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Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica
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30 de maio a 2 de junho de 2001 - Florianópolis – SC
DETERMINAÇÃO DE BORO EM ULEXITA E COLEMANITA NATURAIS
UTILIZANDO A TÉCNICA DE ABSORÇÃO ATÔMICA EM
CHAMA
Cristian Roque Perdoná1; Maria Degmar dos Reis Carvalho1,2; Humberto
Gracher Riella1,3:
1Centro
2
de Tecnologia em Cerâmica – CTC: [email protected]
Programa de Pós – Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais –
PGMAT/ UFSC
3Departamento
de Engenharia Química – ENQ / UFSC
RESUMO
O boro ocorre na natureza principalmente nas formas de ácido bórico
(H3BO3),
bórax
(Na2B4O7.10H2O),
colemanita
(Ca2B6O11.5H2O),
ulexita
(NaCaB5O9.8H2O) entre outras formas. São muitas as suas aplicações, dentre
elas podemos citar; na química nuclear como absorvente de nêutrons, no
endurecimento de ligas metálicas, vidros e esmaltes cerâmicos, entre outros.
O óxido bórico, é um componente fundamental dos esmaltes cerâmicos. Diante
da sua grande aplicação na industria cerâmica, há necessidade de quantificálo, então deparamos com dificuldades em relação às técnicas de determinação.
O método mais comum para determinação de boro consiste na complexação
com uma substância polihidroxilada, e posterior titulação com uma solução de
base forte, entretanto, é um método longo e trabalhoso. A determinação
proposta através de espectrometria de absorção atômica em chama é rápida e
tem apresentado resultados dentro das expectativas.
Palavras-chaves: Colemanita, Ulexita, Cerâmica, Análise, Boro.
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INTRODUÇÃO
O boro ocorre na natureza principalmente nas formas de ácido bórico
(H3BO3), bórax (Na2B4O7.10H2O), colemanita (Ca2B6O11.5H2O) e ulexita
(NaCaB5O9.8H2O) entre outras formas. São muitas as aplicabilidades do boro
dentre elas podemos citar: na química nuclear com absorvente de nêutrons, em
ligas para endurecimento de outros metais, vidros, materiais cerâmicas, usado
como branqueador em sabões e detergentes e ligas de aço, entre outros.
O óxido bórico, embora seja um excelente formador de vidro, nunca é
utilizado como o único formador de vidro, exceto nos casos muito excepcionais,
devido a sua elevada solubilidade, é um componente essencial dos vidros
neutros para laboratório, dos vidros termoresistentes, isto é, a alta estabilidade
e as trocas bruscas de temperatura, das fibras de vidro e de muitos vidros
especiais. Os vidros de borossilicato constituem um grupo a parte por suas
particulares características estruturais como por sua aplicação tecnológica
(3).
Em proporções discretas é um aditivo de grande interesse para os vidros
sódicos e cálcicos, atua acelerando a fusão e melhorando varias de suas
propriedades, tais como estabilidade química, resistência a choque térmico e o
índice de refração
(1, 2, 3).
Devido à elevada aplicabilidade do boro, tem-se
grande necessidade de quantificá-lo em diferentes tipos de amostras. Embora
o ácido
bórico possui uma constante de ionização muito fraca e ser um
monoácido ( k1= 5,5.10-10 ) ele pode ser neutralizado com uma base forte. A
sua acidez pode ser elevada com ajuda de uma substância polihidroxilada
como o glicerol, manitol ou glicerina, possibilitando assim uma boa definição do
ponto final da titulação com o hidróxido de sódio, porém, este método é longo e
laborioso o que o torna inviável para rotinas laboratoriais
(2, 7).
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A determinação de boro, por espectrometria de absorção atômica em
chama, em soluções aquosas, ocorre à formação de muitos compostos
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refratários na atomização, que interfere na determinação do analito (4). Por esta
razão, e pela baixa sensibilidade, uma equipe de pesquisadores, [AGAZZl
HOSSNER e WEGNER apud, WELZ, et al ] propuseram um procedimento de
extração para o enriquecimento e separação dos interferentes de matriz.
Extraíram o boro com 2-etil-1,3-hexadiol complexado com clorofôrmio.
Entretanto, este solvente de complexação não é conveniente para combustão
na chama de óxido nitroso e acetileno. Outra equipe, [MELTON et al, HOLAK
apud WELZ] usaram MIBK (metil isobutil cetona) como solvente de extração,
porém este solvente só deve ser usado, desde que, fique comprovado que seja
adequado para o sistema de extração o qual se deseja.
[ELTON-BOTT apud WELZ] aumentou a sensibilidade do boro através
da conversão em um composto volátil (ácido bórico metil ester) e introduziu
este
composto em fase gasosa na chama de óxido nitroso e acetileno.
[CHAPMN e DALE apud WELZ] volatilizou boro em forma de fluoretos e este
foi recolhido em um sistema fechado e adequado para a determinação,
tornando-se possível aumentar a sensibilidade. [SZYDLOWSKY apud WELZ]
determinou boro em água e observou que a adição de 1000 mg / l de hidróxido
de bário produziu melhor sensibilidade.
Uma equipe de pesquisadores estudou a determinação de boro em vidros
utilizando a técnica de espectrometria absorção atômica em chama
comparando com a técnica titulométrica, complexando com manitol. A
solubilização das amostras foram feitas usando ácido fluorídrico em vasos
fechados, este tratamento foi de um dia até outro. Para solubilizar 5 g de
amostras usou-se 40 mL de HF 40%. Os resultados obtidos foram
considerados excelentes, trabalhando com concentrações entre 5,64 % a 6,81
% de B2O3, concentrações consideradas boas para se trabalhar, devido à baixa
sensibilidade do boro. O maior problema encontrado na determinação de boro
por espectrometria de absorção atômica, foi à obstrução da fenda do
queimador. Isso ocorre devido à formação de carbetos provenientes da
combustão incompleta do gás( 5) .
