Quimica analitica 1

Quimica analitica 1

(Parte 1 de 4)

Universidade Pedagógica de Moçambique Delegação de Quelimane

Licenciatura em ensino de Química Sebenta de Química analítica 1

Estudante: Manuel Luizinho Sampanha

1.INTRODUÇÃO3
2. INTRODUÇÃO A QUÍMICA ANALÍTICA4
2.1.Analise Química4
3.ANALISE QUALITATIVA7
4.ANALISE GRAVIMÉTRICA9
5.EQULILIBRIO QUIMICO12
6.ANALISE VOLUMÉTRICA18
5.1.Volumetria acido-base19
6.2.Volumetria redox31
6.3.Volumetria de complexacão47

1.INTRODUÇÃO Este material contem síntese dos conteúdos ministrados na universidade pedagógica, delegação de Quelimane referente a cadeira de Química Analítica 1. Os conteúdos nele existente partem desde os conceitos básicos da química analítica, analise química, Gravimetria ,Volumetria acidobase, Volumetria redox e volumetria de complexação , para elaboração desta sebenta fez-se a consulta de algumas referencias bibliográficas ,as quais estão mencionadas no fim dos conteúdos.

2. INTRODUÇÃO A QUÍMICA ANALÍTICA Definição, Objectivo, Importância e Conceitos básicos da Química Analítica

Relacionando-se ao trecho textual retirado do livro SKOOG, pag.2 : "…. Os experimentos realizados pela nave espacial e os dados gerados pela missão também ilustram como a química analítica recorre à ciência … para identificar e determinar as quantidades relativas das substâncias em amostras de matéria… "Deu-me a entender que a química analítica é uma área da química que estuda e determina a composição quantitativa e qualitativa da matéria. Neste contexto tem grande aplicação na sociedade, visto que é a base para desenvolver e melhorar métodos e ferramentas para obter informações sobre a composição e a qualidade de produtos, utilizados na sociedade.

"…Ela é de grande valor nas áreas afins com a química como a mineralogia, geologia, geoquímica, fisiologia, microbiologia, assim como nos ramos da medicina, da agronomia e da técnica..."MONJANE, pag.5. Pode se afirmar também que os campos de aplicação são vastos, por exemplo a indústria beneficia-se dela para gerir a qualidade da matéria-prima, na saúde para facilitar o diagnóstico de doenças .

Para realizar essas análises há necessidade de perceber conceitos, tais como:

A amostra - que corresponde a porção representada da matéria em questão; Analito - que é o produto químico de espécie que se analisa; As técnicas - que corresponde as informações sobre o produto; As operações – que são técnicas aplicadas na analise da amostra, e finalmente a analise que corresponde ao estudo da amostra para determinar a natureza e composição .

De acordo com a informação que se pretende obter, a química analítica pode destiguir-se em: analítica qualitativa - que se centra na presença ou ausência da substância que se pretende analisar e analítica quantitativa - que determina as concentrações do produto que se analisa.

2.1.Analise Química Segundo ( MONJANE,2000) análise química é um conjunto de técnicas que permite conhecer quais as substâncias que se encontram presentes em uma determinada amostra de material e a quantidade de cada uma.

Com base neste conceito a análise química possibilita a identificar se uma substancia esta ou não adulterada, partindo da composição normal, e para obter essas conclusões é necessário realizar vários métodos analíticos.

Esses métodos analíticos são divididos em dois tipos: Método analítico qualitativo e como métodos para descobrir e identificar os componentes de uma amostra. Seus resultados são expressos em palavras e símbolos. Ex.: Cobre (Cu) e método quantitativo que Trata dos métodos que visam determinar a quantidade dos componentes de uma amostra. Seus resultados são expressos em valores numéricos com indicação do que estes números representam. Ex.: 5% de Si : 5g de Si / 100g da amostra.

Com esses conceitos percebo que fazer Análise qualitativa é Reconhecer ou identificar os elementos, compostos ou grupos químicos presentes em uma determinada amostra.

E fazer Análise quantitativa e Determinar as quantidades em que tais elementos, compostos ou grupos químicos se encontram na amostra.

