Quimica analitica quantitativa

Quimica analitica quantitativa

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Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari

Curso: Processos Industriais Módulo: Básico Carga Horária: 46h. Docente: Joelma fadigas Turno: Matutino/Vespertino Turma: Única

Discente:

Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari

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1-O Surgimento da Química Analítica3
1.1- Análise Gravimétrica3
1.2- Análise Volumétrica3
1.3- Faraday e a Eletroquímica4
1.4- Métodos Instrumentais4
1.5- Legado nos nossos dias5
2- Técnicas de Reações Analíticas6
2.1- Reações Por Via Seca6
2.2- Ensaios Por Via Úmida8
3- Análise Funcional e Sistemática9
4.1- Primeiro Grupo de Cátions10
4.2- Segundo Grupo de Cátions13
4.3- Terceiro Grupo de Cátions25
4.4- Quarto Grupo de Cátions32
4.5- Quinto Grupo de Cátions36
5- Classificação dos Ânions em Grupos Analíticos38
6- Análise de Amostras (Cátions e Ânions)51
6.1- Ensaios Confirmatórios para Ânions51
6.2- Ensaios Especiais para Misturas de Ânions51
7- Leis da Ação das Massas52
7.3- Separação e Identificação dos Cátions em Solução53

4- Classificação dos Cátions (íons metálicos) em Grupos Analíticos 9 8- Eletrólitos Fortes e Fracos: Grau e Constante de Dissociação 54

9- Equilíbrio Iônico56
10- Atividade e Coeficiente de Atividade57
1- pH e pOH57
12- Sistema Tampão58

13- Bibliografia 60

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1- O surgimento da Química Analítica

1.1- Análise Gravimétrica

Nas últimas décadas do século XVIII e o começo do XIX a análise química dos compostos, minerais, orgânicos e biológicos, desenvolveu-se e ampliou-se consideravelmente. Os métodos que usavam a balança (métodos gravimétricos) sofreram pronunciado refinamento desde a época de Lavoisier. A balança, por sua vez, normalmente construída por exímios artesãos, sob encomenda, sofreu grande aperfeiçoamento e a partir de 1850 já era comercializada por várias firmas.

A parte quantitativa da análise foi aperfeiçoada graças aos esforços de químicos de vários países da

Europa. Na Alemanha destacou-se Martin Heinrich Klaproth (1743-1817), contemporâneo de Lavoisier, cuja preocupação principal era seguir uma metodologia analítica rigorosamente científica na determinação da proporção dos componentes nos compostos. Para isto adotou técnicas e métodos analíticos que levaram a resultados mais rigorosos que os obtidos normalmente pelos outros químicos e suscitaram a descoberta de novos elementos. Na análise percentual de compostos minerais, por exemplo, mostrou que muitas vezes o valor que deixava de ser considerado para totalizar 100 poderia ser atribuído a novas substâncias. Assim, foi levado a descobrir algumas "terras": óxidos de zircônio, urânio, telúrio e titânio. Essas, somente muitos anos mais tarde, forneceram os respectivos elementos obtidos por outros químicos usando métodos de redução. Na França, Louis Nicolas Vauquelin (1763 - 1829) trabalhava com compostos orgânicos e com análise de compostos inorgânicos. Embora seus métodos não fossem tão rigorosos como os de Klaproth descobriu o metal cromo e uma "terra", a glicinia ou berilia, cujo metal só foi isolado muitos anos mais tarde. Na Inglaterra, William Hyde Wollaston (1766 - 1828), um médico versado em física e química, dedicou-se ao estudo das propriedades da platina, metal já conhecido desde 1750. Seus estudos levaram a descobrir, em 1803, o paládio e o rodio, encontrados como impurezas da platina. Um seu associado, Smithson Tennant (1761 - 1815), que também estudava a platina, descobriu em 1804 dois novos elementos , o iridio e o osmio, em resíduos de dissolução de platina bruta com água régia. Na Rússia, Karl Karlovitch Klaus (1796 - 1864), um farmaceutico e químico, muito versado no estudo de metais semelhantes à platina, descobriu em 1844 o elemento rênio.

