ETEC Jlio de Mesquita

CURSO TCNICO EM QUMICA

Disciplina:

APOSTILA DE ANLISE QUMICA QUANTITATIVA

Santo Andr 2009

1

SUMRIOSolues.........................................................................................................................................................................................2 ANLISE QUMICA......................................................................................................................................................................10 ANLISE TITRIMTRICA............................................................................................................................................................11 VOLUMETRIA DE OXI-REDUO........................................................................................................................................29 PERMANGANOMETRIA......................................................................................................................................................30 PREPARAO DA SOLUO 0,1N DE KMnO4...............................................................................................................30 PADRONIZAO..................................................................................................................................................................30 IODOMETRIA.........................................................................................................................................................................31 CONSIDERAES TERICAS:...........................................................................................................................................31 Determinao de Concentrao de gua Oxigenada (H2O2 )..................................................................................................33 Argentmetria ..............................................................................................................................................................................34 SOLUO DE NITRATO DE PRATA 0,1 normal...............................................................................................................34 Mtodo de Mohr.......................................................................................................................................................................34 Mtodo Volhard ......................................................................................................................................................................35 MTODOS EXTRAS..................................................................................................................................................................49 Determinao do teor de hidrxido de clcio, cido citrico por volumetria numa amotra slida...............................................49 MTODO DO EDTA.....................................................................................................................................................................56 Preparao e Padronizao de Soluo Padro de EDTA 0,1 M.................................................................................................56 Preparao................................................................................................................................................................................56 Padronizao: ..........................................................................................................................................................................57 Procedimento....................................................................................................................................................................................58 Determinao da acidez total de vinhos...........................................................................................................................................58 Procedimento................................................................................................................................................................................59 Procedimento................................................................................................................................................................................60 Procedimento....................................................................................................................................................................................62 Procedimento....................................................................................................................................................................................64 Diagrama de fluxograma..................................................................................................................................................................66 Modelo de Fluxograma....................................................................................................................................................................67 Bibliografia:.....................................................................................................................................................................................72

DEFINIES Solues Um aspecto muito importante a conhecer em uma soluo a proporo entre a quantidade da substncia dissolvida (soluto) e a quantidade que a est dissolvendo (solvente). Soluo uma mistura homognea de duas ou mais substncias.

2

Uma substncia polar tende a se dissolver num solvente polar. Uma substncia apolar tende a se dissolver num solvente apolar (tamanho mdio das partculas de 0 a 1nm). Coeficiente de Solubilidade (ou grau de solubilidade) a quantidade necessria de uma substncia (em geral, em gramas) para saturar uma quantidade padro (em geral, 100g, 1000g, 1L) de solvente, em determinadas condies de temperaturas e presso. Insolvel quando o coeficiente de solubilidade praticamente nulo (cloreto de prata e gua e leo so imiscveis/ miscveis gua e lcool). Insaturadas: contm menos soluto do que o estabelecido pelo coeficiente de solubilidade. Saturada: atingiram o coeficiente de solubilidade. Supersaturadas: ultrapassaram o coeficiente de solubilidade. Diluio as solues: diluir uma soluo significa adicionar a ela uma poro do prprio solvente puro. O volume e a concentrao de uma soluo so inversamente proporcionais. Mistura homognea (nica fase) Soluo

Mecanismo da dissoluo: afinidades entre cargas. EXERCCIOS DE FIXAO 1) Por que certas substncias se misturam to infinitamente a ponto de formar solues enquanto outras no? Devido afinidade entre cargas, tamanho de partculas e solues inicas. 2) Por que umas substncias so apolares e outras so polares? Devido fora intermoleculares (afinidades). 3) O que fora intermolecular? o nome dado a atrao existente entre unidades elementares. 4) O que so essas unidades elementares? -fora de atrao entre ons (ligao inica M e NM) -fora entre metais (mar de eltrons) -fora numa substncia apolar

