Politcnico 81531-990 - Curitiba PR BRASIL Tel.: (041) 361-3297; fax.: (041) 361-3186 www.quimica.ufpr.br</p> <p>MANUAL DE PRTICAS DA DISCIPLINA DE QUMICA ANALTICA QUANTITATIVA. 2008 Prtica 01 - Determinao gravimtrica de Umidade e Cinzas em material orgnico. 1 - Preparo do Cadinho O cadinho de porcelana dever ser limpo a seco (se o cadinho estiver molhado, dever ser seco em estufa antes da calcinao (120C por 2 horas ou mais) para evitar quebra) e livre de material orgnico ou inorgnico, na forma de contaminao. Para livrar o cadinho de eventuais contaminaes orgnicas este dever ser aquecido a uma temperatura aproximada de 900C, esfriado at a temperatura ambiente em um dessecador * (atmosfera relativamente seca) e pesado em balana analtica (mnimo de 4 casas decimais). Para retirar materiais inorgnicos, ferver o cadinho com uma mistura de cido clordrico e cido ntrico e posteriormente, vrias vezes com gua destilada. O procedimento de calcinao dever ser repetido at que o peso do cadinho no varie na quarta casa decimal da balana (erro da balana de 0,1 mg). Como o tempo envolvido para a prtica relativamente curto, somente um processo de aquecimento ser executado. A variao de erro envolvido ser computado no momento da correo. * - O material utilizado no interior do dessecador consiste de slica gel normalmente com um indicador de umidade. O indicador de umidade o cloreto de cobalto que muda de cor se est na forma anidra (livre de umidade - azul) ou na forma hidratada (rosa). A variao de cor azul para rosa indica ento o processo de hidratao enquanto que sob aquecimento o composto retorna a sua forma anidra (azul). CoCl 2.6H2O Rosa CoCl 2 + azul 6 H 2O</p> <p>2 Ocorrncia de guas em slidos Praticamente todos os slidos cristalinos ou no, possuem gua em maiores ou menores propores. Os teores de gua variam de material para material, sua composio, tamanho de partculas (rea superficial), umidade relativa do ar, temperatura e presso. Os teores de gua so extremamente importantes principalmente no que consiste a conservao do material e consistem nos primeiros ensaios de controle de qualidade de um produto. Teores de gua altos induzem a processos de decomposio qumica e microbiolgica alm de promover gastos no processo de secagem e obviamente, aumento de peso do material. Para efeitos didticos podemos dizer que os tipos de guas so classificadas como: 1 Essenciais Nesse tipo, a gua existe como parte integrante da composio qumica do slido. A retirada desse tipo de gua faz com que o slido perca as suas caractersticas, atravs da destruio do seu retculo cristalino. 1.1 guas de cristalizao ou hidratao. Esse tipo de gua ocorre nos hidratos cristalinos na forma de guas de cristalizao (ou hidratao). As molculas de gua esto na forma de unidades H 2O que ocupam posies especficas no retculo cristalino do material estando covalentemente ligadas, ocorrendo sempre com uma estequiometria definida (nmero inteiro de molculas de gua para a frmula mnima do composto). A sua retirada provoca uma total destruio do retculo cristalino do material e consequentemente, alterao das propriedades fsicas. As temperaturas necessrias para a sua retirada so caractersticas de cada material envolvido. Ex.: BaCl 2.2H2O; CaC 2O4.2H2O; CuSO4.5H2O; CuSO4.H2O. Observe-se que nos ltimos dois casos, embora os materiais possuam frmulas semelhantes apresentam estruturas cristalinas diferentes e cores diferentes, o primeiro um slido azul piscina e o segundo, verdeazulado claro. Ainda no caso do sulfato de cobre, existem o tetrahidratado, o trihidratado, o dihidratado e o monohidratado. Todos podem ser obtidos (os mais facilmente obtidos so o pentahidratado e o monohidratado) atravs do tratamento trmico da fase pentahidratada. Os intermedirios com menos que 5 molculas de gua (incluindo o anidro) no podem ser rehidratados ao nmeros de molculas de gua</p> <p>imediatamente superior, entretanto se qualquer um deles forem dissolvidos em gua e cristalizados, o sulfato de cobre pentahidratado ser regenerado. 