Post on 04-Jul-2015
Sumário
Introdução e Objetivo........................................................................................................2
Materiais e Método............................................................................................................3
Resultado e Discussões......................................................................................................7
Umidade.................................................................................................................7
Cálculos......................................................................................................7
Perda ao Rubro a 1000ºC.......................................................................................8
Reação........................................................................................................8
Cálculos......................................................................................................8
Resíduo Insolúvel+Sílica.......................................................................................9
Reação de precipitação...............................................................................9
Reação de calcinação.................................................................................9
Finalidade das soluções..............................................................................9
Cálculos......................................................................................................9
Determinação de R2O3.........................................................................................10
Reação de oxidação..................................................................................10
Reação de precipitação.............................................................................10
Reação de calcinação...............................................................................10
Finalidade das soluções............................................................................11
Cálculos....................................................................................................11
Determinação do Cálcio.......................................................................................12
Reação de precipitação.............................................................................12
Reação de calcinação................................................................................12
Finalidade das soluções............................................................................12
Cálculos....................................................................................................12
Determinação de Magnésio..................................................................................13
Reação de precipitação.............................................................................13
Reação de calcinação................................................................................13
Finalidade das soluções............................................................................13
Cálculos....................................................................................................13
Resumo dos resultados.........................................................................................15
Conclusão.........................................................................................................................16
Referências.......................................................................................................................17
1
Introdução e Objetivo
Na química analítica, a análise quantitativa compreende a determinação das
quantidades relativas de componentes constituintes de uma amostra. Portanto são
realizadas duas medições: uma no inicio do procedimento, para saber o peso ou o
volume da amostra; e uma no final, para determinar alguma quantidade do analito (a
espécie que está sendo analisada). De acordo com essa medida final, podem ser
utilizados vários métodos, como: gravimétricos, volumétricos, eletroanalíticos ou
espectroscópicos.
Os métodos gravimétricos, de uma forma geral, são demorados e exigem um
tempo moderado do operador, sendo, portanto, eficientes para analisar poucas
amostras. Não sofrem limitação do instrumento utilizado (balança), porém têm a
exatidão comprometida através de perdas por solubilidade ou mecânica do
precipitado, e erros de co-precipitação. Não são métodos específicos (não têm
capacidade de distinguir o analito de todo o resto presente na amostra), mas são
seletivos. Ademais, os equipamentos utilizados são simples, baratos, fáceis de obter e
manter.
A prática teve como objetivo analisar uma amostra de calcário, determinando:
a umidade; a perda ao rubro; o resíduo insolúvel; os óxidos de ferro, alumínio,
manganês e fósforo; o cálcio e o magnésio. o método utilizado é o gravimétrico que
se baseia na medida da massa de uma substância (como um precipitado) para
completar a análise e então calcular a quantidade presente na amostra original.1
Como a prática é analise gravimétrica do calcário, a matriz utilizada é o próprio
calcário, rocha formada a partir do mineral calcita, cuja composição química é o
carbonato de cálcio, basicamente. 2 Seus depósitos têm origem tanto na precipitação
do carbonato de cálcio, dissolvido nas águas de chuvas ou rios, como pela
acumulação de conchas ou restos de microorganismos marinhos. As principais
impurezas contidas no calcário são as sílicas, argilas, fosfatos, carbonato de
magnésio, gipso, glauconita, fluorita, óxidos de ferro e magnésio, sulfetos, siderita,
sulfato de ferro dolomita, matéria orgânica, etc.3 Vale ressaltar que o calcário tem
vasta aplicabilidade podendo ter utilizado na produção de cimento Portland, na
produção de cal (CaO), na correção do pH do solo para a agricultura, na metalurgia,
na fabricação de vidro ou até como pedra ornamental.
2
Materiais e método
Os experimentos foram realizados no laboratório de química analítica,
seguindo-se o procedimento disponível na ficha da prática da análise gravimétrica do
calcário que foi entregue no laboratório. O mesmo procedimento segue abaixo:
ANÁLISE GRAVIMÉTRICA DE CALCÁRIO
1.0 Umidade
1.1 Pese, aproximadamente, 1,0g da amostra moída a 100mesh e passe para um
cadinho de porcelana previamente lavado, seco a 110ºC;
1.2 Leve o cadinho a estufa elétrica, mantendo a temperatura constante durante 1
a 2 horas;
1.3 Retire o cadinho da estufa, deixe esfriar em dessecador e pese;
1.4 Retorne o cadinho para a estufa por mais 30 minutos. Em seguida retire da
estufa, coloque no dessecador até esfriar e pese. Repita essa operação até
obter peso constante;