1.2- Análise Volumétrica

Os métodos da análise química chamada volumétrica, relativa às soluções, seus equipamentos de laboratório e técnicas associadas, começaram lentamente a evoluir a partir de 1750. Já em 1729 C.L. Geoffroy procurava determinar a "força" de vinagres indiretamente pesando a quantidade de álcali necessária para neutralizá-los. O ponto de neutralização era determinado pela cessação do ruído da reação ou pela ausência de efervescência. Nas décadas seguintes, essa prática de neutralização foi usada para estimar a força de ácidos fortes, como o nítrico.

Também, em muitos casos, usava-se a mudança de cor de uma substância adicionada (indicador) como o tornassol, a curcuma e outras. Esses indicadores adquirem cor diferente ao se atingir o ponto de neutralização ácido-base.

Os equipamentos de vidro utilizados, cilindros graduados, pipetas, buretas graduadas volumetricamente, foram inicialmente desenvolvidos entre 1782 e 1806. As medidas eram grosseiras e os resultados não muito confiáveis e não havia sido desenvolvida uma maneira de aferir os resultados usando-se soluções padrões. Análises volumétricas mais precisas começaram a surgir a partir de 1824 com o trabalho de Gay-Lussac sobre titulação quantitativa de ácidos e bases. Mas, somente a partir de 1850, observou-se uma popularização destes métodos de análise.

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Karl Friedrich Mohr (1806 - 1879), um farmacêutico muito interessado em química analítica, foi responsável por um número grande de aperfeiçoamentos dos equipamentos e métodos usados na análise gravimétrica e na volumétrica. Desenvolveu-se também o uso de substâncias padrões na alcalimetria (ácido oxálico) e o chamado sal de Mohr (sulfato ferroso amoniacal) na oxidimetria. Em 1855, publicou um livro intitulado Lehrbuch der chemisch-analytischen Tritiermethode ou Tratado do Método Titrimétrico de análise química.Nele, descreveu os métodos de análise volumétrica de soluções e propôs vários melhoramentos nos procedimentos de análise. Outros métodos de análise surgiram entre os quais um chamado de iodometria, introduzido por Bunsen a partir de 1853, para a determinação quantitativa de agentes oxidantes.

1.3- Faraday e a Eletroquímica

Michael Faraday, que fazia pesquisas em física e química, em 1833, passou a estudar a condução de eletricidade por soluções de sais em água e de sólidos, como o gelo, e por sais minerais fundidos. Chegou-se à conclusão que havia uma relação quantitativa entre a quantidade de uma substância decomposta e a quantidade de eletricidade que passava através da solução quando fazia sua eletrólise numa célula eletrolítica. Para medir a quantidade de eletricidade, foi desenvolvida uma célula eletrolítica especial que permitia recolher os gases que se desprendiam com a decomposição da água. Mostrou-se que a quantidade de eletricidade que liberava um grama de hidrogênio liberava também quantidades específicas de outras substâncias. Assim, para 1 grama de hidrogênio liberado, 8 gramas de oxigenio, 36 de cloro, 125 de iodo, 104 de chumbo e 58 de estanho, eram liberados na eletrólise de seus respectivos compostos. Denominou tais quantidades de "equivalentes eletro-químicos".

Berzelius, muito ativo no estudo de pesos atômicos, não entendeu o significado da descoberta de

Faraday e a ignorou. A descoberta de Faraday, entretanto, 50 anos mais tarde, revelou-se de importância fundamental na determinação de pesos atômicos. Faraday com a colaboração de William Whewell (1794- 1866) estabeleceu a terminologia usada na eletroquimica- ânions, cátions, eletrodo, cátodo, eletrólito, etc., - de uso corrente. Com a atenção voltada para outros problemas de eletricidade, Faraday fez importantes descobertas como a indução magnética e ação do magnetismo sobre a luz.

1.4- Métodos Instrumentais

Os métodos instrumentais básicos da Química Analítica desenvolveram-se, consideravelmente, na segunda metade do século XIX à partir de 1875, embora as técnicas físicas já fossem conhecidas anteriormente. A produção de vidros ópticos de melhor qualidade permitiu, neste século, a aplicação mais freqüente de refratômetros, espectrômetros, polarímetros e microscópios, aos problemas de interesse químico.