1.2 guas de constituio Nesse caso, as molculas de gua no ocorrem como unidades H 2O no material mas este deve necessariamente possuir os elementos que a formam. Outro fato importante a observar que a relao estequiomtrica de 2 mols de hidrognio para 1 mol de oxignio como na molcula de gua no necessariamente precisa ser mantida. Nesse caso tambm existe a destruio do retculo cristalino do material e a obteno de um novo composto. As temperaturas necessrias para a sua retirada so caractersticas de cada material envolvido. Ex.: 2 NaHCO 3 Na2CO 3 + H2O + CO2 (300C) Ca(OH) 2 CaO + H2O (800C) 2 Al(OH) 3 Al2O3 + 3 H2O (450C) 2 Fe(OH) 3 Fe2O3 + 3 H2O (1000C).</p> <p>2</p> <p>2 No essenciais Como o nome j diz, as molculas de gua ocorrem como unidades discretas H 2O sendo que ao serem retiradas no afetam o retculo cristalino e consequentemente, propriedades fsicas e qumicas do material. Os tipos de ocorrncia classificam as guas essenciais como: 2.1 guas de adsorso Como o nome sugere, as molculas de gua esto adsorvidas na superfcie dos cristais e ocorrem principalmente nas ligaes insaturadas presentes nas superfcies dos cristais. As ligaes envolvidas so de carter eletrosttico de baixa energia e permitem a adsorso de vrias camadas de molculas de gua atravs dos seus dipolos. Como estas esto em contato com o meio ambiente, o teor depende de: Umidade relativa do meio ambiente (quanto maior a umidade relativa, maior o teor de gua); temperatura (quanto maior a temperatura, menor o teor de gua); rea superficial ou grau de subdiviso (ao quebrarmos um cristal novas reas passam a ser expostas ao meio ambiente de tal forma que quando maior a rea superficial, maior o teor de gua); presso (quando maior a presso, maior o teor de gua). J que o tipo de ligao envolvida relativamente fraca, as temperaturas necessrias para a retirada dessas molculas est prxima do ponto de ebulio da gua (entre 105 110C). Observe-se que aps o aquecimento, as molculas de gua tendem a retornar superfcie de tal forma que o material totalmente anidro dificilmente pode ser obtido. 2.2 guas de absoro Esse tipo de gua ocorre principalmente em substncias coloidais e de baixa ou nenhuma cristalinidade (amorfos). Como os materiais coloidais tendem a formar flocos, as molculas de gua esto nesses espaos vazios entre as partculas ou nos chamados interstcios ou capilares do colide. Como essas molculas de gua esto em contato com o meio ambiente, esto sujeitas a influncia da umidade relativa, temperatura, grau de subdiviso e presso, como no caso das molculas de guas adsorvidas e podem ser retiradas em temperaturas entre 105 e 110C. Evidentemente que alm das molculas de gua absorvidas, molculas de gua adsorvidas tambm esto presentes. 2.3 guas de ocluso As molculas de gua esto retidas no interior de cavidades distribudas aleatoriamente nos cristais. Esses bolses de gua se formam durante o processo de cristalizao rpido do material. Vrios cristais vo cimentando as suas paredes at que as molculas de gua podem ficar presas no interior do cristal. Se houver gua suficiente e o material for parcialmente solvel, haver na verdade uma soluo saturada no interior do cristal. Como as molculas de gua no esto em contato com o meio ambiente, no esto sujeitos fatores externos como umidade relativa, presso, grau de subdiviso e temperatura. Quando o material aquecido, as molculas de gua so submetidas a uma presso excessiva que provoca a ruptura do cristal, fenmeno conhecido como decripitao (facilmente observado quando durante preparao de churrasco, cristais de sal grosso caem sobre uma chapa aquecida ou sobre o fogo). A temperatura necessria para a sua retirada vai depender do retculo cristalino envolvido sendo normalmente muito superior 100C. 3 - Determinao de umidade. Aquecer o cadinho de porcelana em uma mufla (forno eltrico) a uma temperatura aproximada de 900C, por 30 minutos. Cuidado: no olhar diretamente para a mufla aberta, a radiao infravermelha poder danificar os olhos. Com o auxlio de uma pina metlica grande e luvas de amianto, retirar o cadinho da mufla, transferir para um dessecador grande at um prvio resfriamento e em seguida para um dessecador pequeno (vidro de compota com slica gel e um tringulo de porcelana), at a temperatura ambiente. Para verificar se o cadinho est em condies de ser pesado proceder da seguinte forma: colocar o dedo indicador no interior do cadinho (sem tocar as bordas), se sentir calor espere mais um pouco. Se no perceber a sensao de calor, retirar o cadinho com a pina metlica e tocar o fundo do cadinho sutilmente no dorso da mo. Pesar o cadinho o mais rpido possvel, longos perodos ao ar podero alterar o peso do cadinho pela incorporao de gua (adsorso e absoro) ou gases no material poroso. Anotar o peso do cadinho com quatro casas decimais (dcimos de miligrama).</p> <p>* Em todas as operao de transferncia do cadinho fazer uso de uma pina metlica limpa, tocar o cadinho com as mos poder alterar o seu peso pela incorporao de umidade, gordura ou impurezas, o que ir prejudicar a anlise. Colocar o EPI (Equipamento de Proteo Individual), conferir o material do armrio, pegar uma amostra, anotar o nmero da amostra e o nmero ou identificao do cadinho. Pesar cerca de 1g de material (preciso aproximada de 5%) a analisar em uma cadinho previamente preparado (calcinado, seco e pesado). Pesar o mais rpido possvel para evitar incorporao ou perda de umidade (no esquecer que a amostra foi acondicionada em condies de atmosfera controlada) e subsequente alterao do peso da mesma. Condies ideais de pesagem: mximo 3 minutos. Se a massa da amostra foi muito maior que o estipulado, jogar o material fora e reiniciar o procedimento com um novo cadinho. Levar o cadinho com o material para um estufa a uma temperatura entre 105 e 110C onde dever permanecer por 1,5 horas. Nessa temperatura, guas de adsorso e absoro sero retiradas. Material (H2O adsorvida + absorvida) Material seco + H 2O (vapor)</p> <p>3</p> <p>Levar o cadinho com o material seco para o dessecador pequeno (vidro de compota) e esfriar at a temperatura ambiente. Pesar o mais rpido possvel, em balana analtica. Clculos - Expressar o resultado da anlise em g% (m/m), 100 gramas de amostra mida possui x g de umidade. (cadinho + material mido) - (cadinho calcinado vazio) = material mido ( xg (cerca de 1 g)) (cadinho + material mido) - (cadinho + material seco) = umidade (yg) xg de material mido 100g de material mido yg de umidade g% de umidade (m/m).</p> <p>O resultado expresso em percentagem (massa/massa) ou seja, gramas de umidade contidas em 100g de amostra, com duas casas decimais. PS.: O material resultante no agressivo ao meio ambiente e poder ser descartado no cesto de lixo. Limpar o cadinho com papel toalha, e deix-lo sobre a bancada. No lav-lo para que no se quebre quando este for calcinado a altas temperaturas. 