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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA I CCET

Disciplina: QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL

Profs. Antonio A. Mozeto e Pedro S. Fadini

Experimento 01: VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO POR “EDTA”-

DETERMINAÇÃO DE ÍONS CÁLCIO E MAGNÉSIO (DUREZA DA ÁGUA).

1. Introdução

Originalmente, a dureza da água foi interpretada como a medida da capacidade da

água para precipitar sabões. Os sabões são precipitados principalmente pelos íons cálcio e

magnésio, comumente presentes na água, mas também podem ser precipitados por outros íons

metálicos polivalentes, tais como o ferro, alumínio, manganês, estrôncio, zinco, entre outros.

Devido à presença significante dos dois primeiros (Ca2+ e Mg2+) nas águas naturais, a

DUREZA é determinada através dos sais solúveis de cálcio e magnésio, por exemplo, os

bicarbonatos, os sulfatos e os cloretos.

Há dois tipos de dureza: a temporária e a permanente. A dureza temporária é aquela

devida às presenças dos bicarbonatos de cálcio (Ca(HCO3)2) e de magnésio (Mg(HCO3)2).

Quando a água que contém esses sais é fervida ocorre a precipitação de sais neutros (os

carbonatos) e a dureza é parcialmente removida, de acordo com o seguinte:

Ca(HCO3)2 → CaCO3 (s) + H32O + CO2 (g)

Mg(HCO3)2 → MgCO3 (S) + H2O + CO2 (g)

A dureza permanente da água é ocasionada pela presença de outros sais de cálcio e

magnésio, usualmente os sulfatos. A dureza permanente não pode ser removida por fervura. A

soma das durezas temporária e permanente é conhecida como dureza total da água e

geralmente é expressa em mg/L de CaCO3.

Titulações complexométricas com EDTA. O ácido etilenodiaminotetracético

(EDTA) pertence a uma categoria de substâncias, chamadas comumente de complexantes ou

quelantes que, em condições adequadas de pH, formam complexos solúveis, extremamente

estáveis, com a maioria dos íons metálicos, inclusive os alcalinos terrosos. Os complexantes

encontram grande aplicação como reagentes titulométricos.

Complexos formados com ligantes polidentados (isto é, ligantes capazes de ocupar

várias posições de coordenação), como é o caso do EDTA (ver figura abaixo), são chamados

quelatos.

N CH2 CH2 N

CH2

CH2 COOH

COOH

H2C

H2C

HOOC

HOOC

N CH2 CH2 NN CH2 CH2 N

CH2

CH2 COOH

COOHCH2

CH2 COOH

COOH

H2C

H2C

HOOC

HOOC

H2C

H2C

HOOC

HOOC Na complexometria com EDTA comumente se faz uso de uma solução padrão de seu

sal dissódico, Na2H2Y, que fornece em solução aquosa o íon H2Y2-. As reações com os íons

metálicos podem ser representadas como:

Mn+ + H2Y2- ⇌ MY(4-n)- + 2H+

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Os complexos formados são do tipo 1:1, independentemente da carga do íon. Em

qualquer dos casos, um mol de íons H2Y2- reage com um mol de Mn+.

A solução de um íon metálico a ser titulado com H2Y2- deve ser tamponada, de tal

maneira que o pH permaneça constante a um nível apropriado. Isso se faz necessário devido à

liberação de íons H+ à medida que se forma o complexo no curso da titulação.

Na reação entre um íon metálico e o H2Y2-, é preciso considerar a competição do íon

hidrogênio. Os íons metálicos que formam complexos metálicos menos estáveis podem ser

satisfatoriamente titulados em solução alcalina, por outro lado, os íons metálicos cujos

complexos são muito estáveis, podem ser titulados mesmo em solução ácida. O pH mínimo

admissível para a titulação de um íon metálico depende da constante de formação (ou de

estabilidade) do seu complexo.

Indicadores metalocrômicos. Os indicadores metalocrômicos são compostos orgânicos

coloridos que reagem com Íons metálicos formando quelatos com coloração diferente daquela

do corante livre. O ponto final na titulação de um íon metálico com H2Y2- em presença de um

indicador metalocrômico envolve uma reação do tipo:

M -lnd + H2Y2- ⇌ [MY]2- + lnd

(cor A) (cor B)

A titulação com H2Y2- acarreta a progressiva complexação dos íons metálicos livres e, por

fim, o íon metálico é deslocado do complexo M-Ind e convertido em [MY]2- com a liberação

do indicador Ind. O ponto final é acusado pela mudança da coloração do complexo M-lnd

para a do corante livre.

O complexo M-Ind deve ser suficientemente estável, pois do contrário, em virtude de

sua dissociação, não haveria uma mudança de coloração nítida. Porém, o complexo M-Ind

deve ser menos estável que o complexo [MY]2- para que a reação acima possa ocorrer

convenientemente. Finalmente, o indicador deve ser muito sensível com relação ao íon

metálico para que a mudança de coloração possa ocorrer tão perto quanto possível do ponto

de equivalência. A coloração assumida por um indicador metalocrômico em uma solução

depende do pH e da concentração do íon metálico presente.

Como exemplos de indicadores metalocrômicos podemos citar o negro de Ericromo

T e a murexida. O negro de Ericromo T é usado nas titulações de magnésio, cálcio,

estrôncio, bário, cádmio, chumbo, manganês e zinco. A solução é comumente tamponada a

pH 10 com hidróxido de amônio-cloreto de amônio. A coloração do corante, que é vermelho-

vinho em presença do íon metálico, muda para azul no ponto final da titulação. A murexida

forma complexos suficientemente estáveis em solução alcalina com os íons cálcio, cobalto,

níquel e cobre(II). A solução de murexida é vermelho-violeta abaixo de pH 9, violeta de pH 9

a 11 e azul acima de pH 11. O cálcio forma com murexida complexo de cor vermelha em pH

11-12.

2 Procedimento Experimental

2.1 Determinação de Ca2+ - Reagentes

SOLUÇÃO DE Na2H2Y~0,0050 mol/L (esta solução estará padronizada).

