Volumetria de Complexação - Análise de CA Em Leite Em Pó

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA ENGENHARIA QUÍMICA QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO ANÁLISE DE Ca 2+ EM LEITE EM PÓ ALUNOS: EVANDRO SERAFIM MORAIS FAGNER FERREIRA DA COSTA LUIZ HENRIQUE BECKER MOREIRA Data de entrega: 06/03/14 MANAUS 2014

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Química analítica

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

    FACULDADE DE TECNOLOGIA

    ENGENHARIA QUMICA

    QUMICA ANALTICA EXPERIMENTAL

    VOLUMETRIA DE COMPLEXAO ANLISE DE Ca2+ EM LEITE EM P

    ALUNOS:

    EVANDRO SERAFIM MORAIS FAGNER FERREIRA DA COSTA

    LUIZ HENRIQUE BECKER MOREIRA

    Data de entrega: 06/03/14

    MANAUS 2014

  • Objetivos

    Determinar a concentrao de Ca2+ em amostra de leite em p, expressando-a em ppm.

    Identificar as limitaes da titulao complexomtrica com EDTA.

  • MATERIAL E REAGENTES

    Tabela 1: Lista de material e reagentes utilizados na prtica

    Material Reagentes Balo volumtrico de 100 mL gua deionizada Balo volumtrico de 250 mL gua destilada Balo volumtrico de 1 L Cloreto de amnio Basto de vidro Cloreto de Sdio Bcher de 100 mL Fenolftalena Bureta de 50 mL Hidrxido de amnio concentrado Erlenmeyers de 250 mL Hidrxido de sdio 0,5 M Frasco plstico para 250 mL Negro de eriocromo T slido Funil de haste longa Sulfato de magnsio Pipeta de 1 mL Pipeta volumtrica de 10 mL Pipeta graduada de 20 mL Pipeta de 50 mL Pipeta de Pasteur com pra Proveta de 50 mL Proveta de 100 mL Vidros de relgio

  • PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

    Esta prtica foi realizada em conjunto com toda sala, de maneira que em determinados itens o

    presente grupo no teve contato direto com estas etapas e, sendo assim, elas sero apenas

    citadas de acordo com o roteiro do procedimento. As etapas com um asterisco (*) ao lado foram

    realizadas por outras equipes.

    Preparo de padro primrio: EDTA (0,02 M)

    Pesou-se, em uma balana analtica, 7,4402 g de sal dissdico dentro de um bcher,

    transferindo-se esta massa para um balo de 1 L, avolumando-se em seguida com gua

    deionizada at atingir o menisco. Foi tomado o cuidado de no perder o contedo no bcher,

    lavando-se o mesmo a transferindo-o ao balo o mximo de vezes possvel.

    Preparo de soluo 0,002 M de EDTA

    Aps esta etapa, fez-se a diluio de 2,5 mL desta soluo de EDTA 0,02 M em 25 mL de gua

    destilada.

    *Preparo de soluo tampo de pH 10

    Dissolveu-se 17,5534 g de cloreto de amnio em 50 mL de gua deionizada e transferiu-se este

    contedo para um balo volumtrico de 250 mL, adicionando-se 142 mL de soluo de amnio

    concentrada. Completou-se o volume com gua deionizada. A soluo resultante foi estocada

    em um frasco.

    *Preparo da mistura slida indicadora

    Misturou-se 0,1 g de negro de eriocromo T com 9,9 g de cloreto de sdio slido.

    *Preparo de soluo 0,002 M de sulfato de magnsio

    Dissolveu-se 0,0539g de sulfato de magnsio heptahidratado em 100 mL de gua destilada.

  • *Preparo de soluo 0,02 M de Mg-EDTA (soluo A)

    A 75 mL da soluo padro de EDTA adicionou-se 0,37 g de sulfato de magnsio

    heptahidratado, agitando-se at dissolver o sal. Aps isto, adicionou-se uma gota de

    fenolftalena e gotejou-se lentamente hidrxido de sdio 0,5 M at colorao levemente rosada.

    Separou-se 5 mL da soluo A, e utilizou-se o tampo de pH 10 para tamponar o sistema,

    adicionando-se posteriormente uma pitada do indicador. Por fim, a soluo adquiriu uma

    tonalidade violeta.

    Determinao de clcio em leite

    Pesou-se 2,0000 g de leite em uma balana analtica dentro de um erlenmeyer de 250 mL,

    diluindo este contedo com 50 mL de gua. Repetiu-se o processo, j que foi feito em duplicata.

    Aps isto, vedou-se os frascos com plstico a fim de evitar qualquer tipo de contaminao.