3

-fora de London e Van der Waals -foras polares covalentes, ex: H2O. 5) O que polaridade? Depende da polaridade das ligaes estabelecidas entre tomos constituintes e sua geometria. Ligao polar: dipolo eltrico H + O 6) O que polaridade de ligao? o resultado da diferena entre as eletronegatividades dos tomos que esto ligados. 7) Por que ocorre uma ligao covalente polar? Devido aos vetores dipolares, que ter uma direo, um sentido, e o resultado sempre dado em mdulo. 8) Quando ocorre ligao covalente apolares? Ocorre geralmente entre: Verificar tabela peridica (valor) H-H O-O C-S N-Cl 2,1 2,1 3,5 3,5 2,5 2,5 3,0 3,0 =0 =0 =0 =0 -

As eletronegatividades so iguais, tendo a mesma simetria de cargas por isso so apolares. J nas ligaes covalentes polares o par eletrnico estar mais prximo do elemento mais eletronegativo e a distribuio de cargas ser assimtrica (tem uma diferena de cargas). Ex:

H-O C-O N-H H-Br

2,1 3,5 2,5 3,5 3,0 2,1 2,1 2,8

= 1,4 = 1,0 = 0,9 = 0,7

9) Por que a gua tem o ngulo de 104? As ligaes entre oxignio e hidrognio so perpendiculares (90), mas devido a eletronegatividade do oxignio (carga2

) ser maior que o hidrognio

ocorre essa distoro de ngulo

e tambm devido as pontes de hidrognio.

4

10) O que so pontes de hidrognio? o nome dado a fora de atrao existente entre dipolos quando o hidrognio est ligado a tomos de alta eletronegatividade e de pequenos valores atmicos. Ex: flor, oxignio, e nitrognio.

11) O que vetor polar? o

AB

valores de eletronegatividade

Direo: da reta que une os centros dos dois tomos. Sentido: do tomo do elemento menos eletronegativo para o do mais eletronegativo. Mdulo: produto da carga do dipolo () pela distancia (d) entre os centros dos tomos. ( x d) Ligao apolar H tetradrica Ligao polar angular H2+ O-2

Quanto maior o modulo do vetor, maior a polaridade da ligao.

5

Voltando s ligaes apolares De imediato no deveria existir as foras eltricas, pois as molculas so apolares. Mas a movimentao intensa dos eltrons ocorre o cisalhamento provocando uma polarizao momentnea das molculas. As foras eltricas que surgem entre as molculas polarizadas acabam deformando-as e transformandoas em dipolos induzidos, que so temporrios e muitos fracos. isso que justifica a dificuldade de se liquefazerem ou solidificarem as substncias apolares, mas quando isso acontece as substancias s mantm no novo estado graas a interaes dessas foras (chamadas foras de London ou foras de Van Der Waals). Ponto de fuso (S L) e ponto de ebulio (L E) depende das massas moleculares. Quanto maior a massa maior PE e PF. (reaes que ocorrem em uma refinaria). Por este motivo se tira por fracionamento que envolve ponto de ebulio e massa atmica. Outras observaes em relao s solues Quanto ao tamanho da partcula:

Solues apresentam tamanho de partcula _ 0 a 1 nm (Soluo homognea) Solues Coloidais 1 nm a 1000nm (Sistema Coloidal). Solues slidas: Ligas metlicas Solues gasosas: ar atmosfrico Soluo liquida: a que vai preparar.

Ex: Fumaa de cigarro / maionese / suspiro e outros.