SOLUÇÃO DE NaOH 1,0 mol/L

INDICADOR: Mistura-se 99,0 g de NaCl PA, 1,00 g do indicador murexida e, com auxílio

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de almofariz e pistilo triturar bem até uma granulometria fina. Guardar em frasco limpo e seco

(este indicador já estará pronto).

2.1.2 Procedimento

Pipetar uma alíquota de 50,0 mL de amostra para erlenmeyer de 125 mL, adicionar

1,00 mL de NaOH 1,0 mol/L (pH=12), uma ponta de espátula do indicador murexida e

homogeneizar. Titular com a solução padronizada de Na2H2Y até mudança de coloração de

róseo em presença do íon metálico para violeta (roxo) no ponto final da titulação (esta

mudança é bem sensível).

2.2 Determinação de Ca2+ e Mg2+ - Reagentes

SOLUÇÃO DE Na2H2Y padronizada anteriormente.

SOLUÇÃO TAMPÃO de NH3/NH4CI (pH 10)

INDICADOR ERIOCROMO T: Mistura-se 1,00 g de negro de Eriocromo T em 99,0 g de

NaCl PA. Com o auxílio de almofariz e pestilo, macerar até granulometria adequada (este

indicador já estará pronto).

2.2.2 Procedimento

Pipetar uma alíquota de 50,0 mL de amostra para erlenmeyer de 125 mL, adicionar

1,00 mL do tampão NH3/NH4CI e uma pitada do indicador ERIOCROMO T e

homogeneizar. Titular com a solução padronizada de Na2H2Y até mudança de coloração de

vermelho-vinho em presença dos íons metálicos para azul no ponto final da titulação.

Referências

GOLTERMAN, H.L.; CLYMO, R.S.; OHNST AD, M.A.M. -"Methods for Physical and

Chemical Analysis of Fresh Waters.” 2a ed., Oxford, Blackwell Scientific Publications,

1978.213 pages. IBP Handbook No 8.

Christian, G .D., "Analytical Chemistry", John Wiley & Sons, 4th edition, New York, 1986.

Flaschka, H.A., "EDTA Titrations", Pergarmon Press, 2nd. Edition, Oxford, 1964.

Ohlweiler, O.A., "Química Analítica Quantitativa", Livros Técnicos e Científicos Ed., 2a ed.,

vol. 2, Rio de Janeiro, 1976.

Skoog. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R., Fundamentos de Química Analítica,

Thomson, São Paulo, 2004.

Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. J. K., Análise Química Quantitativa,

LTC Editora, RJ, 2002.

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Experimento 02: DETERMINAÇÃO DO CONTEÚDO DE NITROGÊNIO EM

POLÍMEROS

1- Tópicos que serão abordados neste experimento

- Análise volumétrica (titulação ácido-base e titulação de retorno)

- Padrão primário

- Indicadores

- Determinação em branco

- Método de Kjeldahl

1- lntrodução

1.1 - O Método de Kjeldahl

Desenvolvido em 1883, o procedimento de Kjeldahl [1] é um dos métodos mais

precisos e com muitas aplicações em laboratórios industriais, clínicos e de pesquisa. O

método de Kjeldahl é utilizado para a dosagem de nitrogênio em materiais orgânicos e

inorgânicos. O procedimento usual é eficiente para uma ampla variedade de compostos

nitrogenados tais como, aminas, aminoácidos, proteínas, alcalóides. Por outro lado, não

produz bons resultados para nitratos, cianetos, compostos do tipo azo e derivados da

hidrazina. Entretanto, introduzindo certas modificações, o teor de nitrogênio nestes compostos

pode ser quantitativamente dosado com excelente precisão. A determinação de nitrogênio no

sangue e outros materiais biológicos, em cereais, leite em pó, fertilizantes e polímeros

nitrogenados, utilizam o método de Kjeldahl rotineiramente.

Neste método, a amostra contendo nitrogênio combinado, é primeiramente digerida

em ácido sulfúrico em ebulição, que converte todo o nitrogênio ao íon amônio e oxida os

demais elementos presentes:

CH6N orgânico → NH4+ + CO2(g) + H2O

O processo de digestão normalmente é lento e várias modificações foram introduzidas

para aumentar sua velocidade. Sulfato de potássio é adicionado para elevar a temperatura de

ebulição. Catalisadores tais como, Hg, HgO, CuSO4, Se ou misturas de Se - FeSO4, ao serem

adicionados na mistura reacional, favorecem a decomposição da matéria orgânica. Uma parte

do H2SO4 é simultaneamente reduzida a SO2 que por sua vez, no meio altamente ácido,

facilita a redução do material nitrogenado ao íon amônio.

Completada a digestão, a solução contendo NH4+ e largo excesso de ácido, é resfriada

e cuidadosamente neutralizada seguida de excesso de hidróxido de sódio para converter todo

íon amônio em amônia. Esta é destilada por arraste de vapor e recolhida numa solução de

ácido bórico, H3BO3 4% (m/v). O íon dihidrogênio borato formado é titulado diretamente com

solução padronizada de HCl. No ponto de equivalência, a solução conterá H3BO3 e NH4+. No

entanto, é necessário um indicador que tenha a faixa de transição de cor entre pH 5-6. Os

indicadores Verde de Bromocresol ou a mistura Verde de Bromocresol-Vermelho de Metila

funcionam satisfatoriamente. Uma das principais vantagens é que somente uma solução

padronizada (HCl) é necessária, e a concentração exata do ácido bórico não é relevante, pois

toda amônia destilada é equivalente ao H2BO3- formado. Por outro lado, é necessário efetuar

uma determinação "em branco", para descontar possíveis contaminantes nitrogenados que

possam estar presentes nos reagentes.

2- Objetivos

Determinar nitrogênio total em uma amostra de Nylon 6-6®, material polimérico inerte

muito utilizado numa série de aplicações tecnológicas.

