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  • Qumica Analtica

    EQUILIBRIO QUIMICO

    Genilson Pereira Santana

    Departamento de Qumica

    Universidade Federal do Amazonas

    25 de fevereiro de 2004

  • c 2004 by Genilson Pereira Santana

    Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicacao pode ser

    reproduzida sem a autorizacao escrita e previa dos detentores do copyright

    Impresso no Brasil

    Ficha catalografica

    Santana, Genilson Pereira

    Xxxxx Qumica Analtica( Equilbrio Qumico)

    ISBN:xx-xxxx-xxx-x

    Conteudo: xxx,xxx.

    XXX

    XXX

    Capa: XXXXXXXXXXXX

    Revisao lingustica: XXXXXXXXXXXXXXXXXX

    Fax (0xx92)647 4035

    E-mail:xx@xxx,

    Prof. Genilson Pereira Santana

    Departamento de Qumica - UFAM

    (69077-000)Manaus - AM - Brasil

    E-mail:gsantana@ufam.edu.br

  • Dedico este livro a Luana com muito amor e carinho

    A Dona Zefa pela dedicacao e amizade

    Ao Sr. Geni pela amizade e experiencia de vida

    A kekeu minha pequena irma, sempre

    Aos eternos alunos e amigos

    Pio, Tereza Cristina, Wamber, Flavio, Jorge,

    Joab, Andreia, Nvea, Edson, Cristine, Karime, Josias, Rebecca

  • A aprendizagem, ao contrario de como e normalmente percebida, nao

    consiste na assimilacao de conteudos fornecidos pelo meio. Para que este

    processo exista, e necessario o desequilbrio interno, que prova a busca

    assimilativa no meio externo e que, encontrando resistencias do objeto,

    leva o sujeito, naturalmente assimilador (lei do menor esforco), a

    proceder a`s necessarias transformacoes internas, entrando em novo

    equilbrio com o meio.

    Adriana de Oliveira Lima

  • Prefacio

    A inspiracao para escrever este livro foi devido a` falta de referencias

    bibliograficas em portugues na area de qumica analtica, especialmente,

    equilbrio qumico. A importancia de conhecer a teoria dos equilbrios

    qumicos se deve ao fato de que eles podem ser utilizados para o entendi-

    mento de diversos aspectos da nossa vida cotidiana e estudos cientficos mais

    apurados.

    Ao pensamos como Samuel Johnson em The Life of Samuel Johnson

    escrito por James Boswell: Nada e pequeno demais para uma criatura tao

    pequena quanto o homem. E mediante o estudo das pequenas coisas que

    alcancamos a grande arte de termos o mnimo de desgracas e o maximo

    de felicidades possveis, teremos condicoes de entender diversas reacoes

    complicadas que ocorrem ao nosso redor.

    Por exemplo, o aparecimento da vida na Terra segundo a ciencia ocor-

    reu na agua atraves de uma reacao qumica, que apos algum tempo entrou

    em equilbrio. O meio ambiente, que e considerado hoje como uma das

    principais preocupacoes da humanidade, tem, na determinacao das especies

    qumicas dos elementos em sistemas aquaticos, por especiacao, uma das

    formas de avaliacao da toxidade dos diversos contaminantes na natureza.

    As reacoes de oxi-reducao, usadas na protecao de diversos materiais

    5

  • da corrosao, conservacao de alimentos, processos de desintoxicacao, etc. en-

    contram na teoria dos equilbrios qumicos uma explicacao para os diversos

    produtos formados e nao formados. Na medicina, a cura de alguns tipos

    de doencas tambem encontra muitas explicacoes nos equilbrios. Por ex-

    emplo, o tratamento da doenca de Wilson, que e causada pelo acumulo de

    cobre nas celulas do cerebro, pode ser feito com o uso do Na2CaEDTA. O

    funcionamento desta droga e baseado em uma reacao de complexacao.

    Outro fato importante para que nos investssemos praticamente tres

    anos no projeto de compilar uma obra sobre os equilbrios foi atender aos

    anseios de minhas turmas de Qumica Analtica F e Qumica Analtica

    Avancada (UFAM - Universidade Federal do Amazonas), que, segundo os

    meus alunos a qumica analtica passava a ser melhor compreendida, quando

    nos utilizavamos uma linguagem baseada em diversos exemplos.

    Assim sendo, este livro foi escrito tendo uma parte teorica, seguida na

    medida do possvel de exemplos, uma parte historica e situacoes descritas

    na literatura sobre fenomenos e aplicacoes dos equilbrios qumicos. Tentou-

    se com isso dar ao aluno uma ferramenta importante na compreensao dos

    equilbrios e sua aplicacao em algumas ciencias.