O que eu tenho que saber em nvel de solues? Os ndices nas frmulas referem-se a: - ndice (1): quantidades de soluto. Exemplo: m1 = massa do soluto - ndice (2): quantidades de solvente. Exemplo: m2 = massa do solvente - sem ndice: quantidade da soluo. Exemplo: m = massa da soluo (m1 + m2) UNIDADES DE CONCENTRAO: 1 - Concentrao em g/l o quociente entre massa do soluto (m1) e volume da soluo (V)

6

C=

m1 V

unidade: g/L

ou g L-1

Qual a diferena entre concentrao em g/L e densidade?

d=

m (m1 + m 2 ) = V V

unidade: g/L ou g L-1

Densidade ao quociente entre a massa da soluo e o volume da soluo. 2 Ttulo (em massa ou volume)

T=

m1 m1 = m (m1 + m2 )V1 V1 = V (V1 + V2 )

em porcentagem:

T =

m1 .100 m

unidade: adimensional

T =

T =

V1 .100 V

3 Concentrao em ppm, ppb e ppt

Partes por milho (ppm) PPM: 1 parte em um milha 1 parte 1.106 partes

1T =103Kg ou 106g ou 109mg

70 ppm (70g de soluto em 1.000.000 g de soluo). Dado em massa.

Mil = 103 Milho = 105 Bilho = 109

1L = 1000mL 1m3 = 1000L

70 ppm (70 g de soluto em 1.000.000l). Dado em volume. 1 PPB: 1 parte em um bilho 1 parte = 109 partes

1mg = 109L 1mg = 105 m3 1g = 109 m3PPM (g / l) PPB (mg / l) deve-se verificar as unidades

7

PPM (m / m) PPM (V / V) 70g 70mg

soluto soluo 70g 1 tonelada (soluo)

106g soluto 1 Kg

PPM = mg / l = (m / v) Titulo: tambm dado em volume pode expressar ppm (v / v). Devendo-se especificar os dados. 4 - Quantidades de matria (Molaridade) o quociente entre quantidade de matria do soluto (n1) e volume da soluo (V)

M=Sendo:

n1 V

Unidade: mol/L

ou mol L-1

n1 =

m1 MM1

M =

m1 MM 1 .Ve MM1 = massa molar do soluto (g/mol)

n1 = quantidade de matria do soluto (mol) 5 - Normalidade

o quociente entre nmero de equivalentes ( ) de soluto e volume da soluo(V)

N=

n eq V

unidade: N (normal)

(Obs.: embora esta unidade de concentrao seja ainda bastante utilizada na indstria qumica, ela no mais recomendada pela IUPAC Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada - desde a dcada de 1980, sendo a unidade mol/L a recomendada) Relaes entre unidades de concentrao: - g/L e mol/L:

m1 C m V m = V = 1. = 1 n1 M V n1 n1 VPortanto Relao entre N e

Sendo

m1 n1 = MM 1

C m1 = = MM 1 m1 M MM 1

C = MM1.Mmol/L:

8

Diluio de solues: Soluo 1(antes da diluio):

C' =

m1 V'

Soluo 2 (aps a diluio):

C '' =

m1 V ''

m1 = C ' .V 'a massa (m1) a mesma antes e aps a diluio: m1 (antes)= m1(aps)

m1 = C '' .V ''

Aps a diluio desta soluo, ou seja, adio de solvente, a quantidade de soluto no se altera, portanto

C ' .V ' = C '' .V ''

ou

C1 . V1 = C2 . V2

Esta mesma relao de concentrao para associar concentrao em mol/L.: Soluo 1(antes da diluio): Soluo 2 (aps a diluio):

M' = M '' =

n1 V' n1 V ''

n1 = M ' .V ' n1 = M '' .V ''

Aps a diluio desta soluo, ou seja, adio de solvente, a quantidade de matria de soluto no se altera, portanto n1 a mesma antes e aps a diluio: n1 (antes) = n1(aps)

M ' .V ' = M '' .V ''aps (2) a diluio, e no com soluto e solvente] Exemplo:

ou

M1 . V1 = M2 . V2

[Obs.: nestas duas expresses no confundir os ndices 1 e 2, que aqui tm o significado de antes (1) e

Preparar uma soluo partindo de uma soluo estoque: Tenho aproximadamente 600 ml de soluo de hidrxido de sdio 1,0 mol/L, quero transformar em 0,5 mol/L apenas 250mL. M1 . V1 = M2 . V2 1. 250 = 0,5 . V2

V2 =

1.250 0,5

V2 = 500 ml

(A soluo final dever ter um volume total de 500 ml) Como preparar? Transferir, quantitativamente, 250ml da soluo de NaOH 1,0 mol/L para um balo volumtrico de 500 mL de capacidade e completar o volume com gua destilada at a marca do balo. A soluo resultante ficar com concentrao de 0,5 mol/L.