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3- Parte Experimental

3.1- Materiais

1 funil pequeno espátula

1 aparelho de Kjeldahl 1 balão volumétrico de 100 mL

1 frasco erlenmeyer de 125-150 mL 1 bureta de 10,0 ou 25,0 mL

1 proveta de 100 mL 1 pipeta volumétrica de 20,0 ou 25,0 mL

3.2- Reagentes e soluções

- Sulfato de sódio anidro, Na2SO4 - Solução de HCl 0,0100 mol/L

- Sulfato de cobre, CuSO4 5H2O - Solução padrão de Na2B4O7 0,0100 mol/L

- Ácido sulfúrico concentrado, H2SO4 - Solução 0,1% de vermelho de metila

- Solução de sulfeto de sódio ou potássio - Solução concentrada de NaOH 30,0%(m/v)

- Solução a 4% (m/v) de ácido bórico, H3BO3 - Amostras de polímero

- Solução indicadora: 0,1 % de verde de bromocresol + 0,1% vermelho de metila

3.3- Procedimento

3.3.1- Padronizacão da solucão de HCl ~ 0,0100 mol/L (Esta solução estará pronta)

A solução de HCl a ser utilizada no experimento foi previamente preparada e titulada

como a seguir: A solução de HCI ~ 0,01 mol/l foi adicionada em uma bureta de 25,0 mL,

previamente limpa e lavada com a própria solução de HCl a ser titulada. Em três erlenmeyers

de 125-150 mL, pipetou-se 50,0 mL de água destilada e 5,00 mL da solução padrão de bórax

(Na2B4O7.10H2O) e adicionou-se 3-5 gotas de vermelho de metila. A solução foi

homogeneizada e titulada com a solução de HCl até a mudança de coloração para rosa. O

mesmo procedimento foi repetido para os outros dois erlenmeyers. Os volumes gastos de

HCL em cada titulação devem concordar entre 1-3%. O valor médio dos volumes de

equivalência foi determinado e a concentração molar real da solução de HCl foi calculada.

B4O7-2 + 2H3O

+ + 3H2O → 4H3BO3

3.3.2- Digestão da amostra

Pesar 2,000 g de Na2SO4, 0,6000 g de CuSO4, 0,1000 g de Nylon 6-6® (amostra -

anote a massa real pesada) e transferir todos para um frasco de digestão de Kjeldahl

previamente limpo, seco e identificado.

Entregar o frasco de digestão para o técnico do laboratório.

Etapas a serem realizadas pelo técnico: Adicionar à mistura, 1 gota de Hg metálico

e 5,00 mL de H2SO4 concentrado. Encaixar os frascos no bloco de aquecimento para evitar

respingos durante o processo de digestão, colocar um funil pequeno no gargalo de cada

frasco. Aquecer brandamente até que a possível formação de espuma cesse. Então, aumentar a

temperatura até completa oxidação, que deve levar cerca de 20 a 35 minutos até que a mistura

reacional se torne clara. Concluída a digestão, retirar com cuidado os frascos do bloco de

aquecimento e resfriar até a temperatura ambiente.

Continuação do experimento pelos alunos: Após a total digestão das amostras e resfriamento do tubo digestor, transferir,

quantitativamente, a solução do frasco digestor para um balão volumétrico de 100 mL.

Completar o volume até a marca com água destilada e homogeneizar. Pipetar 20,0 mL desta

solução e transferir para o frasco digestor.

Em um erlenmeyer de 125-150 mL, adicionar 20,0 mL de solução de ácido bórico.

Entregar para o técnico o tubo digestor e o frasco de erlenmeyer.

3.3.3- Destilação da amônia (etapa a ser realizada pelo técnico)

As instruções de montagem da aparelhagem para a destilação da amônia, serão

fornecidas no decorrer do trabalho. Pipetar 20,0 mL da amostra e transferir para o tubo de

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digestão. Em seguida serão adicionados 5,00 mL de solução alcalina de sulfeto de sódio.

Cuidadosamente, adicionar à mistura, 10,0 mL de solução concentrada de NaOH. Essa

quantidade é suficiente para neutralizar todo o H2SO4 presente e ainda garantir um excesso de

base. Em seguida conectar a entrada de vapor, fechar todas as ligações com cuidado de modo

a evitar qualquer vazamento. Ligar o sistema de geração de vapor, e destilar por cerca de 30

minutos para garantir que toda amônia foi transferida e recolhida num erlenmeyer contendo

20,0 mL de solução resfriada de ácido bórico já contendo 3-5 gotas do indicador misto.

Lembre-se de colocar a saída do condensador imersa na solução fria do ácido bórico.

Desligar o gerador de vapor, e lavar a parte interna do condensador com alguns

mililitros de água destilada, obviamente recolhendo as águas de lavagem no frasco coletor.

Retire e lave a ponta do condensador com um pouco de água destilada para não perder

solução de ácido bórico, e evitar resultados errôneos.

3.3.4- Titulacão de retorno (realizada pelos alunos)

Após a destilação da amônia e coleta da mesma no erlenmeyer contendo o ácido

bórico, este será devolvido pelo técnico a cada grupo. Os alunos devem continuar o

procedimento, através da realização de uma titulação.

Titular todo o conteúdo do erlenmeyer com a solução padronizada de ácido clorídrico

e observar o ponto de equivalência. O ponto de equivalência será indicado pela mudança da

coloração de verde para violeta. Proceder cuidadosamente, para evitar colocar excesso de

titulante à solução. Quando perceber que o ponto final está próximo, adicionar o titulante

gota-a-gota, sempre mantendo boa homogeneização.

4- Resultados

Calcular a porcentagem de nitrogênio total na amostra.

5- Referências Bibliográficas

1. I. M. Kolthoff et aI., Quantitative ChemicaI AnaIysis, Macmillan, 2nd ed., New York,1969

2. A. I. Vogel, Textbook of Quantitative Inorganic AnaIysis, 4th ed., revised by, J. Basset, R.

C. Denney, G. H. Jeffery and J. Mendham, Longman, London, 1978. (Existe edição em

português pela editora Guanabara Dois)

3. D. A. Skoog & D. N. West, Fundamentais of Analytical Chemistry, Holt, Rinehart &

Winston Inc., New York, 1963. (Existe edições em castelhano).

4. G. H. Ayres, Analisis Químico Cuantitativo, Harbra, Madrid, 1970.

5. D. J. Pietrzyk & C. W. Frank, AnaIyticaI Chemistry, 2nd. ed., Academic Press,

New York, 1979.

6. Skoog. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R., Fundamentos de Química Analítica,

Thomson, São Paulo, 2004

7. Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. J. K., Análise Química

Quantitativa, LTC Editora, Rio de Janeiro, 2002.