O espectrômetro, particularmente, sofreu muitos aperfeiçoamentos que permitiram fazer análise de elementos difíceis de serem estudados usando o método de queima de Bunsen. A química astronômica progrediu muito com o trabalho de um colega de Bunsen, Gustav Robert Kirchhoff (1824 - 1887), que em 1859 enunciou suas leis da espectroscopia. Mostrou-se que um corpo incandescente emite um espectro contínuo de luz e que um corpo excitado produz um espectro com linhas brilhantes. Os gases aquecidos, quando submetidos à luz branca, absorvem as mesmas cores emitidas por seus vapores quando excitados. Usando essas leis Kirchoff e Bunsen descobriram vários elementos a partir de 1860. Os astrônomos com uso do espectrômetros passaram a determinar a composição química das estrelas. Os químicos passaram a utilizá-lo com freqüência nos seus estudos e nas suas análises.

A utilização da luz em análise orgânica iniciou-se com a polarimetria. Esta técnica utiliza o fenômeno de polarização da luz , descoberta por Huygens, no século XVII. Jean Baptiste Biot (1774 - 1862), cristalógrafo francês, em 1813, descobriu que a luz, ao atravessar uma placa de quartzo ou alguns líquidos, tem seu plano de polarização girado. Verificou-se esse fenômeno com a essência de terebentina, alguns óleos naturais, como o de limão ou uma solução alcoólica de cânfora.

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A partir de 1828 foram feitos vários melhoramentos nos polarímetros. Passou-se a usar um prisma especial, invenção de William Nicol (1768 - 1851), para separar a luz polarizada incidente em dois feixes, e utilizou-se luz monocromática alguns anos mais tarde. O polarímetro tornou-se mais popular depois que se descobriu como usar luz branca introduzindo-se no caminho óptico uma cunha de quartzo compensadora. Como o açucares são opticamente ativos, o polarímetro passou a ser adotado na análise de alimentos, particularmente na determinação da sacarose, na indústria açucareira, a partir de 1860. O uso de luz polarizada se estendeu ao estudo do isomerismo óptico de compostos e complexos orgânicos, a partir de 1891.

Os avanços da Óptica levaram à melhoria dos microscópios, que, a partir de 1820, passaram a ser usados regularmente. Um dos responsáveis por estes avanços foi Ernst Abbe (1840 - 1905), um físico, que em 1872 desenvolveu um condensador de luz o qual fica na parte inferior da platina do microscópio. Também foi responsável, em 1886, pelo aperfeiçoamento do refratômetro, comumente usado em química orgânica.

A análise eletroquímica que está baseada na eletrólise de soluções, a partir de 1865, passou a ser usada como método de análise química quantitativa. O. Wolcott Gibbs (1822 - 1908), a partir de 1864, descreveu métodos de determinação eletrolítica de metais. Determinou cobre, níquel, bismuto, prata, e por via indireta, a partir dos dióxidos, o manganês e o chumbo. Este processo de análise se tornou popular, tendo estudos mostrado a importância das diferenças de potencial usados na eletrodeposição. Também surgiram melhoramentos nos métodos usados: foram desenvolvidos eletrodos rotatórios e de telas metálicas, com excelentes resultados.

Muitos desses avanços foram obtidos por Alexander Classen (1843 - 1934), na Alemanha, que publicou um livro sobre este tipo de análise, Handbuch des chemischen Analyse durch Electrolyse. Ao final do século XIX, uma variedade considerável de instrumentos e métodos tinham sido desenvolvida e eram regularmente usados em química analítica. Muitos deles, passaram a serem usados nas indústrias, principalmente nas de alimentos e de remédios. A evolução do uso foi também conseqüência da disponibilidade de excelentes instrumentos produzidos por indústrias especiais que surgiram e ainda hoje se mantém ativas.

1.5- Legado nos Nossos Dias

A alquimia medieval acabou fundando, com seus estudos sobre os metais, as bases da química moderna. Diversas novas substâncias foram descobertas pelos alquimistas, como o arsênico. Eles também deixaram como legado alguns procedimentos que usamos até hoje, como o famoso "banho-maria", devido à uma alquimista chamada Maria, a Judia. Ironia do destino, o desejo dos alquimistas de transmutar os metais tornou-se realidade nos nossos dias com a fissão e fusão nuclear.

