Análise Química, Notas de estudo de Química

Baixe Análise Química e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Química Analítica Prof. Amadeu Moura Bego Campus Descalvado • Análise química Introdução Aplicação de processos para identificar e/ou quantificar uma substância, ou os componentes de uma mistura ou, ainda, para determinar a estrutura de compostos. Introdução Análise sensorial Qualitativa Quantitativa Introdução Idealizou testes analíticos qualitativos Contribuiu muito com o desenvolvimento da Química Analítica na segunda metade do século dezessete estudando o uso de reações químicas para identificação de várias substâncias e introduzindo novos reagentes analíticos. Histórico • Robert Boyle (Séc. XVII) Introdução Surgimento da Química Analítica Classificação e descrição de reagentes e processos analíticos, qualitativos e quantitativos por via úmida. O conjunto de seus trabalhos sobre análise química é considerado a base para o surgimento da Química Analítica como um ramo da Química. Histórico • Torberni Bergman (Séc. XVIII) Introdução 1o Livro de Química Analítica Selecionou apenas os elementos mais comuns e classificou-os em grupos analíticos com base na solubilidade de seus sulfetos. A classificação dos cátions e a marcha analítica proposta para identificação dos mesmos são, essencialmente, as mesmas utilizadas atualmente. Histórico • Carl Remigius Fresenius (1841) Introdução Aperfeiçoamento do teste de gota (teste de toque) Desenvolvimento de reações mais sensíveis e seletivas para a maioria dos cátions e ânions, com testes mais rápidos e econômicos. Introduziu os conceitos de mascaramento e desmascaramento em química. Histórico • Fritz Feigl (1918) Destacando uma dentre as inúmeras contribuições que deixou, podemos citar o livro "QUÍMICA DE REAÇÕES ESPECÍFICAS", escrito no Brasil e publicado, pela primeira vez em 1949 obra essa considerada como um dos maiores textos não só da Química Analítica, mas da Química em geral. i i i i , i li Í I Í I , i il li , l i i i i í i lí i , í i l. Introdução A teoria da análise qualitativa representa um estudo do comportamento de íons em solução aquosa, ou seja, leis e teorias que se referem à várias formas de equilíbrio que podem existir em solução aquosa. Química Analítica Qualitativa A Identificação dos íons Reações químicas Precipitados Reações coloridas (formação de complexos) Liberação de gás Introdução Ao realizar-se qualquer reação analítica, é necessário criar-se determinadas condições para seu desenvolvimento, caso contrário o resultado não será satisfatório. • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Condicionamento do meio Visa melhorar a sensibilidade dos métodos para a identificação de íons em amostras Ajuste de pH Uso de solução tampão Adição de solvente orgânico Adição de ligante (complexante) Aquecimento Variação na concentração dos reagentes Introdução Se a concentração do íon a ser precipitado é muito baixa, não ocorrerá a precipitação. Isto se deve ao fato de que uma substância só precipita se sua concentração na solução for maior que a sua solubilidade nas condições dadas. Em uma solução com [Zn2+]=10-3 mol/L, para se formar o precipitado ZnS, é necessário [S2-]=4,5x10-21 mol/L. Com uma concentração menor o processo não ocorre. • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Condicionamento do meio Variação na concentração dos reagentes Introdução Os precipitados cuja solubilidade aumentam com o aumento da temperatura, as reações correspondentes devem ser desenvolvidas a frio. Às vezes é necessário aquecer