    Aps o preparo da soluo tampo por outra equipe, transferiu-se desta 15 mL para o frasco

    contendo a soluo contendo leite. Adicionou-se ento 5 mL da soluo Mg-EDTA e uma

    pitada da mistura indicadora negro de eriocromo, titulando-se em seguida cada amostra com o

    padro primrio de EDTA preparado no incio da prtica. A cor observada do titulado antes do

    ponto de viragem foi o amarelo. As cores nos dois pontos de viragem seguintes foram

    primeiramente o marrom e depois uma mistura de verde com azul.

  • REFERENCIAL TERICO

    Complexos

    Em qumica analtica, muito comum o uso de reaes de complexao na titulao de

    ctions. Estes podem ser extrados de uma soluo para outra por meio de um complexo.

    Complexos importantes para a qumica analtica so aqueles em que uma mesma molcula

    consegue realizar mltiplas ligaes com ons metlicos. Um complexo formado por uma

    molcula que oferece um ou mais pares de eltrons desemparelhados e um ction ou tomo

    metlico que aceita o par ou pares de eltrons, criando assim uma ligao covalente.

    Figura 1. Complexo formado por duas molculas de glicina e um tomo de cobre . Disponvel em:

    A molcula de glicina possui dois ligantes, com pares de eltrons desemparelhados

    provenientes do grupo carbonila e amina presentes na molcula. Se uma molcula possui um

    grupo ligante, diz-se que ela dentada, se possui dois grupos ligantes, bidentada, e assim por

    diante. Quando um on metlico coordena-se com dois ou mais grupos doadores de um nico

    ligante para formar um anel heterocclico, como no caso da glicina, formado um quelato. A

    palavra quelato deriva de uma palavra grega e significa garra. A importncia dos quelatos nas

    reaes de complexao reside no fato que o EDTA, um importante reagente na

    complexometria, um quelato. (Skoog, 2005)

    EDTA (cido Etilenodiaminotetractico)

    O quelato mais utilizado em anlises qumicas o EDTA. Formado por um sistema

    tetraprtico, ele designado por H4Y.

    Figura 2. EDTA na forma neutra Disponvel em:

  • Em um sistema formado pela reao do EDTA com um ction ou tomo metlico, ns

    podemos determinar a frao de EDTA que no complexou, atravs da frmula a seguir:

    4 = [4]

    =

    1234[+]4 + 1 [

    +]3 + 1 2[+]2 + 123[

    +] + 1234

    Essa frmula representa a frao de Y4- que no complexou e permanece livre na

    soluo. Isso no significa, no entanto, que no haja outras espcies que no complexaram na

    soluo. Pode, verdade, haver tanto Y4- quanto HY3- ou outras espcies na soluo. O valor de

    Y4- varia com o pH da soluo que se encontra dissociado. Como o EDTA se comporta como

    um cido, em solues alcalinas ele se dissociar em maior extenso, enquanto que em solues

    cidas a dissoluo no ocorre de modo to imperativo.

    Uma tabela com valores de Y4- dada abaixo para vrios valores de pH:

    Tabela 2: Valores de Y4- para vrios valores de pH

    pH 4 pH 4

    2.0 2.6x10-14 7.0 3.8x10-4

    3.0 2.1x10-11 8.0 4.2x10-3

    4.0 3.0x10-9 9.0 0.041 5.0 2.9x10-7 10.0 0.30

    6.0 1.8x10-5 11.0 0.81

    12.0 0.98

    A constante de equilbrio para a reao de EDTA na formao de um complexo pode

    ser assim descrita:

    + + 4 4

    = [4]

    [+][4]

    O fato de que Y4- est representando a constante de formao no deve ser interpretado

    como se ele fosse a nica espcie a reagir na complexao. De fato outras espcies tambm

    reagem. O que a constante de formao indica apenas o equilbrio qumico que existe entre o

    complexo e o ction. No entanto, interessante que ns saibamos o que acontece com todos as

    espcies dissociadas do EDTA. Para isso, introduzir o conceito de constante de formao

    condicional essencial. Por meio da manipulao da frao no dissociada de EDTA Y4- e da

    constante de formao, possvel chegar frmula:

    = 4 =

    [4]

    [+][]

  • Essa frmula nos ajuda a trabalhar com o EDTA como se todos estivessem dissociados

    em uma s forma. Isso significa que [EDTA] pode ser encarado como a concentrao de todas

    as espcies de EDTA que no complexaram. Ao utilizarmos esse conceito, possvel

    simplificar os clculos titulomtricos advindos de reaes de complexao com o EDTA.