9

ANLISE QUMICA A anlise qumica visa identificar os elementos (ou substncia) existentes em um dado material e tambm determinar quanto h (dosagem) de cada elemento (ou substncia) presente no material estudado. Uma aplicao importante da anlise a determinao da frmula qumica. por meio de anlise qumica que ficamos sabendo, por exemplo, que a frmula do cido sulfrico H 2SO4, isto , que ele formado por H, S e O na proporo de 2:1: 4 tomos, respectivamente. A anlise qumica utilizada, nos laboratrios e nas indstrias qumicas, para milhares de determinaes diferentes, tais como o grau de pureza dos reagentes, a concentrao das solues, as impurezas existentes na gua, a composio das ligas metlicas, etc. O grande desafio da anlise qumica moderna identificar diferentes materiais, como por exemplo: quantidades mnimas de metais txicos na gua, de gases nocivos ao ar, de impurezas existentes nos chips de computadores, de agentes de doping em atletas, de venenos usados em crimes quase perfeitos, etc. Para isso so empregados, atualmente, sofisticados mtodos de anlise instrumental. Um exemplo o uso de aparelhos de espectroscopia, que realizam a anlise interpretando as interaes entre a matria e vrias formas de radiao como a luz, a radiao ultravioleta, as ondas de rdio, etc. Esses aparelhos so acoplados a computadores que interpretam automaticamente os resultados obtidos, fornecendo rapidamente as respostas desejadas (um exemplo comum o emprego da ressonncia magntica, na medicina). Apesar dos avanos tecnolgicos, a chamada anlise qumica clssica continua em pleno uso, para identificao e determinao da dosagem de elementos (ou substncias), em trabalhos mais simples. Vejamos ento, em linhas gerais, como ela se processa. Partindo-se, por exemplo, de uma mistura, o primeiro passo da anlise qumica clssica a chamada anlise imediata, que visa separar e purificar os elementos ou as substncias existentes na mistura. Isso feito empregando-se os mtodos de separao ou desdobramento das misturas, filtrao, destilao, etc. Aps essa separao e purificao dos elementos ou substncias, partimos para as chamadas anlises elementares, que se subdivide em anlise qualitativa e anlise quantitativa. A anlise qualitativa tem por objetivo determinar quais so os elementos ou as substncias que foram separadas. Para isso, empregam-se reaes de caracterizao, isto , reaes qumicas que denunciam a presena do elemento ou a substncia pela formao de um precipitado, ou pela mudana de colorao, ou pela liberao de um gs conhecido, etc. Assim, por exemplo, podemos constatar se h ou no cloretos em uma soluo adicionando AgNO 3, se existirem cloretos, ocorrer reao: Cl + Ag