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EXPERIMENTO 03: ESPECTROFOTOMETRIA MOLECULAR NA REGIÃO DO

VISÍVEL: DETERMINAÇÃO DE MANGANÊS EM UMA LIGA

METÁLICA

1- Objetivos

Determinação de Mn em uma amostra de prego por espectrofotometria molecular na região do

visível.

2- PARTE EXPERIMENTAL

2.1- Comentário sobre o método de determinação

Geralmente o manganês está presente no aço em quantidades pequenas (< 1 ou 2%),

mas com o método espectrofotométrico, podemos determiná-lo com precisão.

O periodato (como sal de sódio ou potássio) é um forte agente oxidante e pode

converter o Mn(II) e Mn(VII), para a determinação espectrofotométrica, através da reação

2Mn2+ +5IO4 - + 3H2O → 2MnO4

- + 5IO3 - +6H+

Íons coloridos como o cobre, cobalto e níquel podem causar interferências na medida

da absorbância da solução púrpura de permanganato, mas são corrigidas pela medida da

absorbância de uma amostra em branco. O branco contém todos os reagentes e tem como

função subtrair a contribuição dos reagentes ou dos interferentes nas determinações.

2.2- Material

- 1 frasco de Béquer de 100,0 ml - 1pipeta volumétrica de 5,0 ml - 1 espátula

- espectrômetro - 2 balão volumétrico de 100,0 ml

- cubetas espectrofotométricas - papel absorvente fino -

chapa aquecedora

2.3- Reagentes e soluções

- solução de ácido nítrico 1:3 - solução de ácido fosfórico a 85% - periodato

de potássio

2.4- Parte experimental

2.4.1- Preparação da solução padrão de manganês (esta solução já estará pronta) Pesar aproximadamente 0,0100g de manganês metálico (>99,9% de Mn) e dissolvê-lo

em 10,0 mL de solução de ácido nítrico 1:1. Aquecer a solução para remover os óxidos de

nitrogênio, transferir para um balão volumétrico de 100,0 mL e diluir até o menisco com água

destilada.

2.4.2- Preparação da amostra

Pesar uma amostra de aproximadamente 0,5000 g de aço e transferir-las para frasco de

Béquer de 100,0 ml. Adicionar 50,0 ml de solução de ácido nítrico 1:3 e aquecer para

mineralizar. Manter em aquecimento durante alguns minutos para expelir os óxidos de

nitrogênio. Adicionar, cuidadosamente, 1,0g de persulfato de amônio e aquecer brandamente

por 10 a 15 minutos para oxidar compostos de carbono e destruir o excesso de persulfato.

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Resfriar a solução e transferi-la para balão volumétrico de 100,0 ml, completar o volume com

água destilada e homogeneizar.

Transferir 1 alíquota de 25,0 ml da solução contendo a amostra mineralizada para 1

frasco de Béquer numerado: Abancada. Adicionar 5,0 ml de solução de ácido fosfórico a 85%.

Adicionar 0,25g de KIO4 à alíquota do béquer, aquecer até ebulição e mantê-la brandamente

por 10 minutos. Resfriar a solução e transferi-la para um balão volumétrico de 100 ml e

completar o volume com água destilada homogeneizando. Medir a absorbância dessa solução

em cubeta de 1,0 cm a 545nm.

3- Resultados:

3.1- Determinar a percentagem do manganês na amostra por meio da interpolação da

absorbância da amostra em uma curva de calibração fornecida pelo professor.

4. Referências bibliográficas:

SKOOG, A.S.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J. " Analytical Chemistry-An Introduction"- 6a ed.,

Saunders, Chicago, 1994.

CHRISTIAN, G. -"Analytical Chemistry", Willey, 5a ed., New York, 1994.

VOGEL, A.I., BASSEAT et al; “Vogel: Análise Inorgânica Quantitativa"; Guanabara Dois,

Rio de Janeiro (1992).

EWING, G. W. "Métodos Instrumentais de Análise Química"; Ed. Blucher Ltda, São Paulo

(1972), cap. 3.

PETERS, D.G.; HAYES, J.M. and HIEFTJE, G.M.; "Chemical Separations and

Measurements; Saunders Co., Filadelfia, (1974), Cap.18.




LTC Editora, Rio de Janeiro, 2002.

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EXPERIMENTO 04: VOLUMETRIA DE ÓXIDO-REDUÇÃO - DETERMINAÇÃO

IODOMÉTRICA DE CLORO EM ALVEJANTES


- Volumetria de oxi-redução

- Balanceamento de reações de oxi-redução

2. Introdução

A volumetria de óxido-redução ou redox é um método analítico que faz uso das

reações de oxi-redução na titulação de analitos com propriedades oxidantes ou redutoras.

Um exemplo de volumetria de óxido-redução de interesse tecnológico é a determinação de

cloro-ativo em alvejantes. O constituinte ativo nas soluções de alvejantes industriais e

domésticos é o íon hipoclorito, OCl-. Os alvejantes sólidos, normalmente na forma granulada,

consistem essencialmente de uma mistura de hipoclorito de cálcio, Ca(OCl)2 e cloreto básico

de cálcio, CaCl2.Ca(OH)2.H2O. Um pouco de CaO normalmente é encontrado nessas

formulações. Por outro lado, as soluções preparadas com hipoclorito de sódio, NaOCl, contêm

NaOH e NaCl como estabilizantes.

O poder alvejante e oxidante em produtos alvejantes sólidos ou na forma de soluções é

expresso em termos da porcentagem e massa de cloro-ativo, o que significa a massa em

gramas de cloro, Cl2, que pode ser liberado por 100 g da amostra sob ação de HCl diluído.

O íon hipoclorito reage com solução diluída de ácido clorídrico produzindo cloro gasoso

de acordo com a equação química:

OCl-(aq) + 2H+

(aq) + Cl-(aq) Cl2(aq) + H2O(l)

Assim, uma vez determinado o teor do íon hipoclorito pelo método iodométrico calcula-se

a, pela relação estequiométrica baseada na equação química acima, concentração do

componente ativo na amostra em termos da porcentagem em massa de cloro-ativo.