1.5 Calcule a % da umidade na amostra.
2.0 Perda ao rubro a 1000ºC
2.1 Tome o cadinho da determinação da umidade e leve ao forno mufla
aumentando gradativamente a temperatura até 900-1000ºC e mantendo
constante durante 20 minutos;
2.2 Retire o cadinho do forno quando a temperatura estiver em torno de 200ºC e
deixe em dessecador para esfriar;
2.3 Pese exatamente, anotando o resultado;
2.4 Calcule a % da perda ao rubro.
3.0 Resíduo insolúvel + sílica
3.1 Pese aproximadamente 1,0g da amostra moída e passe para um béquer de
205ml;
3.2 Junte cerca de 10ml de água destilada e misture;
3.3 Cubra com vidro de relógio e junte lentamente 10ml de HCl concentrado,
escorrendo pelo bico do béquer;
3.4 Remova o vidro de relógio e lave-o com água destilada;
3
3.5 Leve a chapa quente para evaporar até secura;
3.6 Junte 10ml de HCl concentrado e 50ml de água destilada;
3.7 Leve ao fogareiro para aquecer, agitando para dissolver;
3.8 Filtre em papel de malha média (fita branca) para béquer de 205ml;
3.9 Lave o precipitado com água destilada quente até eliminação de cloretos;
3.10 A solução deve ser reservada para outras determinações (ferro, alumínio,
cálcio e magnésio);
3.11 Dobre o papel de filtro com o precipitado e coloque em um cadinho de
porcelana previamente tarado
3.12 Leve o cadinho ao forno elétrico aumentando gradativamente a temperatura
até 1000ºC;
3.13 Desligue o forno. E quando a temperatura estiver próxima de 200ºC,
transfira o cadinho para um dessecador e deixe esfriar;
3.14 Pese anotando o resultado;
3.15 Calcule a % de resíduo insolúvel + sílica.
4.0 Determinações de R2O3 (óxidos de ferro, alumínio, manganês e fósforo)
4.1 Adicione à solução reservada do filtrado anterior cerda de 10 gotas de ácido
nítrico concentrado e aqueça próximo à ebulição. A solução a princípio é
escura e depois vai se tornando amarelo claro, o que significa que o ferro
está totalmente oxidado;
4.2 No caso da solução não ficar amarelo claro, adicionar mais gota de ácido
nítrico concentrado e se continua a ebulição até a solução clarear;
4.3 Quando o ferro estiver totalmente oxidado se dilui a solução até 200ml, se
aquece até próximo a ebulição, adiciona-se 2 a 3 gotas do indicador azul de
bromofenol e hidróxido de amônio 1:1 em pequeno excesso;
4.4 Deixa decantar e filtra à quente em papel de filtro faixa preta, lavando o
precipitado com nitrato de amônio 2% quente 3 vezes, recolhendo o filtrado
em béquer de 500ml;
4.5 Transfira o papel de filtro com o precipitado para o béquer de precipitação,
adicione ácido clorídrico concentrado para dissolver o precipitado, macere o
papel de filtro, acrescente água destilada e proceda a reprecipitação
(precipitação dos hidróxidos como feita anteriormente);
4
4.6 Filtre novamente em papel faixa preta, lave o precipitado com nitrato de
amônio a 2% quente até eliminação de cloretos recolhendo o filtrado para
balão de 500ml completando o volume com água destilada, reservando-o
para determinação de cálcio e magnésio;
4.7 Transfira o papel com precipitado para o cadinho de porcelana previamente
tarado e os calcine a 1000ºC;
4.8 Desligue a mufla, espere a temperatura baixar até 200ºC, retire para o
dessecador, deixe esfriar e pese;
4.9 Calcule a % de R2O3 na amostra;
5.0 Determinação de cálcio
5.1 Retire 50ml do filtrado que se encontra no balão de 500ml para béquer de
250ml, adicione 100ml de água destilada e torne o meio ácido com ácido
clorídrico;
5.2 Aqueça até próximo a ebulição, adicione 25ml de oxalato do amônio
saturado quente agitando constantemente e junte hidróxido de amônio até
meio básico. Deixe decantar em banho-maria por uma hora;
5.3 Filtre em papel de faixa azul lavando o precipitado com oxalato de amônio
0,04mol/L;
5.4 Transfira o papel com precipitado para cadinho de porcelana previamente
tarado e proceda a calcinação idêntica às feitas anteriormente;