    Titulao com EDTA

    Como o valor de Y4- varia com o pH, reaes com EDTA somente ocorrem em

    solues tamponadas. Isso garante que as fraes de cada espcie proveniente do EDTA no se

    alterem de maneira significativa, e assim ns possamos simplificar os clculos. A seguir ns

    mostramos um mtodo geral para a titulao de um ction utilizando EDTA a um pH fixado por

    um tampo.

    Se a constante de formao condicional for grande, pode-se assumir que a complexao

    ocorre totalmente.

    + + 4

    Por isso, na primeira etapa da titulao, ou seja, antes do ponto de equivalncia, a

    concentrao de Mn+ dada por seu excesso. No h necessidade do uso da constante de

    equilbrio.

    No ponto de equivalncia, todo o ction foi consumido pelo EDTA, e h agora uma

    pequena dissociao proveniente do complexo. Ns podemos tratar a dissociao como se o

    complexo fosse preparado apenas diluindo-o no solvente. Portanto, nesta etapa, usa-se a

    equao da constante de formao condicional.

    Aps o ponto de equivalncia, h excesso de EDTA. Todo o Mn+ foi utilizado e todo o

    complexo que poderia ser formado foi formado. Novamente, o equilbrio que dita quanto de

    Mn+ ainda ser dissociado, e a constante de formao condicional usada novamente, apenas

    usando os valores do excesso de EDTA e a quantidade de complexo formada.

    Indicador

    Usar um indicador de on metlico o jeito mais utilizado para se determinar o ponto

    final de uma titulao de complexao. O indicador deve reagir com o on a ser analisado.

    Quando isto acontece, a espcie ction-indicador apresenta uma certa cor. Quando EDTA

    comea a ser adicionado, ele reage com o ction, uma vez que o indicador deve se ligar ao

    ction com menos fora que o EDTA. Aps o EDTA consumir todo o ction livre na soluo e

    o ction proveniente da espcie ction-indicador, h uma mudana de cor na soluo devido

    mudana do indicador. H vrios indicadores de ons metlico, dependendo do pH a ser usado.

    Para a identificao de clcio em leite por meio de titulao com EDTA, objetivo deste

    relatrio, o negro de eriocromo pode ser utilizado. Este indicador funciona bem para o pH em

    torno de 10 em uma soluo tampo. A cor que indicar o fim da titulao o azul.

  • RESULTADOS

    A anlise do on Ca2+ pode ser realizada atravs da formao de seu complexo com

    EDTA (denotado por H4Y), o qual bastante estvel, podendo assim ser medido.

    O EDTA se dissocia em solues aquosas em quatro espcies, H3Y-, H2Y

    2-, HY3- e Y4-;

    porm, em solues com pH > 10 a espcie predominante Y4-, Outro fato de interesse que o

    EDTA sempre forma complexos na proporo 1:1, simplificando clculos estequiomtricos.

    Assim, a titulao realizada nesse experimento tem seus clculos bastante simplificados.

    A primeira etapa do experimento consistiu no preparo da soluo de EDTA a partir do

    sal dissdico de EDTA (Na2H2Y), que regida pela equao:

    22() + 2 2() 2 ()+ + 2()

    2 + 2 2()

    E a concentrao real da soluo de EDTA obtida dada por:

    =

    =

    1

    =

    7,4402

    372,24

    1

    1 = 0,0199

    A prxima etapa relevante de se equacionar a adio do indicador negro de eriocromo

    soluo a ser titulada, o qual complexa o ction metlico. Um fato importante que o

    equilbrio descrito pela reao a seguir (na qual Ind representa o indicador negro de eriocromo)

    existe at o ponto de equivalncia da reao ser atingido, pois h um excesso de ons Ca 2+:

    ()2+ + ()

    3 [](),

    Que rapidamente substitudo pelo equilbrio, a seguir, ao menor excesso de EDTA, no

    qual a espcie HY3- est presente devido ao excesso de EDTA:

    [](), + ()

    3 ()2 + [](),

    2

    Porm, a complexao do clcio pelo indicador muito fraca, o que interferiria na

    identificao do ponto de equivalncia, ento a adio de Mg-EDTA tem como propsito

    auxiliar na deteco do ponto de equivalncia, pois o Mg2+ complexado mais fortemente pelo

    indicador. Na presena do Mg2+, as reaes que ocorrem entre o Mg2+ e o indicador so as

    seguintes:

    ()2+ + ()

    3 [](),

    [](), + ()

    3 ()2 + [](),

    2

    Finalizando, com isso, as equaes mais importantes envolvidas na titulao.