Os alvejantes sólidos comerciais de boa qualidade, contêm cerca de 36-38% de cloro-

ativo. Já as soluções de uso doméstico como, por exemplo, as bem conhecidas águas

sanitárias, possuem de 2,0 a 2,5% em massa de cloro-ativo.

Esta forma de expressar a atividade alvejante em termos do teor percentual de cloro-ativo,

já se tornou corriqueira e está normalizada como padrão de qualidade de alvejantes a base de

hipoclorito.

O hipoclorito em meio ácido oxida quantitativamente o íon iodeto a iodo:

OCl-(aq) + 2I-

(aq) + 2H+(aq) I2 (aq) + Cl-

(aq) + H2O(l)

E este, por sua vez, é dosado por titulação com solução padronizada de tiossulfato de sódio,

Na2S2O3:

2 S2O32-

(aq) + I2 (aq) S4O62-

(aq) + 2I-(aq)

O amido é um indicador bem conhecido e é usado nas titulações redox envolvendo o iodo.

O amido forma um complexo azul-escuro com o I2 e o ponto final da titulação é detectado

quando a cor da solução titulada muda de azul para incolor.

2. Objetivos

O objetivo deste experimento é determinar o teor de cloro-ativo em alvejantesoxidantes a

base de hipoclorito.

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3. Parte Experimental

Com o uso de uma pipeta volumétrica, transferir uma alíquota de 25,0 mL da amostra de

água sanitária para um béquer de 50 mL seco e previamente pesado. Determine a massa da

amostra.

Em seguida, transferir quantitativamente a amostra de água sanitária para um balão

volumétrico de 100 mL, completar o volume com água destilada e homogeneizar a solução.

Em um erlenmeyer de 150 mL adicionar: 30,0 mL de água destilada, 10,0 mL de KI 5,00%

(mv) e 10,0 mL (com pipeta volumétrica) da solução da amostra. Em seguida, com uma

pipeta graduada ou proveta, adicionar 5 mL de ácido acético glacial, homogeneizar e iniciar a

titulação com solução padronizada de Na2S2O3 (anote a concentração real) até a solução se

tornar levemente amarelada. Neste ponto, adicione 5 gotas da solução de amido 1% (mv).

Continue a titulação gota-a-gota até o desaparecimento da coloração azul do complexo iodo-

amido (a solução fica incolor). Anote o volume de equivalência.

Efetue mais duas determinações procedendo exatamente da mesma maneira, lembrando-se

de adicionar a solução de ácido acético glacial somente no momento da titulação.

4. Resultados

Com base nos dados obtidos, determine: (a) a densidade da amostra em gmL e (b) as

porcentagens em massa, % (mm), e em volume, % (mv) de cloro-ativo na amostra de

alvejante.

5. Referências Bibliográficas

Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R., Fundamentos de Química Analítica,

São Paulos: Thomson, 2004.

Harris, C. D. Análise Química Quantitativa, LTC Editora, Rio de Janeiro, Tradução:

Bonapace, J. A. P. e Barcia, O. E. 2005.


Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2002.

Baccan, N.; Andrade, J. C.; Godinho, O. E. S.; Barone, J. S., Química Analítica Quantitativa

Elementar, Editora Edgard Blücher LTCA, São Paulo, 2001.

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EXPERIMENTO 05: VOLUMETRIA DE PRECIPITAÇÃO – DETERMINAÇÃO DE

CLORETO EM SORO FISIOLÓGICO (MÉTODO DE MOHR)


- Volumetria de precipitação - Kps

2. Introdução

Os métodos de precipitação são baseados em reações de formação de compostos

pouco solúveis. As reações de precipitação devem satisfazer as condições gerais para que

possam ser utilizadas como base do método volumétrico: (1) A reação de precipitação deve

processar-se praticamente de forma quantitativa no ponto de equivalência, (2) completar-se

em tempo relativamente curto e (3) oferecer condições para uma conveniente sinalização do

ponto final. Em relação ao grau com que se completa, a reação pode ser estudada com base no

produto de solubilidade do composto formado. Na prática, tais condições limitam muito o

número de reações de precipitação utilizáveis. Muitas delas não podem servir em virtude da

carência de meios apropriados para a localização do ponto final.

Os métodos titulométricos de precipitação são numerosos e os métodos

argentimétricos são os mais comuns. Estes métodos utilizam soluções de nitrato de prata para

a determinação de haletos e outros ânions que formam sais de prata pouco solúveis.

Na determinação do ponto final da titulação podem ser utilizados indicadores

relativamente específicos, isto é, apropriados para uma dada reação de precipitação. Na

análise titulométrica, em geral, a variação das concentrações dos íons reagentes em torno do

ponto de equivalência depende grandemente do grau em que se completa a reação. Os fatores

que determinam essa questão são o produto de solubilidade do precipitado e as concentrações

dos reagentes.

O ponto final nas titulações de precipitação pode ser determinado de duas formas:

a) formação de um composto colorido (método de Mohr): esse método se aplica à

determinação de cloreto (ou brometo) utilizando cromato de potássio como indicador. O

cloreto é titulado com solução padrão de nitrato de prata. Um sal solúvel de cromato é

adicionado como indicador. No ponto final da titulação, os íons cromato reagem com os íons

prata para formar cromato de prata pouco solúvel, de cor vermelha, de acordo com a reação:

2Ag+(aq) + CrO4

2-(aq) Ag2CrO4(s)

A concentração do indicador é importante e o Ag2CrO4 deve justamente começar a

precipitar no ponto de equivalência, quando se tem uma solução saturada de AgCl. A titulação

de Mohr deve ser efetuada em pH ao redor de 8,0. Se a solução for muito ácida (pH < 6,0),

parte do indicador estará presente como HCrO4- e mais Ag+ será necessário para formar o

precipitado. Acima de pH 8,0 pode precipitar hidróxido de prata (pH 10,0). O pH pode ser

convenientemente mantido pela adição de carbonato de cálcio sólido à solução. A titulação de

Mohr é utilizada para determinar cloreto em soluções neutras ou não tamponadas, como por

exemplo, a água potável.

b) utilização de indicadores de adsorção (Método de Fajans): a ação desses indicadores se

deve ao fato de, no ponto de equivalência, o indicador ser adsorvido pelo precipitado,

ocorrendo mudança de cor. As substâncias empregadas podem ser corantes ácidos ou básicos

como, por exemplo, a fluoresceína, a eosina e a rodamina.