5.5 Calcule a % de CaO na amostra.
6.0 Determinação de Magnésio
6.1 Inicialmente acidifique a solução da determinação de cálcio com ácido
clorídrico;
6.2 Adicione lentamente sob agitação 15ml da solução de hidrogeno fosfato de
amônio a 10%;
6.3 Em seguida junte, gota a gota, hidróxido de amônio em pequeno excesso
agitando continuamente até o início de precipitação ou no mínimo 10
minutos;
6.4 Junte mais 5ml de hidróxido de amônio concentrado, agite mais um pouco e
deixe em repouso por 12 horas;
5
6.5 Filtre a frio em papel faixa branca, lavando o precipitado com solução
diluída de hidróxido de amônio até eliminação dos cloretos;
6.6 Proceda a calcinação do precipitado de maneira idêntica as feitas
anteriormente. Despreze o filtrado;
6.7 Calcule % de MgO na amostra.
6
Resultados e Discussões
Umidade
Cálculos
Dados:
Massa do cadinho: 13,5224g
Massa da amostra de calcário: 1,0003g
Massa(cadinho+ amostra): 14,5227g
Massa(cadinho+ amostra - umidade): 14,5203g
Cálculo da umidade presente na amostra de calcário e que foi perdida:
O cálculo da perda de umidade da amostra na amostra é realizado através da
diferença entre a massa inicial do cadinho com a amostra de calcário (Massa (cadinho+
amostra)) e a massa final do cadinho com o calcário (Massa(cadinho+ amostra - umidade)):
Massa(umidade) = Massa(cadinho+ amostra) - Massa(cadinho+ amostra - umidade)
Massa(umidade) = 14,5227g - 14,5203g
Massa(umidade) = 0,0024g
Cálculo da porcentagem da umidade presente na amostra de calcário e que foi
perdida:
A porcentagem de umidade perdida é dada por:
% umidade da amostra = x 100%
% umidade da amostra = x 100%
% umidade da amostra = 0,24%
OBS.: É importante ressaltar que esse valor não equivale ao real, pois, por questão de
tempo insuficiente, a amostra não foi deixada na estufa até atingir peso constante, sendo
deixada por apenas 30 minutos.
7
Perda ao Rubro a 1000ºC
Reação
Quando o calcário é posto na mufla, ocorre sua decomposição em óxido de cálcio e
gás carbônico devido à alta temperatura à qual ele submetido. A reação de
decomposição do calcário é:
CaCO3 + impurezas CaO + CO2 ↑ + impurezas calcinadas (1)
Cálculos
Dados
Massa da amostra de calcário: 1,0003g
Massa do cadinho com o calcário antes de ser colocado na mufla (Massa (cadinho+
amostra - umidade)): 14,5203g
Massa do cadinho após sair da mufla (MassaCaO): 14,2826g
Cálculo da massa perdida ao rubro
A massa de perda ao rubro na amostra, ou seja, a massa do CO2 liberado é dada pela
diferença entre a massa do cadinho com o calcário antes de ser colocado na mufla
(Massa(cadinho+ amostra - umidade)) e a massa do cadinho após sair da mufla (MassaCaO):
MassaPERDA AO RUBRO = Massa(cadinho+ amostra - umidade) - MassaCaO
MassaPERDA AO RUBRO = 14,5203g - 14,2826g
MassaPERDA AO RUBRO = 0,2377g
Cálculo da porcentagem da massa perdida ao rubro
A porcentagem da perda ao rubro é dada por:
% perda ao rubro = x 100%
% perda ao rubro = x 100%
% perda ao rubro = 23,76%
Resíduo Insolúvel+Sílica
8
Reação de precipitação
(2)
Após a filtração, foi retido no papel:
Resíduos insolúveis + H2SiO3 → SiO2 + H2O + Resíduos insolúveis (4)
e permaneceu na solução filtrada:
Ca2+
H2O + Cl- Mg2+
Fe3+
Reação de calcinação
SiO2 + H2O + Resíduos insolúveis + C6H10O5 (papel) gggggggggggg
Resíduos insolúveis calcinados + SiO2 + H2O↑ + CO2↑ (5)
Finalidade das soluções
- Ácido clorídrico (HCl): reage com os silicatos presentes na solução formando o
ácido meta-sílico (H2SiO3) que é um precipitado com aspecto gelatinoso, e cloretos de
cálcio, alumínio, ferro, magnésio, manganês e fósforo que permanecem na solução e
portanto não interferem na analise dos resíduos insolúveis e da sílica.
- Água destilada quente: utilizada na lavagem do precipitado, tem função de
purificar o mesmo e evitar um erro positivo na determinação quantitativa.