10

AgCl (precipitado branco e sua formao denuncia a presena do on cloreto). Tambm possvel verificar a presena de alguns elementos qumicos atravs do teste da chama, que fornece cores especficas para diferentes elementos presentes. Aps termos descoberto quais so os elementos ou as substncias existentes no sistema em estudo, passamos a anlises quantitativas, que , como o prprio nome diz, visa determinar o quanto h de cada elemento ou substncia no sistema em estudo. A anlise quantitativa pode ser feita por dois processos mais comuns: a anlise gravimtrica e a anlise volumtrica. ANLISE TITRIMTRICA A anlise titrimtrica, tambm chamada volumetria ou titulometria, um processo clssico de anlise qumica quantitativa. Enquanto na gravimetria procura-se pesar um precipitado, na titulometria o que se faz medir o volume de uma soluo de concentrao conhecida que reage com a amostra em anlise. Em seguida, a partir do volume medido, determinam-se s quantidades desconhecidas, por meio de clculos. Ponto de equivalncia (PE): momento no qual a quantidade de matria (n) de titulante exatamente igual quantidade de matria do titulado, ou seja, quando titulante e titulado reagem estequiometricamente. Ponto final (PF): normalmente as titulaes envolvem solues incolores, e quando reagem formam tambm solues incolores, ou formam precipitados ou solues muito coloridas, sendo, portanto, difcil visualizar o ponto de equivalncia. Para auxiliar o momento de parar a titulao, utilizam-se indicadores (solues que mudam de cor, quando condies do meio reacional se alteram). Em uma titulao cido (titulante) base (titulado) com a presena de um indicador, quando atinge-se o ponto de equivalncia a ncido igual nbase e para que ocorra a mudana de cor do indicador, um pequeno excesso de cido necessrio. Portanto, o PF um pouco depois do PE. Soluo Padro substncia que, atendendo a certos requisitos, considerada como padro primrio. Soluo padronizada: substncia que no apresenta os requisitos para ser um padro primrio, ento precisa passar pelo processo de padronizao quando uma soluo desta substncia preparada. Classificao da volumetria

1. AcidimetriaA determinao da quantidade de um cido com o emprego de uma soluo titulada de uma base.

11

2. Alcalimetria O inverso da anterior, aqui, determina-se quantidade de uma base (lcali) com o emprego de uma soluo titulada de um cido. OBS: A acidimetria e a alcalimetria so os dois casos da chamada volumetria da neutralizao. 3. Volumetria de precipitao Quando as duas solues reagem produzindo um precipitado. Em geral. Ocorre entre dois sais com a formao de um sal insolvel. 4. Volumetria de oxi-reduo Quando determinamos a quantidade de um oxidante com o emprego de uma soluo titulada de um redutor, ou vive-versa, nesse tipo de volumetria aparece vrios casos particulares importantes como:

4.1. Permanganometria quando usamos soluo titulada de KMnO4 4.2. Iodometria quando medimos o iodo liberado do KI por um oxidante. 5. Anlise gravimtrica/gravimetria(latim gravis pesado) partindo-se de pesagem inicial e reaes que favorecem a precipitao e lavagens sucessivas onde no final obtemos um precipitado do material que novamente pesado e elaboram-se os clculos. Classificao dos aparelhos volumtricos Faz-se necessrio que toda pessoa que trabalhe em laboratrio qumico saiba distinguir e usar convenientemente cada equipamento volumtrico, de maneira a reduzir ao mximo o erro em anlises. O equipamento volumtrico marcado pelo fabricante para indicar a maneira de calibrao (geralmente TD para "dispensar (ou transferir)" e TC para "conter"), mas tambm a temperatura na qual a calibrao se aplica. Pipetas e buretas so calibradas com freqncia para transferir volumes especficos, enquanto frascos volumtricos so calibrados para conter lquidos. A medida de Volume A medida precisa de volume to importante em muitos mtodos analticos como a medida de massa. Unidades de volume