a solução, para que a reação ocorra. • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Condicionamento do meio Aquecimento Introdução Os íons Cu2+, que formam um precipitado negro de CuS, interferem na determinação dos íons Cd2+, a medida que um precipitado amarelo brilhante de CdS é formado pela ação do H2S. Se o teste é realizado na presença de KCN, os íons Cu2+ formam um íon complexo [Cu(CN)4]3-, que não reage com o H2S. • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Condicionamento do meio Adição de ligante (complexante) Introdução • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Fe2+ SCN-- Ferro é um interferente neste teste! [Fe(SCN)6]3- - Interferentes Íons que podem interagir com um reagente de teste e dificultar ou impossibilitar a observação do resultado esperado para um íon específico. Introdução • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Cu2+ Cd2+ S2-- Agentes mascaradores Substâncias que fixam interferentes em complexos bastante estáveis, baixando significativamente a concentração dos interferentes no meio reacional. Mistura de precipitados Introdução • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Cu2+ Cd2+ CN-- Agentes mascaradores Substâncias que fixam interferentes em complexos bastante estáveis, baixando significativamente a concentração dos interferentes no meio reacional. Precipitado único! [Cu(CN)4]3- - S2-- Introdução • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Seletividade Número de íons que dão teste positivo para uma determinada reação. Quanto menor o número de íons, maior a seletividade. O íons metálicos: Ag+, Hg22+, Pb2+ - precipitam como cloretos em solução aquosa. Introdução • Conceitos importantes Química Analítica Qualitativa Especificidade Caso especial de seletividade, ocorre quando a reação dá teste positivo para um só íon. A identificação do íon amônio, NH4+, pela ação e uma base forte sob aquecimento é acompanhada por desprendimento de amônia, NH3, que se reconhece facilmente por seu odor e outras propriedades características. Dos compostos comumente encontrados em análise, somente os sais de amônio produzem NH3 nas condições dadas. Classificação dos Métodos Analíticos Qualitativos Podem ser Classificados quanto à: Quantidade de substância Macroanálise: 250 mL, tubo de ensaio grande, precipitação em grande quantidade li : , t i , i it ti Microanálise: 100 vezes menor que a quantidade usada em Macroanálise i li : ti li Semimicroanálise: 10-20 vezes menor que a quantidade usada em Macroanálise i i li : - ti li Estado Físico da amostra Via seca: amostra no estado sólidoi : t t li Via úmida: amostra em solução aquosai i : t l Marcha Analítica Unicastelo * Grupo I: Na”, K, NH - não precipitam com um mesmo reagente. * Grupo II: Mg”, Ca”, Sr*, Ba” - seus carbonatos são pouco solúveis e seus sulfetos são solúveis em água. * Grupo II: AÍ, Cr”, Fe”, Mn?, Ni”, Co”, Zn? - precipitam como hidróxidos e sulfetos em meio neutro ou alcalino. * Grupo IV: Cu”, Cd”, Pb”, Hg”, Bi”, As(III), As(V), Sb(IIN), Sb(V), Sn”, Sn* - seus sulfetos são pouco solúveis em meio ácido e neutro. * GrupoV: Ag*, Hg *, Pb” - precipitam como cloretos em água. O Ag+, Pb2+, Hg22+ Cu2+, Bi3+, Cd2+, Hg2+, AsO43-, Sb2+, Sn2+, Sn4+ Al3+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cr3+, Zn2+, Mn2+ Ba2+, Ca2+, Mg2+, Sr2+ Na+, K+, NH4+ Adiciona-se HCl 6,0 mol/L Grupo 5 - Cloretos insolúveis: AgCl, Hg2Cl2, PbCl2 Cátions remanescentes Grupo 4 - Sulfetos insolúveis em ácido: CuS, Bi2S3, CdS, PbS, HgS, As2S3, Sb2S3, SnS2 Precipitado Precipitado Juntar H2S, 0,2 mol/L