  • Em uma titulao complexomtrica utilizando EDTA deve-se proceder utilizando as

    constantes de formao do complexo, como apresentado na fundamentao terica, porm, a

    constante de formao condicional do CaY2- bastante elevada, de modo que podemos

    considerar aproximadamente que a reao de complexao do Ca2+:

    2+ + 4 2

    Ocorre totalmente. Logo, a quantidade de Ca2+ na soluo titulada ser

    aproximadamente igual quantidade de EDTA utilizado na titulao at o ponto final ter sido

    atingido, que pode ser calculado da seguinte forma:

    2+ = =

    Onde nX representa o nmero de mols da espcie X, VEDTA o volume da soluo de

    EDTA utilizado na titulao e CEDTA a concentrao da soluo de EDTA utilizada na titulao.

    A massa correspondente de Ca2+ , ento, obtida por:

    2+ = 2+

    Onde mCa2+ a massa de Ca2+, nCa2+ o nmero de mols de Ca

    2+ e MMCa a massa

    molar do clcio (40,078 g/mol).

    A quantidade Ca2+ relativa quantidade de leite em p analisada, em ppm, dada por:

    = 2+

    Onde mX a massa de X, e Cppm a concentrao em ppm de Ca2+ no leite em p

    analisado.

    Todos os resultados dos clculos esto dispostos na tabela a seguir:

    Tabela 3: Resultados dos clculos

    Amostra Massa

    de leite

    Volume de

    titulante

    utilizado

    Concentrao

    do titulante

    utilizado

    Nmero de

    mols de Ca2+

    na amostra

    Massa

    total de

    Ca2+ na

    amostra

    Concentrao

    de Ca2+ no leite

    01 2,0000 g 26,6 mL 0,0199 mol/L 0,529 mmol 21,2 mg 10600 ppm 02 2,0000 g 26,8 mL 0,0199 mol/L 0,533 mmol 21,4 mg 10700 ppm

    MDIA 2,0000 g 26,7 mL 0,0199 mol/L 0,531 mmol 21,3 mg 10650 ppm

    Tendo como referncia o valor de Ca apresentado no rtulo da embalagem do leite em

    p analisado, cuja concentrao de Ca 9462 ppm, a anlise teve um erro percentual de

    +12,6%, o que pode ser explicado pelos seguintes fatores:

    1. A amostra de leite analisada estava fora de seu prazo de validade.

    2. Durante a titulao, a cor do titulado mudava muito pouco, tanto que foi necessrio

    interromper a titulao antes de um ponto final NTIDO, devido a limitaes de horrio; com

    isso, a titulao foi interrompida quando o titulado apresentava uma tonalidade muito diferente

  • da apresentada pela literatura pesquisada, a qual deveria ser um azul forte, diferente da cor

    obtida na titulao, que era um azul-esverdeado leitoso.

    3. No leite pode haver outros ctions metlicos que podem interferir na titulao, porm

    a interferncia devida a esse fator pequena, visto que os ctions complexados na faixa de pH

    utilizada predominantemente so o Ca2+ e o Mg2+.

  • CONCLUSO

    A anlise de ons metlicos, como o Ca2+, pode ser feita utilizando a volumetria de

    complexao. Entretanto, o procedimento deve ser bem planejado devido ao procedimento ser

    muito sensvel aos interferentes, como variaes de pH (que podem ser evitadas com o uso de

    uma soluo tampo), outros ctions metlicos que podem estar presentes na soluo (que

    podem ser mascarados utilizando determinados agentes mascarantes, como o on cianeto). Para

    clculos mais precisos, devem-se utilizar as constantes de formao dos complexos. Outro fator

    a se considerar a quantidade de indicador, pois a mesmo afetar o equilbrio da soluo antes e

    durante o ponto de equivalncia.

    Os resultados obtidos nesse experimento corroboram essa ideia, no sentido de que os

    interferentes tm papel crucial em uma anlise volumtrica, especificamente, no experimento

    conduzido, visto que a amostra analisada uma mistura de diversas substncias, as quais podem

    ter gerado interferentes.

    Vale ressaltar ainda, que a volumetria de complexao uma tcnica precisa, desde que

    suas limitaes sejam observadas e respeitadas.

  • REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    BACCAN, N.; Andrade, J. C.; Godinho, O. E. S.; BARONE, J. S. Qumica Analtica

    Quantitativa Elementar, 2.ed. Campinas: Editora da UNICAMP, 1995.

    HARRIS. Analise Qumica Quantitativa. 7.ed., Rio de Janeiro: LTC-Livros Tcnicos e

    Cientficos, 2005.

    OHLWEILER, Otto Alcides (1974). Qumica analtica quantitativa. Braslia: Tcnica

    Cientfica.

    PATNAIK, P. (2004). Dean's Analytical Chemistry Handbook. McGraw Hill Professional

    SKOOG, Douglas A. Fundamentos de qumica analtica. So Paulo: Thomson, 2006.

    VOGEL. Anlise qumica quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 462 p.