Etapas do trabalho analitico

O trabalho analítico consiste nas seguintes etapas: recolha da amostra, preparação da amostra (secagem, filtração etc.) separação dos componentes, realização da análise e confrontação dos resultados.

Caracteristicas das etapas do trabalho analítico

Recolha da amostra

Consiste em selecção do material a ser analisado; neste caso faz-se a:

Colecta de uma quantidade suficiente de um material que seja representativo da composição química de todo o material, evitando contaminações e preservando adequadamente o analito.

Etapa inicial crítica – pode significar o sucesso ou comprometimento de todo o processo analítico

Preparação da amostra

É o processo em que uma amostra representativa é convertida em uma forma apropriada para a análise química.Ao se preparar uma amostra deve se ter em conta aos seguintes factores:

Estar escrito de maneira compreensível para outros. Os resultados estão sujeitos a alguma incerteza e é necessário estabelecer a grandeza da incerteza para que os resultados tenham algum significado

Definição de operações unitárias.

Operações unitárias são operações que não envolvem reacções químicas , mas apenas processos físicos .

Tipos de operações unitárias

escoa)

a) Mecânicas são as operações de transporte e separação de fluidos. ( substancia que ao ser submetida a um operação mecânica não deforma-se como sólidos ele Transporte de fluidos e feito por bombas, válvulas, tubulações, vasos.

Natureza química do analito; Concentração do analito na matriz;

Característica da matriz (homogeneidade, estabilidade, volatilidade, solubilidade)

Natureza química dos interferentes;

Características do método analítico selecionado

Realização da análise

Realiza-se analise com a condição fundamental de que a propriedade X que está medida deve variar de forma conhecida e reprodutível com a concentração do analito.

Confrontação dos resultados.

Representação de dados numéricos Descrever o que foi feito;

Descrever o que foi observado;

Separação de fluidos e realizado através de métodos de separação de mistura exemplo filtração, centrifugação. b) Transferência de calor -são operações de troca térmica entre fluidos, a troca de calor pode ser por condução (contacto entre dois corpos), convenção (mistura de fluidos) ou radiação (ondas de calor) c) Transferências de massa são operações de troca de fluidos imiscíveis considerando a diferença de ponto de ebulição. Usando por exemplo destilação, absorção.

3.ANALISE QUALITATIVA Análise Qualitativa: Caracterização e testes preliminares

Tipos de análise qualitativa Análise fraccionada e Análise sistemática

Análise fraccionada: permite identificar os iões com uso de Reacções Específicas, sem ter em conta os outros iões existentes.

Análise sistemática: permite identificar um ião com uma reacção especifica depois da eliminação de todos de iões que podem interferir na reacção principal.

Testes preliminares da análise qualitativa

Antes da realização de qualquer análise qualitativa, pode-se efectuar alguns testes preliminares que ajudam ao analista na caracterização qualitativa e quantitativa da amostra.

1. Cor

Uma análise qualitativa começa com a Observação da substância a ser analisada, prestando atenção na Cor.

2. Aquecimento: é um teste usado para o estudo de comportamento das substâncias. Exemplos:

Os compostos orgânicos não voláteis (exemplo de Proteínas e polissacarídeos) decompõem-se sob aquecimento formando Carbono cheiro característico de alcatrão e substâncias voláteis.

Os compostos inorgânicos também sofrem decomposição por acção do calor libertando:

Água (gasoso) o que indica a presença de Hidróxidos de metais pesados ou de Sais hidratados. Ex: CuSO4.5H2O

Dióxido de carbono o que é característico dos Carbonatos,

Nitritos decompõem-se formando o Oxigénio e Dióxido de Nitrogénio.

3. Chama:

consiste em dissolver uma parte da amostra em ácido clorídrico concentrado, mergulha-se um fio de platina na solução da amostra e coloca-se o fio na parte oxidante da chama.

Observa-se a coloração da chama que é indicativo/especifica para certos elementos presentes na amostra.

Na determinação de iões em análise qualitativa são usados dois tipo de análise: fracionada e sistemática.

Análise fraccionada: Permite identificar os iões com uso de Reacções Específicas, sem ter em conta os outros iões existente

Análise sistemática : Permite identificar um ião com uma reacção específica depois da eliminação de todos de iões que podem interferir na reacção principal.