HCl Cátions remanescentes Adiciona-se (NH4)2CO3 ou (NH4)2HPO4 Adiciona-se (NH4)2S, em pH 8,0 Cátions remanescentes Grupo 3 - Sulfetos e bases insolúveis: Al(OH)3, Fe(OH)3, Cr(OH)3, ZnS, NiS, CoS, MnS Precipitado Grupo 2 - Carbonatos insolúveis: BaCO3, CaCO3, MgCO3, SrCO3 Grupo 1 - Íons dos metias alcalinos (Na+ e K+) e NH4+. Precipitado Química Analítica Quantitativa Introdução • Análise Titrimétrica (Volumétrica) Trata-se a substância a ser determinada com um reagente adequado, adicionado na forma de uma solução padronizada, e determina-se o volume de solução necessária para completar a reação. -Titulação ácido-base - Titulação por precipitação - Titulação Redox - Titulação por complexação Métodos Analíticos Introdução • Titulação ácido-base -Titulação Ácido forte/Base forte - Titulação Ácido fraco/Base forte - Titulação Base fraca/Ácido forte - Titulação Base fraca/Ácido fraco Faz-se reagir um ácido com uma base para que se atinja o ponto de equivalência. À medida que é adicionado o titulante ao titulado, o pH da solução vai variar, sendo possível construir um gráfico desta variação, ao qual se dá o nome de curva de titulação. Métodos Analíticos • Titulação Ácido forte/Base forte HCl + NaOH NaCl + H2O Unicastelo Universidade Camilo Castelo Branco * Indicadores ácido-base Tabela 110 Mudanças na cor e faixa de pH de alguns indicadores Indicador Denominação química Cor em sol. ácida Cor em sol. alcalina Intervalo de pH Azul brilhante de cresil (ácido) a-Naftolbenzeína (ácido) Violeta de metila Vermelho de cresol (ácido) Azul de timol (ácido) Púrpura de metacresol Azul de bromofenol Alaranjado de metila Vermelho do congo Verde de bromocresol Vermelho de metila Vermelho de clorofenol Azolitmina (tornassol) Azul de bromotimol Púrpura de difenol Vermelho de cresol (base) a-Naftolftaleína Azul de timol (base) a-Naftolbenzeína (base) Fenolftaleina Amino-dietilamino-metil cloreto de difenazona Pentametil p-rosanilina-clorídrico o-Cresol-sulfonaftaleina Timol-sulfonaftaleína m-Cresol-sulfonaftaleina Tetrabromofenol-sulfonaftaleina Dimetilamino-azo-benzeno- sulfonato de sódio Difenil-bis-azo-a-naftilamina-4- ácido sufônico Tetrabromo-m-cresol-sulfo- naftaleína o-Carboxibenzeno-azo-dimetilani- lina Diclorofenol-sulfonaftaleína Dibromotimol-sulfonaftaleína o-Hidroxidifenil-sulfonaftaleina o-Cresol-sulfonaftaleína a-Naitolftaleina Timol-sulfonaftaleína Vermelha alaranjada Incolor Amarela Vermelha Vermelha Vermelha Amarela Vermelha Violeta Amarela Vermelha Amarela Vermelha Amarela Amarela Amarela Amarela Amarela Amarela Incolor Azul Amarela Azul-verde Amarela Amarela Amarela Azul Amarela Vermelha Azul Amarela Vermelha Azul Azul Violeta Vermelha Azul Azul Azul-verde Vermelha 0,0-1,0 0,0—0,8 0,0-1,8 1,2—2,8 1,2-2,8 12-28 2,8-4,6 3,1-4,4 3,0-5,0 3,8—5,4 42-63 48-6,4 5,0-8,0 607,6 7,0-8,6 72-88 13-87 80-9,6 8,2-10,0 8,3-10,0 Introdução • Titulação por precipitação Quando uma mistura é titulada, o produto com o meno Kps precipita primeiro (se a estequiometria dos precipitados é a mesma). AgCl(s) Ag+ + Cl- AgI(s) Ag+ + I- Kps = [Ag+] [Cl-] = 1,8 x 10-10 Kps = [Ag+] [l-] = 8,3 x 10-17 Métodos Analíticos Unicastelo | ylátocdos Npllftcos * Titulação por precipitação L (Ke = 83x 107) É e 12- o Br(Kç=50x10 8) 10h o crik=18x10"9 | q = a no e ao E Ni Br 6- - Ar L C f ' f E | l ; | 0 10 20 ES y o . j Vag* (mL) Fig. 7-7 Curvas de titulação mostrando o efeito do K,. Cada curva é calculada para 25,00 mL de uma solução de haleto 0,1000 M titulado com solução 0,05000 M de Ag*. Os pontos de equivalência estão marcados por setas.