3- Objetivos

O objetivo deste experimento é determinar a concentração de cloreto de sódio em uma

amostra de soro fisiológico comercial utilizando o método de Mohr.

12

4- Parte experimental

4.1- Material

- Bureta de 25,00 ou 50,00 mL; - Pipeta volumétrica de 25,00 mL;

- Balão volumétrico de 100,0 mL; - Pipeta volumétrica de 10,00 mL;

- Erlenmeyer de 200 mL;

4.2. Reagentes e Soluções

- Solução de nitrato de prata (AgNO3, P. M. = 169,87) 0,1000 mol/L (esta solução estará

previamente padronizada e os alunos DEVERÃO ANOTAR A CONCENTRAÇÃO

REAL);

- Solução do indicador de cromato de potássio (K2CrO4, P. M. = 194,2) 5% (m/v);

- Solução de soro fisiológico

4.3- Procedimento Experimental

Pipetar 25,00 mL do soro fisiológico e transferir o volume para um balão volumétrico

de 100,0 mL. Completar o volume com água destilada, homogeneizar a solução, pipetar 10,00

mL do soro diluído e transferir o volume para um erlenmeyer. Adicionar 1,00 mL do

indicador de cromato de potássio e titular com a solução de nitrato de prata, previamente

padronizada. Anotar o volume gasto na titulação. Repetir o mesmo procedimento duas vezes.

5. Resultados

Com base no volume gasto na titulação, calcule a porcentagem de cloreto no soro

fisiológico e compare o resultado obtido com aquele informado no rótulo do produto.

6. Referências Bibliográficas

Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. J. K.. Análise Química Quantitativa,

Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2002.

Skoog, D. A.; West, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. R., Fundamentos de Química Analítica,

São Paulo: Thomson, 2004.



13

EXPERIMENTO 6 (demonstrativo): ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO

1. Introdução

A espectroscopia no infravermelho tem se tornado uma das técnicas mais importantes

para a caracterização de polímeros, no que diz respeito à sua natureza física e química. Esta

técnica apresenta grandes vantagens, como, por exemplo, a possibilidade de obtenção de um

grande número de dados extraídos com rapidez. Desde que estes dados sejam adequadamente

interpretados e tratados, poderão permitir análises qualitativas e quantitativas a respeito do

material analisado. Por outro lado, as dificuldades mais frequentemente encontradas na

utilização desta técnica estão relacionadas a:

i) A preparação da amostra;

ii) A concentração de cada componente investigado deve ser compatível com a

sensibilidade e o limite de detecção da técnica;

iii) A natureza da análise pretendida;

iv) A interpretação do resultado gerado;

v) A necessidade do estabelecimento de curvas de calibração, muitas vezes

imprescindível em análises quantitativas.

Do espectro de infravermelho é possível obter informações qualitativas e quantitativas

acerca dos seguintes detalhes estruturais da amostra:

1) Natureza química: unidade estrutural de polímeros, tipo e grau de ramificações de

amostras orgâncicas, finais de grupo, aditivos de polímeros, impurezas, etc.

2) Ordem “estérica”: isomerismo cis-trans, estereoregularidade.

3) Ordem conformacional: ordenamento físico de cadeias de polímeros.

4) Ordem de estado: cristalino, mesomórfica e fase amorfa; número de cadeias por

cela unitária, forças intermoleculares, espessura lamelar.

5) Orientação: tipo e grau de alinhamento preferencial de cadeias de polímeros e

grupos laterais em matérias anisotrópicos.

Independente do objetivo de análise por espectroscopia no infravermelho, esta deve

ser complementada com outra técnica. Existem inúmeras técnicas complementares indicadas à

espectroscopia no infravermelho, entre as quais podemos mencionar: ressonância magnética

nuclear (RMN ou NMR), do próton ou do hidrogênio (RMN-1H) e do carbono 13 (RMN- 13C); análises térmicas, cromatografia gasosa (CG), cromatografia líquida de permeação em

gel (GPC) e microscopia ótica.

Algumas destas técnicas de caracterização podem ser acopladas aos modernos

instrumentos de infravermelho, permitindo medidas de espectros de infravermelho

simultâneas a outros procedimentos químicos ou analíticos.

A técnica de infravermelho detecta a absorção de energia em função do comprimento

de onda da radiação incidente. Este processo ocorre no caso do infravermelho quando a

vibração molecular resulta em uma mudança no momento de dipolo como consequência de

uma mudança na distribuição eletrônica da ligação entre os átomos da molécula. Pode-se

estimular as transições entre níveis de energia através da interação com radiação

eletromagnética de frequência apropriada.

Quando as moléculas absorvem radiações na região do infravermelho, esta energia é

suficiente apenas para excitar seus estados rotacionais e vibracionais, e a relaxação desta

energia se dá na forma de calor que é transferido para a vizinhança.

O objetivo desta prática é caracterizar material polimérico, por meio da interpretação

e da atribuição de suas principais bandas na região do infravermelho.

14


2.1- Material

- amostra de polímero

- espectrofotômetro de infravermelho.


Siesler, H. W..; Holland-Moritz, K. Infrared and Raman Spectroscopy of Polymers. Marcel

Dekker, Inc. New York, 1980.

Campbell, D.; White, J. R. Polymer Characterization- Physical Techniques. Chapman and

Hall, 1989.

Agnelli, J. A. M.; Canevarolo, S. V.; Rosalini, A. C. Espectroscopia no Infravermelho.

15

EXPERIMENTO 07: DETERMINAÇÃO DE ÁCIDO ACÉTICO EM AMOSTRA DE

VINAGRE POR POTENCIOMETRIA

1- Introdução:

Um exemplo de aplicação do método potenciométrico de análise, pode ser a

determinação de acidez de diferentes tipos de amostras, como por exemplo, soluções de ácido

acético.