Classificação de iões: Estudo de Catiões e Aniões

Existem cinco (5) grupos:

I Grupo = Grupo do Ácido Clorídrico:

Ag+; Hg22+ e Pb2+ Reagente geral: Ácido clorídrico (HCl) diluído e formam precipitados de cloretos

I Grupo = Grupo do Ácido Sulfídrico:

Hg2+; Pb2+; Bi3+; Cu2+ e Cd2+

As(I e V); Sb (I e V); Sn (IV e I)

Reagente geral: Ácido sulfídrico na presença de ácido clorídrico (0,1 – 0,3M) e forma precipitados de sulfuretos

I Grupo = Grupo do Sulfureto de Hidrogénio Básico:

Ni2+; Co2+; Fe2+; Mn2+ e Zn2+

Reagente geral: Sulfureto de hidrogénio na presença de amoníaco e cloreto de amónio e formam precipitados de sulfuretos

IV Grupo = Grupo de Carbonato de Amónio:

Reagente geral: Carbonato de amónio e formam precipitados de carbonatos

V Grupo = Grupo Solúvel:

Na+; K+; Mg2+ e NH4+ Reagente geral: Não tem reagente comum, pois formam sais solúveis

4.ANALISE GRAVIMÉTRICA Gravimetria: Definição; Tipos, Condições e Etapas da análise gravimétrica Tipos de precipitado e Cálculos Gravimétrico

Definição

A análise gravimétrica ou gravimetria, é um método analítico quantitativo cujo processo consiste em determinar a quantidade de um constituinte de uma amostra, tanto por pesagem directa do elemento puro, quanto por um de seu derivado, cuja composição é conhecida e bem definida.

Tipos de gravimetria

A gravimetria pode ser classificada de acordo com a forma de separação do constituinte desejado da amostra.

Gravimetria por Volatilização

Gravimetria por Precipitação

Gravimetria por Volatilização

–Consiste em eliminar componentes na forma de compostos voláteis. E Podem ser: Directa – Quando a substância volatilizada é recolhida em meio absorvente adequado e pesada.

-Exemplo: Determinação de CO2 em carbonatos: CaCO3 + 2HCl → CO2 + H2O Gravimetria por Precipitação

Neste método o analito é convertido em um precipitado pouco solúvel após a adição de um reagente precipitante à solução.

As etapas da gravimetria são :

1 - Preparação da Amostra;

2 - Preparação da Solução - Ataque da Amostra;

3 - Precipitação;

4 - Filtração;

6 - Secagem;

7 - Pesagem;

8 – Cálculos

Tipos de precipitação Quanto ao tamanho das partículas os precipitados classificam-se em Cristalinos e Coloidais.

Os Precipitados Cristalinos podem ser:

a) Precipitado Graudamente Cristalino: formado por cristais individuais bem desenvolvidos. São os melhores precipitados que podem ser obtidos. Sedimentam-se facilmente e não oferece dificuldades a filtração. Exemplo: KClO3 b) Precipitado Pulverulentos / Finamente Cristalinos: Usam-se filtros mais densos, sedimentam-se facilmente dificultando a filtração. Exemplo: CaC2O4 Os Precipitados Coloidais podem ser:

a) Precipitado Grumoso: resultam da floculação de coloídes hidrófobos. São densos pois arrastam pouca água. Os agregados das partículas coloidais são facilmente retidos pelos meios filtrantes usuais. Exemplo: Haletos de prata b) b) Precipitado Gelatinoso: resultam da floculação de coloídes hidrófilos. São volumosos, tem consistência de flocos e arrastam considerável quantidade de água. Difícil filtração e lavagem. Exemplo: Fe(OH)3

Cálculos

A percentagem do analito na amostra pode ser calculada pela fórmula 1:

P = x F x 100

P = percentagem em massa do analito; m = massa da substância pesada (forma de pesagem);

M = massa da amostra tomada para análise;

F = factor gravimétrico. O factor gravimétrico pode ser definido assim:

MMan. é a massa molar do analito;

MMfp é a massa molar da forma de pesagem.