Cálculos
Dados:
Massa da amostra: 1,0008g
Massa do cadinho: 15,8077g
Massa(cadinho + resíduo insolúvel + sílica): 15,9006g
Cálculo da massa do Resíduo insolúvel + sílica:
A massa do resíduo insolúvel + sílica na amostra é dada pela diferença entre a massa
do cadinho + amostra que foi calcinada (Massa(cadinho + amostra)) e a massa do cadinho +
amostra ao final da calcinação (Massa(cadinho + amostra – resíduo insolúvel – sílica)):
9
Massa(resíduo insolúvel + sílica) = Massa(cadinho + resíduo insolúvel + sílica) – Massa do cadinho
Massa(resíduo insolúvel + sílica) = 15,9006g – 15,8077g
Massa(resíduo insolúvel + sílica) = 0,0929g
Cálculo da porcentagem de resíduo insolúvel + sílica contido na amostra:
A porcentagem do resíduo insolúvel + sílica contido na amostra é dada por:
% resíduo insolúvel + sílica = x 100%
% resíduo insolúvel + sílica = x 100%
% resíduo insolúvel + sílica = 9,28%
Determinação de R2O3
Reação de oxidação
HNO3 + Fe2+ → Fe3+ + H2O + NO2 (6)
Reação de precipitação
Cl- Fe3+ + NH4OH → Fe(OH)3 ↓ + Al(OH)3↓ + NH4+ + Cl- (7)
Al3+
Após a filtração, foi retido no papel de filtro: Fe (OH)3 +Al(OH)3
Devido às quantidades muito pequenas de hidróxidos de manganês e fósforo, os
mesmos foram desconsiderados.
Reação de calcinação
(8)
Finalidade das soluções
- Ácido nítrico (HNO3): oxida os íons Fe2+ existentes na solução, assegurando a
formação de Fe(OH)3 na precipitação e não uma mistura de Fe(OH)3 e Fe(OH)2.
10
- Hidróxido de amônio (NH4OH): é uma base fraca que tampona o meio e não
permite a precipitação de Sr, Ca, K, Mg e Mn. Não interfere na análise.
- Nitrato de amônio (NH4NO3): é o eletrólito usado na lavagem do precipitado e
por isso evita a peptização (“conversão do precipitado na forma de colóide coagulado
para o seu estado original disperso”1 que atravessa o filtro). Ademais, a lavagem do
precipitado é feita até a completa eliminação dos cloretos, pois se deve evitar a
formação de NH4Cl. O cloreto de amônio pode formar FeCl3 na calcinação e assim
ocasionar a perda do ferro, porque, a uma temperatura de 1.000 ºC, o FeCl3 pode ser
parcialmente volatilizado.
Cálculos
Dados:
Massa do cadinho: 10,1337g
Massa(cadinho+R2O3): 10,1410g
Cálculo da quantidade de R2O3:
A quantidade de R2O3 na amostra é dada pela diferença entre a massa do cadinho
com os óxidos (Massa(cadinho+R2O3)) e a massa do cadinho:
Massa(R2O3) = Massa(cadinho+R2O3) - massa do cadinho
Massa(R2O3) = 10,1410g -10,1337
Massa(R2O3) = 0,0073g
Cálculo da porcentagem da quantidade de ferro e alumínio presente na amostra
de calcário:
A porcentagem de Fe2O3 + Al2O3 na amostra é dada pela fórmula:
% R2O3 = x 100%
% R2O3 = x 100%
11
% R2O3 = 0,73%
Determinação do Cálcio
Reação de precipitação
(9)
Reação de calcinação
(10)
Finalidade das soluções
- Ácido clorídrico (HCl): Acidifica a solução para formar íons de cálcio e
magnésio.
- Oxalato de amônio ((NH4)2C2O4): utilizado como água de lavagem com a
finalidade de eliminar cloretos, no caso, o cloreto de magnésio, para que não haja
perdas. Quando adicionado a quente aumenta o tamanho dos cristais devido à
diminuição da supersaturação relativa, o hidróxido de amônio tem o mesmo objetivo.
Cálculos
Dados
Massa inicial do cadinho = 10,3364g
Massa(cadinho + CaO) = 10,3931g
Cálculo da massa de cálcio contida na amostra de calcário
A massa de CaO contida na amostra de calcário é dada por:
Massa de CaO = Massa(cadinho + CaO) - Massa inicial do cadinho
Massa de CaO = 10,3931g – 10,3364g
Massa de CaO = 0,0567g
Cálculo da porcentagem de óxido de cálcio presente na amostra de calcário:
12
% CaO = x 100%
% CaO = x 100%
% CaO = 5,66%
Como a determinação do óxido de cálcio foi realizada com uma alíquota de
50ml, multiplica-se a porcentagem de CaO encontrada por 10, pois a solução inicial
continha 500ml:
% CaO total = 10 x % CaO
% CaO total = 56,60%
Determinação de Magnésio
Reação de precipitação
MgCl2 + (NH4)HPO4 + NH4OH → ↓ MgNH4PO4 + NH4Cl + H2O (9)
Reação de calcinação
MgNH4PO4 + NH4OH + Papel → Mg2P2O7 + ↑ NH3 + ↑ CO2 + H2O (10)
Finalidade das soluções
- Ácido clorídrico (HCl): converte o magnésio remanescente para a forma de
cloreto e neutraliza o meio.