O ácido acético (HAc) é um ácido orgânico fraco de Ka = 1,8 x 10-5, que em água se

dissocia parcialmente gerando os íons acetato (Ac-) e o próton H+ (forma simplificada de

H3O+), segundo a reação:

H++H3C C

O

OH

H3C C

O

O-

H++H3C C

O

OH

H3C C

O

OH

H3C C

O

O-

H3C C

O

O-

Este ácido é utilizado amplamente na indústria química na forma de ácido acético

glacial (densidade 1,053 e 99,8% peso/peso; 3,5 a 8% peso/volume), como vinagre, ou na

forma de soluções diluídas de diferentes concentrações. A legislação brasileira define o

vinagre como o produto da fermentação acética do vinho e deve conter acidez volátil mínima

de 40 g/L (4%), expressa em ácido acético e máxima de 8%. Os vinagres mais comuns,

comercializados no Brasil são provenientes de sucos de frutas, como uva e maça, ou obtidos a

partir do álcool. Sua composição é bastante complexa, contendo outros ácidos, éteres, ésteres,

corantes naturais, sais minerais, etc., dependendo da matéria prima de partida.

Em uma titulação potenciométrica, as variações no potencial de uma célula galvânica

são observadas em função da quantidade do titulante adicionado. Esta técnica oferece uma

série de vantagens com relação a outros métodos de determinação do ponto de equivalência.

Por exemplo, em sistemas que se apresentam intensamente coloridos, o método visual de

determinação do ponto final impede a observação da transição de cor de um indicador. Além

disso, é desnecessária a utilização de um branco como referência, caso da espectrofotometria

UV-Vis (molecular). O equipamento necessário para conduzir uma titulação potenciométrica

é relativamente simples, como mostra o esquema da Figura 1. Em titulações ácido-base

normalmente se utiliza um eletrodo combinado de vidro (caso da Figura 1), substituindo os

eletrodos indicador e de referência. O instrumento é constituído de um pHmetro, uma célula

de titulação, uma bureta contendo o titulante padrão e um eletrodo. Para manter uma agitação

eficiente e contínua da solução, utiliza-se um agitador magnético.

Normalmente, o titulante pode ser adicionado rapidamente no início da titulação, até

80-85% do volume requerido para atingir o ponto de equivalência. A partir deste volume, até

ultrapassar o ponto de equivalência, o titulante deve ser adicionado em pequenos incrementos

e, após cada adição, aguarda-se o tempo suficiente para atingir o equilíbrio, a fim de permitir

que o potencial do eletrodo indicador se mantenha razoavelmente constante. Em seguida,

volta-se a adicionar maiores volumes de titulante. Para a determinação dos pontos de

equivalência, uma titulação prévia deve ser conduzida, com o objetivo de se conhecer a partir

de qual volume de titulante os incrementos deverão ser menores e de mesma magnitude, até

ultrapassá-lo.

16

Agitador magnético

Béquer

contendo a

amostra

Bureta

Barra

agitadora

Eletrodo de

vidro

6,98

pHmetro

Agitador magnético

Béquer

contendo a

amostra

Bureta

Barra

agitadora

Eletrodo de

vidro

6,98

pHmetro

Figura 1: Esquema dos equipamentos básicos para uma titulação potenciométrica.

2- PARTE EXPERIMENTAL:

2.1- Materiais:

- 2 béqueres de 100,0 mL

- 1 pipeta volumétrica de 3,0 mL

- 1 agitador magnético e barra magnética

- 1 bureta de 25,0 mL- 1 pHmetro

- 1 eletrodo de vidro

- papel absorvente

2.2- Reagente e Soluções:

- Solução Padronizada de hidróxido de sódio (0,1000 mol/L)

- Amostra de Vinagre comercial

- água destilada

3- Preparo e Padronização da Solução de NaOH: (essa solução já estará preparada).

Pesar 1,00 g de NaOH e transferir para um béquer de 100 mL. Dissolver o hidróxido

com água destilada e transferir a solução para balão volumétrico de 250 mL. Completar o

volume do balão volumétrico com água destilada. Em seguida, pesar uma massa de ftalato

ácido de potássio necessária para padronizar a solução de NaOH 0,10 mol/L. Transferir para o

erlenmeyer de 125 mL, dissolver com 25 mL de água destilada e adicionar 3 gotas de

indicador fenolftaleína. Titular com a solução de NaOH até a viragem do indicador.

3.2.- Titulação Potenciométrica da acidez do vinagre.

Montar o sistema apresentado na Figura 1. O eletrodo e o potenciômetro são

instrumentos delicados, que exigem manuseio cuidadoso tanto durante a montagem, quanto

durante o experimento.

17

Transferir com uma pipeta volumétrica 3,0 mL da solução (amostra de vinagre) a ser

titulada para um béquer de 100 mL. Diluir com 40,0 mL de água destilada e acoplar ao

sistema potenciométrico para titulação.

Efetuar a titulação adicionando a solução de NaOH 0,1000 mol/L (Anote a

concentração real), previamente padronizada, em intervalos, como a seguir:

De zero a 20,0 mL adicionar incrementos de 1,0 mL.

De 20,0 a 22,0 mL adicionar incrementos de 0,5 mL.


De 25,0 mL a 30,0 mL adicionar incrementos de 0,5 mL.


Para cada incremento de volume adicionado, anotar o pH registrado no equipamento.

4- Resultados:

a) Construir o gráfico de pH observado, em função do volume de titulante adicionado.

Faça também gráficos de primeira e segunda derivada.

b) Determinar pelo método de Gran, o ponto de equivalência referente à titulação.

c) Calcular a concentração e a porcentagem de ácido acético na amostra.

5. Referências Bibliográficas:

SKOOG, D. A. "Principles of Instrumental Analysis"- 3a ed., New York, Saunders, 1985.




LTC Editora, Rio de Janeiro, 2002.

Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Nieman, T. A., Principles of Instrumental Analysis, Saunders

College Publishing, Philadelphia, 1998.



18

EXPERIMENTO 08 (demonstrativo): “Differential Scanning Calorimetry” (DSC).

Material Suplementar para estudos (disponíveis na rede):

Marcelo Antonio de Oliveira, Maria Irene Yoshida, Elionai Cassiana de Lima Gomes,

Wagner da Nova Mussel, Cristina Duarte Vianna-Soares e Gérson Antônio Pianetti.

ANÁLISE TÉRMICA APLICADA À CARACTERIZAÇÃO DA SINVASTATINA EM

FORMULAÇÕES FARMACÊUTICAS. Quim. Nova, Vol. 33, No. 8, 1653-1657, 2010.