Ex. 2: Calcule o factor gravimétrico do fósforo pesado como pirofosfato de magnésio ( 2P + …. → Mg2P2O7):

5.EQULILIBRIO QUIMICO Equilíbrio Iónico na água, pH e pOH

Os eletrólitos fracos como ácidos e as bases fracas quando solubilizados num solvente como a água, ionizam-se, estabelecendo-se um equilíbrio reversível entre as espécies não dissociadas e os seus íons. A aplicação da Lei de Ação das Massas a estes equilíbrios, permite estabelecer a condição de equilíbrio. Com base nas respectivas constantes de dissociação é possível comparar a força dos ácidos e bases fracas.

Ácidos

De acordo com o conceito de Brönsted e Lowry, ácido é uma substância capaz de ceder prótons e base é uma substância capaz de receber protões

Sendo assim, podemos escrever a condição de equilíbrio como:

Onde Ka é chamada de constante de dissociação do ácido.Os equilíbrios iônicos mais comuns são aqueles que ocorrem com os ácidos, as bases e os sais quando em presença da água, devido ao fenômeno da dissociação ou da dissociação iônica.

EXEMPLO .Calcular as concentrações das espécies presentes numa solução 0,100M de ácido acético (CH3COOH). Dado: Ka= 1,8 . 10 -5.

SOLUÇÃO: A reação de dissociação do ácido acético é representada pela equação:

CH3COOH(aq) ↔ H+ (aq) + CH3COO- (aq)

A expressão da constante de dissociação ácida (Ka) é dada abaixo. Ka=

=2
== = 1,34 .10

Bases

Como no caso dos ácidos fracos, as bases fracas são aquelas que moderadamente se dissociam em água. A dissociação de uma base fraca (BOH) em solução aquosa pode ser representada pela seguinte equação

Kb= A constante Kb é chamada de constante de dissociação básica.

EXEMPLO. Calcular as concentrações das espécies presentes numa solução 0,100 M de amônia (NH3). Dado: Kb= 1,8.10-5.

SOLUÇÃO: A reação de dissociação da base fraca é representada pela equação:

NH3 + H2O ↔ NH4 + + OH

Kb=

== = 1,34 .10

Produto iônico da água

A dissociação da água foi demonstrada há muitos anos por Friedrich Kohlrausch (1840-1910). Em cuidadosas e minuciosas experiências, Kohlrausch mostrou que a mais pura das águas apresenta uma pequena, porém definida, condutividade elétrica.

Essa pequena condutância evidencia a presença de íons que devem provir da própria dissociação da água.

A formação desses íons pode ser descrita pela seguinte equação abaixo

H2O + H2O ↔ H3O+ + OH

Apesar do protão não estar livre, mas associado a moléculas de água com formação do íon hidrônio, H3O+, a dissociação da água costuma ser descrita de maneira simplificada como

H2O↔ H+ + OH Este equilíbrio pode ser descrito pela equação:

Como a concentração da água pode ser considerada constante em soluções diluídas, podemos reescrever a equação acima da seguinte maneira:

Este produto é chamado de “produto iônico da água” ou constante de dissociação da água (Kw), onde seu valor é igual 1,0 . 10-14 a 25 ºC. Logo, podemos concluir que: [H+ ] = [OH- mol/L, a 25 ºC pH e Poh

De maneira simples, o pH é definido pela seguinte equação: pH= -log [H+]

Analogamente, podemos definir pOH como: pOH= -log [OH-] A escala de pH é usada para medir a acidez e basicidade de uma solução. EXEMPLO . Calcule o pH de uma solução 1.10-3 M de HCl, a concentração de OH presente em solução e o pOH.

SOLUÇÃO: Como o HCl é um ácido forte, devemos considerar sua total dissociação. Sendo assim, temos

HCl ↔ [H+] + [Cl-] Logo, podemos escrever que a [H+] é igual a 1.10-3 M. Então, calculamos o pH como: pH= -log

A concentração de OH- pode ser calculada da seguinte maneira:

=1 . 10

Hidrólise de sais

Muitos compostos naturais, e também produtos de consumo, são sais. Um sal é um composto iônico que pode ser formado pela reação entre um ácido e uma base; os íons positivos do sal provêm da base e os negativos do ácido.

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