- Hidrogeno fosfato de amônio (NH4HPO4): agente precipitante do magnésio.
- Hidróxido de amônio (NH4OH): retorna a basicidade do meio, favorecendo a
precipitação do magnésio, como a precipitação é lenta, o sistema foi deixado em
repouso por uma semana.
Cálculos
Dados:
Massa do cadinho: 15,8095g
Massa(cadinho + Mg2P2O7): 15,8142g
Cálculo da massa de difosfato de magnésio:
13
A massa de difosfato de magnésio é dada por:
Massa(Mg2P2O7) = Massa(cadinho + Mg2P2O7) - Massa do cadinho
Massa(Mg2P2O7) = 9,7582g – 9,7381g
Massa(Mg2P2O7) = 0,0201g
Cálculo do fator gravimétrico:
PM (MgO) = 40,304g/mol
PM (Mg2P2O7) = 222,551g/mol
O fator gravimétrico é dado por:
f = x
f = x
f = 0,36220
Cálculo da massa de óxido de magnésio:
A massa de óxido de magnésio é dada por:
Massa de MgO = f x Massa(Mg2P2O7)
Massa de MgO = 0,36220 x 0,0201g
Massa de MgO = 0,00728g
Cálculo da porcentagem de óxido de magnésio presente na amostra de calcário:
% MgO = x 100%
%MgO = x 100%
% Mg = 0,727%
14
Como a determinação do óxido de magnésio foi realizada com uma alíquota de 50ml,
multiplica-se a porcentagem de MgO encontrada por 10, pois a solução inicial
continha 500ml:
% MgO total = 10 x %MgO
%MgO total = 10 x 0,7294%
%MgO = 7,27%
Resumo dos resultados
Na tabela 1, pode-se verificar que a soma da porcentagem dos componentes
encontrados totalizam um valor muito próximo a 100%, o que significa que houve
poucas perdas de material, cuidado do operador, etc. E também tem que levar em
consideração que esse valor não seria maior se a caracterização da umidade tivesse sido
feita até peso constante, pois a água que não foi retirada na caracterização da umidade,
evaporou na mufla, na caracterização da perda ao rubro.
Tabela 1: Resultados das análises e seu somatório
ANÁLISE %Umidade 0,24
Perda ao Rubro 23,76Resíduos Insolúveis +
Sílica9,28
R2O3 0,73CaO 56,60MgO 7,27
TOTAL 97,88
Conclusão
15
Através do método de analise gravimétrica adotado, pôde-se analisar a amostra
de calcário e identificar quantidades relativas para: umidade, perda ao rubro e os óxidos
de ferro, alumínio, cálcio e magnésio.
Após a soma de cada analise individual, obteve-se um rendimento de 97,88% ao
invés de 100%, como era o esperado. Essa diferença pode ser conseqüência de uma
série de erros acumulativos devido à falhas de execução ou a erros associados aos
elementos interferentes existentes na amostra original. A perda de material (por
solubilidade ou mecânica do precipitado, e erros de co-precipitação) pode ter feito com
que o somatório das quantidades relativas não tenha chegado a 100%.
Referências
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1- HARRIS, Daniel C.; Análise gravimétrica e por Combustão. In: Química
Analítica Quantitativa. Tradução por: Portela Bonapace, José Alberto; Esteves
Barcia, Oswaldo. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos S.A.,
2005. Cap.27, p.667-683;
2- MACHADO, F.B.; MOREIRA, C.A.; ZANARDO, A; ANDRE, A.C.; GODOY,
A.M.; FERREIRA, J. A.; GALEMBECK, T.; NARDY, A.J.R.; ARTUR, A.C.;
OLIVEIRA, M.A.F. de Atlas de Rochas. [on-line]. ISBN: 85-89082-12-1.
Disponível em: http://www.rc.unesp.br/. Acesso em: 10 Out 2009.
3- Calcário. Disponível em: http://www.wikipedia.com. Acesso em: 09 Mai 2009.
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