Marcelo Antonio de Oliveira, Maria Irene Yoshida e Elionai Cassiana de Lima Gomes.

ANÁLISE TÉRMICA APLICADA A FÁRMACOS E FORMULAÇÕES

FARMACÊUTICAS NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA. Quim. Nova, Vol. 34, No. 7,

1224-1230, 2011.

Texto elaborado por Guilherme V. Rodrigues e Otávio Marchetto (Prof. Paulo A. P.

Wendhausen). Análises Térmicas. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA

CATARINA. DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA. CURSO DE

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS. CARACTERIZAÇÃO DE

MATERIAIS III. 47 páginas.

19

EXPERIMENTO 09 (demonstrativo): MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE

VARREDURA (MEV)

1. Introdução

A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) é uma técnica utilizada para análises

de amostras não transparentes a elétrons (condutoras de elétrons). A MEV é comumente

utilizada para a análise de materiais tecnológicos, tais como, polímeros, metais, cerâmicas,

entre outros. Por meio da MEV pode-se analisar a morfologia do material de interesse com

resolução maior que a de um microscópio ótico comum. O princípio da técnica se fundamenta

na incidência de um feixe de elétrons de alta energia em um determinado ponto da amostra, o

que causa emissão de elétrons com grande espalhamento de energia. Estes elétrons são

coletados e amplificados para fornecer um sinal elétrico. Informações topográficas são obtidas

utilizando-se elétrons de baixa energia (da ordem de 50 eV), e informações sobre número

atômico ou orientação cristalográfica são obtidas utilizando-se elétrons de alta energia.

A interação de um feixe de elétrons de alta energia com a superfície da amostra resulta

na emissão de elétrons e raios-X com uma faixa de distribuição de energia e, em alguns casos,

com emissão de radiação catodoluminescente que possui menor energia de raios-X. Os

elétrons gerados pela interação do feixe primário com a amostra podem ser divididos em três

tipos: retroespalhados, secundários e Auger. Elétrons retroespalhados podem ser emitidos

devido a espalhamento elástico, a espalhamento de plasmons (oscilações coletivas e

quantizadas dos elétrons da banda de condução) ou transições interbandas e espalhamento

inelástico. Elétrons espalhados elasticamente saem basicamente com a mesma energia que o

raio incidente, enquanto que os espalhados inelasticamente geralmente sofrem várias

interações de espalhamento e saem da amostra com um espectro de energia menor que a

energia do feixe. As oscilações de plamons e as transições de elétrons da amostra entre

diferentes bandas de energia requerem uma quantidade de energia específica para provocar

espalhamento de elétrons, a qual difere de elemento para elemento e algumas vezes difere

também se os elementos estão presentes como elementos puros ou ligados a outros elementos.

Quando um elétron de uma camada interior de um átomo é arrancado por um elétron

de alta energia (do feixe primário), o átomo pode retornar ao seu estado de energia original

com movimentação de um elétron de uma camada mais externa para a camada interior

vacante. Neste processo, existe liberação de energia, que é acompanhada ou pela emissão de

um fóton ou pela emissão de outro elétron da camada mais externa. A emissão de fóton

resulta no espectro característico de raios-X e a emissão de elétrons é conhecida como efeito

Auger. Também neste caso, as energias tanto do fóton como do elétron emitidos são

características dos elementos que os gerou, possibilitando a obtenção de informações das

características químicas do material. Elétrons secundários são os mais importantes para a

formação da imagem de MEV. São elétrons de baixa energia e são formados pela excitação de

elétrons fracamente ligados ao núcleo, devido à interação com elétrons primários ou elétrons

espalhados de qualquer tipo, de alta energia, passando próximo à superfície.

A imagem observada em um MEV resulta da variação de contraste que ocorre quando

o feixe se move de ponto a ponto sobre a superfície da amostra. Variações de sinal detectado

de diferentes pontos podem ocorrer devido à variação do número de elétrons emitidos da

superfície, ou devido à variação do número de elétrons que atingem o detector. Entre os tipos

de contraste que podem ser observados devido à emissão de elétrons secundários ou

retroespalhados podem ser mencionados o contraste topográfico e o de número atômico. O

contraste topográfico pode ser obtido de superfícies contendo relevo, utilizando-se tanto

elétrons retroespalhados como elétrons secundários, uma vez que a geração desses tipos de

elétrons é fortemente dependente do ângulo de coleta dos elétrons emitidos. Variações

localizadas do ângulo de inclinação da superfície podem impedir alguns elétrons de atingir o

20

coletor, sendo esse efeito mais acentuado para elétrons retroespalhados cujas trajetórias são

pouco afetadas por um potencial de 200 V no detector.

Contraste de número atômico ocorre porque a quantidade de emissão correspondente a

elétrons de alta energia (acima de 100 eV) aumenta linear e rapidamente com o número

atômico até Z = 45 e depois mais lentamente para os elementos mais pesados. Deste modo, é

possível utilizar imagens de elétrons retroespalhados para detectar diferenças de composição

caso estas diferenças resultem em diferentes números atômicos. Contraste de números

atômicos permite, sob condições ideais, distinguir elementos de números atômicos adjacentes

até Z = 20. O objetivo desta prática é analisar a morfologia de uma amostra com o emprego

de um microscópio eletrônico de varredura.


- Amostra (será fornecida pelo CCDM-DEMA)

- Microscópio eletrônico de Varredura (Localizado no CCDM-DEMA)


Goldstein, J. I.; Newbury, D. E.; Echlin, P.; Joy, D. C.; Romig Jr., A. D.; Lyman, C. E.; Fiori,

C.; Lifshin, E. Scanning Electron Microscopy and X-Ray microanalysis, 2nd edition,

Plenum Press, New York, 1992.

Kestenbach, H. J.; Botta Filho, W. J. Microscopia Eletrônica de Transmissão e Varredura –

ABM, São Paulo, 1989.

Skoog, D. A.; Holler, F. J.; Nieman, T. A., Principles of Instrumental Analysis, Philadelphia,

Saunders College Publishing.

Download - Roteiros Exp Quim Analitica Exp IISem_2015 [593260]

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