    A organizacao do livro foi baseada nas necessidades dos alunos. At-

    ualmente, as universidades vem recebendo alunos na area de qumica, cujo

    preparo nao condiz com o nvel necessario ao bom desenvolvimento de um

    curso superior. Entao, pensamos primeiramente em fundamentar o aluno

    com uma revisao dos conceitos fundamentais.

    Neste captulo especificamente sao tratados os conceitos de mol, con-

    ceitos de soluto solvente, expressao dos resultados etc. Este captulo e

    dispensavel para aquele aluno que ja possui uma boa base do ensino medio.

    Inicialmente pensamos em adicionar esse captulo no apendice. Mas nossa

  • experiencia didatica nos ensinou ao longo do tempo que poucos alunos se

    interessam por apendices.

    No segundo captulo e que se comeca o assunto equilbrio de forma

    mais sistematica. Sao abordados conceitos sobre o que sao reacoes qumicas

    e equilbrio, sendo inseridos o principio de Le chatelier, equilbrio termodi-

    namico, fatores que afetam os equilbrios e um pouco da historia dos mes-

    mos.

    No terceiro captulo a agua e destacada dada a sua importancia como

    solvente nos diversos equilbrios que ocorrem na face da Terra. Talvez sem

    esse solvente universal nao haveria os equilbrios que nos conhecemos hoje.

    No quarto captulo, e mostrado um metodo para a compreensao dos

    equilbrios qumicos. A proposta e tentar ensinar ao aluno a pensar como

    um qumico, fato que e pouco ensinado nas escolas brasileiras. A arte de

    resolver problema vem diminuindo ao longo dos anos, principalmente devido

    a`s facilidades encontradas no mundo das comunicacoes.

    No quinto capitulo, inicia-se a teoria dos equilbrios qumicos como e

    mostrada em livros tradicionais, sendo mostrados os acidos e bases fortes.

    Nos captulos seis e sete, sao abordados os acidos e bases fracas e os acidos

    poliproticos.

    Nos capitulos oito, nove e dez, sao apresentadas as teorias de equilbrio

    de solubilidade, complexos e oxi-reducao, respectivamente. No livro, exis-

    tem quatro apendices e algumas respostas dos exerccios.

    O Autor

  • Sumario

    1 Uma Revisao dos conceitos fundamentais 1

    1.1 Mol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

    1.2 Soluto e solvente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

    1.3 Concentracao em unidades fsicas . . . . . . . . . . . . . . . 3

    1.4 Concentracao em mol L1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    1.5 Diluicoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    1.6 Percentagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    1.7 Partes por milhao e parte por bilhao . . . . . . . . . . . . . 7

    2 As reacoes qumicas 13

    2.1 Equilbrios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

    2.2 Lei da acao das massas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

    2.3 Estudo cinetico do equilbrio qumico . . . . . . . . . . . . . 21

    9

  • 2.4 Equilbrio e Termodinamica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

    2.5 Fatores que afetam o equilbrio . . . . . . . . . . . . . . . . 26

    2.6 Exercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

    3 A agua como solvente 33

    3.1 O produto ionico da agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

    3.2 O pH da agua pura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

    4 Metodo para estudar equilbrios 45

    4.1 A logica das Aproximacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

    4.2 O balanco de massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

    4.3 Balanco de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

    5 Acidos e bases fortes 55

    5.1 Acidos e bases fortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

    5.2 Mistura de acidos fortes com bases fortes . . . . . . . . . . . 63

    5.3 Curvas de titulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

    5.4 Erro da titulacao entre um acido forte e base forte . . . . . . 66

    5.5 Exercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

    6 Acidos e bases fracos 79

  • 6.1 Calculo de pH de um acido fraco . . . . . . . . . . . . . . . 80

    6.2 Grau de dissociacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

    6.3 Diagrama de Sillen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

    6.4 Sal de acidos e bases fracos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

    6.5 Solucoes tampao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

    6.6 Titulacao de um acido fraco com uma base forte . . . . . . . 102

    6.7 Erro da titulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

    6.8 Acidos e base fracos como indicadores . . . . . . . . . . . . . 108

    7 Acidos Poliproticos 117

    7.1 Diagrama de distribuicao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

    7.2 Tampao de acidos poliproticos . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

    7.3 Sais de acidos poliproticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

    7.4 Titulacao de acidos poliproticos . . . . . . . . . . . . . . . . 133

    8 EQUILIBRIO DE SOLUBILIDADE 145

    8.1 Produto de solubilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

    8.2 Regras gerais de solubilidade em agua . . . . . . . . . . . . . 147

    8.3 Previsao de precipitacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

    8.4 Calculo de solubilidade . . . . .