12

A unidade de volume o litro (L), definido como um decmetro cbico. O mililitro (mL) 1/1000 L e usado onde o litro representa uma unidade de volume inconvenientemente grande. O efeito da temperatura nas medidas de volume O volume ocupado por uma dada massa de lquido varia com a temperatura, assim como varia tambm o recipiente no qual est colocado o lquido, durante a medida. Entretanto, as maiorias dos equipamentos de medida de volume so feitos de vidro, o qual felizmente tem pequeno coeficiente de expanso. Conseqentemente, as variaes no volume em funo da temperatura de um recipiente de vidro no precisam ser consideradas em trabalhos comuns em qumica analtica. O coeficiente de expanso para solues aquosas diludas (aproximadamente 0,025% / C) tal que uma variao de 5C tem efeito considervel na confiabilidade da medida volumtrica. As medidas volumtricas devem tomar como referncia alguma temperatura padro; este ponto de referncia geralmente 20C. A temperatura ambiente da maioria dos laboratrios fica suficientemente perto de 20C de modo que no h necessidade de se efetuar correes das medidas de volume. No entanto, o coeficiente de expanso para lquidos orgnicos pode requerer correes para diferenas de temperatura de 1oC ou at menos. Pipetas As pipetas permitem a transferncia, de um recipiente a outro, de volumes conhecidos, com preciso. Informaes sobre os tipos comuns de pipetas esto na Tabela 1. Uma pipeta volumtrica ou de transferncia dispensa um volume nico, fixo, entre 0,5 e 200 mL (Tabela 2). Muitas destas pipetas tm cdigos coloridos para fcil identificao de seu volume. Tabela 1 - Caractersticas de pipetas Nome Volumtrica Mohr Sorolgica Sorolgica Tipo de Calibrao* TD TD TD TD Funo Dispensa de volume fixo Dispensa de volume varivel Dispensa de volume varivel Dispensa de volume varivel Capacidade disponvel (ml) 1-200 1-25 0,1-10 0,1-10 Tipo de drenagem# Livre At a linha de calibrao Sopra-se a ltima gota At a linha de calibrao

13

Ostwald-Folin Lambda Lambda

TD TC TD

Dispensa de volume fixo Contm volume fixo Dispensa de volume fixo Dispensa de volume fixo ou varivel

0,5-10 0,001-2 0,001-2

Sopra-se a ltima gota Lava-se com solvente apropriado Sopra-se a ltima gota A ponta esvaziada por

Eppendorf

TD

0,001-1

deslocamento com ar

* TC = conter; TD = dispensar # Um anel fosco perto do topo das pipetas indicam que a ltima gota deve ser soprada.

Tabela 2 - Tolerncias de Pipetas Volumtricas, Classe A Capacidade, mL 0,5 1 2 5 10 20 25 50 100 Tolerncia, ml 0,006 0,006 0,006 0,01 0,02 0,03 0,03 0,05 0,08

As pipetas de medida ou calibradas so aferidas em unidades convenientes para que permitam a dispensa de qualquer volume, at uma capacidade mxima que varia de 0,1 a 25 ml. As pipetas volumtricas e calibradas so preenchidas at uma marca de calibrao da parede externa; a maneira que a transferncia feita depende de cada caso em particular. J que existe uma atrao entre a maioria dos lquidos e o vidro, uma pequena quantidade de lquido tende a ficar retida na ponta da pipeta, depois que a mesma esvaziada. Este lquido residual nunca soprado da pipeta volumtrica ou de alguns tipos de pipetas calibradas. Algumas pipetas calibradas pedem que sejam sopradas (Tabela 1).

14

Micropipetas manuais Eppendorf liberam volumes ajustveis de lquidos da ordem de microlitros. Com estas pipetas, um volume conhecido e ajustvel de ar deslocado da ponteira descartvel de plstico pressionando-se o boto no topo da pipeta, at uma posio desejada de volume. Este boto opera um pisto que fora o ar para fora da pipeta. O volume de ar deslocado pode ser variado pelo ajuste de um micrmetro digital localizado na frente do equipamento. A ponteira de plstico ento inserida no lquido e a presso do boto liberada, fazendo com que o lquido seja levado para a ponteira. A ponteira ento encostada na parede do frasco receptor e o boto novamente pressionado at a posio desejada de volume. Aps um segundo, o boto pressionado at uma segunda posio, a qual esvazia completamente a ponteira. As faixas de volume e as precises de pipetas deste tipo esto mostradas na Tabela 3. Tabela 3 - Faixa e Preciso de Micropipetas Eppendorf Faixa de volume ( L) 1-20 10-100 20-200 100-1000 500-5000 Desvio padro ( L)