4 - Determinao de cinzas Cinzas de uma substncia pode ser definido como o material resultante do processo de combusto (queima na presena de oxignio). Os materiais constituintes das cinzas consistem de xidos de metais no seu mais elevado estado de oxidao. Se o processo de queima for efetuado em atmosfera pobre de oxignio, parte (ou todos) os metais podem sofrer processos de reduo pelo carbono, levando a estados de oxidao reduzido ou em alguns casos, ao estado metlico. Temperaturas muito altas devem ser evitadas para que reaes no estado slido (entre xidos constituintes da amostra) no ocorram, o que pode conduzir a compostos com composies indefinidas. Colocar o EPI (Equipamento de Proteo Individual), conferir o material do armrio, pegar uma amostra, anotar o nmero da amostra e o nmero ou identificao do cadinho. Pesar cerca de 1g de material (preciso aproximada de 5%) a analisar em uma cadinho previamente preparado (calcinado, seco e pesado). Pesar o mais rpido possvel para evitar incorporao ou perda de umidade (no esquecer que a amostra foi acondicionada em condies de atmosfera controlada) e subsequente alterao do peso da mesma. Condies ideais de pesagem: mximo 3 minutos. Se a massa da amostra foi muito maior que o estipulado, jogar o material fora e reiniciar o procedimento com um novo cadinho. Alojar o cadinho sobre o tringulo de porcelana, sobre o trip metlico. Inclinar o cadinho at cerca de 45, posicionando o bico de Bunsen na parte posterior do cadinho, com uma chama baixa. Regular a entrada de oxignio do bico para melhor queima do gs e obteno de chama mais quente. Queimar o material em chama baixa at eliminao total de fumaas e em seguida em chama mais alta at a queima completa da matria orgnica (se houver material preto principalmente condensado nas laterais do cadinho, gir-lo para que este seja totalmente eliminado). A inclinao do cadinho permite o acesso do oxignio amostra, evitando a presena de carbono, de difcil queima e com alto poder redutor. O ideal a presena de metais com seu estado de oxidao mais alto, o que facilitar o processo de calcinao. Aps a queima completa do material, o cadinho dever ser transferido com auxlio de uma pina metlica (apoiar o cadinho sobre uma tela de amianto), para uma mufla uma temperatura entre 550 e 600C, por um perodo de 1 hora. Material orgnico CO2 + H2O + gases + xidos metlicos (cinzas)</p> <p>Com o auxlio de uma pina metlica grande e sob a proteo de um culos de proteo contra radiao Infravermelha e luvas de amianto, retirar o cadinho da mufla, transferir para um dessecador grande at um</p> <p>prvio resfriamento e em seguida para um dessecador pequeno (vidro de compota com slica gel e um tringulo de porcelana) at a temperatura ambiente. Pesar o mais rpido possvel, em balana analtica. - Clculos - Expressar o resultado da anlise em g% (m/m), 100 gramas de amostra mida possui x g de cinzas. (cadinho + material mido) - (cadinho calcinado vazio) = material mido ( xg (cerca de 1 g)) (cadinho + material calcinado) - (cadinho calcinado vazio) = cinzas (yg) xg de material mido 100g de material mido yg de cinzas g% de cinzas (resultado).</p> <p>4</p> <p>O resultado aqui obtido no corresponde ao teor de cinzas real da amostra, para esse caso, a amostra deveria ter sido seca previamente. O resultado consiste ento de cinzas de uma amostra mida (a massa da amostra real seria menor do que o determinado). Resultado com duas casas decimais. PS.: O material resultante no agressivo ao meio ambiente e poder ser descartado no cesto de lixo. Limpar o cadinho com papel toalha, e deix-lo sobre a bancada. No lav-lo para que no se quebre quando este for calcinado a altas temperaturas Prtica 02 - Determinao gravimtrica de ferro. O conceito de gravimetria diz que o constituinte a determinar deve ser separado dos demais presentes no material a ser analisado, na forma de uma fase pura que ento pesada. Conhecendo-se o volume ou massa da amostra original e o do peso do material final, calcula-se a concentrao do constituinte desejado na amostra. Os processos de separao podem ser: precipitao qumica, eletrodeposio, sublimao, extrao,...</p>