A psicologia moderna também incorporou muito da simbologia da alquimia. Carl Jung reexaminou a simbologia alquímica procurando mostrar o significado oculto destes símbolos e sua importância como um caminho espiritual. Mas com certeza a maior influência da alquimia foi nas chamadas ciências ocultas. Não há ramo do ocultismo ocidental que não tenha recebido alguma idéia da alquimia, e que não a referencie.

Acima de tudo, a alquimia deixou para nós uma mensagem poderosa de busca pela perfeição. Em um mundo tomado pelo culto ao dinheiro, à aparência exterior, em que pouco o homem busca a si próprio e ao seu íntimo, as vozes dos antigos alquimistas aparecem como um chamado para que o homem reencontre seu lado espiritual e superior.

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2- Técnicas de Reações Analíticas

A análise qualitativa é a parte de química analítica que se preocupa com a identificação dos constituintes de uma amostra, que pode ser de natureza mineral, vegetal ou animal. O procedimento para a identificação de uma espécie química consiste em provocar, na mesma, uma variação em suas propriedades, que possa ser facilmente observada e que corresponda com a constituição da dita substância. O agente que promove a variação, chama-se reagente, pois reage quimicamente com o produto que se deseja reconhecer. Pode-se trabalhar com o reagente dissolvido ou não em solução, logo existem dois tipos de ensaios: reações por via seca e reações por via úmida.

As primeiras são aplicáveis a substâncias sólidas, e as últimas, a substâncias em solução. Os ensaios por via seca parecem ter perdido sua popularidade; no entanto, freqüentemente eles fornecem informações úteis num período de tempo comparativamente mais curto.

A análise qualitativa pode ser conduzida em várias escalas. Em macroanálise, a quantidade de substâncias empregada é de 0,5- 1g e o volume de solução tomado para análise é cerca de 20 mL. Na chamada semimicroanálise, a quantidade usada para análise é reduzida por fator de 0,1- 0,05, isto é, para cerca de 0,05g e o volume de solução para cerca de 1 mL. Para microanálise o fator é da ordem de 0,01 ou menos. Não há uma linha nítida de demarcação entre semimicro e microanálise. A primeira é chamada análise por centigramas, e a última, análise por miligrama, mas estes termos, apenas, indicam as quantidades usadas em análise. Para uma análise de rotina, a escolha se situa entre semimicro e macroanálise. A maioria das reações por via seca pode ser usada com pequenas modificações para a semimicroanálise. São empregadas técnicas diferentes para reações por via úmida em macro, semimicro e microanálise.

2.1- Reações por Via Seca

Vários ensaios úteis podem ser conduzidos por via seca, isto é, sem dissolver a amostra. Esses ensaios, muitas vezes, são considerados etapas preliminares para a identificação das amostras em estudo

Estes ensaios podem ser realizados em tubos fechados numa das extremidades (contendo ou não reagente) e em tubos abertos nas duas extremidades. O ensaio, utilizando o segundo tubo, é realizado quando se necessita de forte oxidação para a identificação da espécie desejada. O aquecimento da amostra (com ou sem reagente) presente em ambos, pode ocorrer uma sublimação ou o material pode fundir-se ou decompor-se, acompanhado de modificação na cor, ou desprender um gás que pode ser reconhecido por certas propriedades características.

a) Formação de gases ou vapores incolores

Introduzem-se duas tiras de papel de tornassol (azul e vermelho) previamente umedecidas próximo à abertura do tubo de ensaio que contém a amostra.

1- Papel de tornassol vermelho passa para azul: amoníacos dos sais amoniacais (sulfato, cloreto, acetato)

2- Papel de tornassol azul passa para vermelho: ácidos voláteis (acético, cianídricos e sulfídricos), ácido fluorídrico (corrosão do vidro) e gás carbônico (turvação da água de cal).

3- Descoram o tornassol: gás sulfúrico de sulfitos (não alcalinos), alguns sulfatos, sulfetos, tiossulfatos (com sublimação do enxofre)

4- Não agem sobre um tornassol: oxigênios dos peróxidos, cloratos, bromatos, iodatos, nitratos e outros (intensificam a combustão), condensam nas paredes dos tubos, água (gotas incolores) e mercúrio (gotas cinzentas)

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