Usando banho maria com temperatura controlada para não ultrapassar
100ºC, amostras de vidro foram solubilizadas em vasos abertos usando ácido
fluorídrico. O padrão primário usado foi, National Bureau of Standards
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Certificado (NBS) com 12,56 % de B2O3 e encontrou 12,6 % de B2O3, estas
concentrações são altas, os resultados encontrados foram excelentes. A
determinação do boro foi através da técnica de espectrometria de absorção
atômica em chamas, com óxido nitroso e acetileno ( 6 ).
MATERIAIS E MÉTODOS
Moinhos anelares revestidos de carbeto de tungstênio, foram usados para
pré-moagem, reduzir bem a granulometria para favorecer o tratamento de
digestão. As digestões foram realizadas por,
microondas,
modelo
DGT
100
PROVECTO,
sistema de digestão por
as
determinações
por,
espectrômetro de absorção atômica, UNICAM modelo SOLAR 969, com
lâmpada de deutério para correção de background e lâmpada de cátodo oco de
boro. Tabela II, contém os parâmetros operacionais do espectrômetro de
absorção atômica para determinação de boro.
Foi preparado em paralelo um padrão de referência, AN 30 de qualidade
CERAM, com concentração de 17,40 % de B2O3. Alíquotas das amostras de
colemanita, ulexita e do padrão AN 30, foram pesadas diretas nos vasos do
microondas. Adicionou-se cerca de 5 ml de água deionizada e 5 ml de ácido
clorídrico concentrado P.A (37 %) de qualidade Merck, foram homogeneizados
manualmente e adicionou-se mais 25 ml de água deionizada, os vasos foram
fechados e levados ao microondas e aplicado o programa, que consta na
tabela I.
Tabela I. Parâmetros operacionais para digestão das amostras.
Passos
Tempo (min)
Potência ( Watts )
1
10
330
2
5
700
3
2
000
4
3
500
5
2
800
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Após as amostras resfriarem elas foram transferidas quantitativamente para
balões volumétricos de 250 ml, completando-se o volume com água deionizada,
homogeneizando bem. Na Tabela II, observa-se os parâmetros de otimização do
espectrômetro de absorção atômica. Para se obter a melhor otimização da
chama, altera-se o fluxo do oxidante ajustando a absorvância do analito entre
0,049 a 0,051, usando solução padrão de 100 mg / l de boro.
Tabela II. Parâmetros operacionais para determinação de boro
Comprimento de onda (nm)
248,9
Corrente da Lâmpada (mA)
15
Fenda espectral (nm)
0,5
Atomizador ( 5cm)
Padrão
Chama
Oxido nitroso e acetileno
Altura do queimador (mm)
3 mm
Faixa do fluxo do oxidante (l. min-1)
4,3 - 4,6
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela III - encontra-se os resultados analíticos obtidos, bem como, as
respectivas massas usadas nesta análise. As amostras foram preparadas em
duplicata, para cada duplicata foram tomadas cinco leituras, a fim de poder
avaliar melhor a estabilidade das leituras, que é um grande problema para
determinação de boro através da técnica de espectrometria de absorção
atômica.
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Tabela III – Valores de óxido de boro obtidos e as respectivas massas usadas.
Amostras
Colemanita Natural
Massa
1
Massa
2
0,5970 g
0,5190 g
1
28,69
2
Ulexita Natural
Massa
1
Massa
2
AN 30
Massa
1
Massa
2
0,5292 g
0,5466 g
0,5083 g
0,5968 g
28,45
40,12
40,34
17,54
17,44
28,66
28,35
40,60
40,57
17,67
17,67
3
28,92
28,24
40,43
40,71
17,66
17,55
4
28,58
28,47
40,14
41,23
17,67
17,68
5
28,37
28,34
40,76
40,44
17,82
17,78
Média ( % )
28,64
28,37
40,41
40,72
17,67
17,62
 ( incerteza )
0,20
0,09
0,28
0,32
0,09
0,13
Os resultados obtidos para o padrão de referência AN 30, apresentou um
pequeno erro para mais, em relação ao valor certificado, esta variação
provavelmente ocorreu, devido ao boro ser um elemento refratário, que
necessita de 6 eV para atomização, isso implica em dificuldade de ionização,
consequentemente produz background auto que resulta em uma absorvância
maior do que a real, produzindo resultados analíticos maiores
(11).
Para as
amostras de ulexita e colemanita os resultados foram dentro do esperado e são
satisfatórios como resultados tecnológicos.
CONCLUSÕES
Podemos concluir que a técnica de espectrometria de absorção atômica
em chama demonstrou-se adequada para a determinação de boro em ulexita e
colemanita naturais, por ser mais rápida e melhor atender as necessidades da
indústria.
Porém,
apesar
de
os
resultados
estarem
satisfatórios
tecnologicamente a incerteza dos resultados ainda é muito alta o que não é
válido cientificamente, por isso há necessidade de melhores estudos tanto na
elaboração das amostras quanto na otimização do equipamento de forma a
minimizar os interferentes analíticos.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 – CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS,
FUNDACIÓN CENTRO NACIONAL DEL VIDRIO. El vidrio. Madrid : 1991.
2 – LEE; J. D. Química inorgânica. Edgard Blucher Ltda. São Paulo: 1980. p
156 – 166.
3 – PEREZ, H. Algora. Apuntes de Esmaltes y Colores Cerámicos. Espanha:
Educació I Ciéncia. 1991. p 59 – 67 .
4 - WELZ, B. Atomic Absortion Spectrometry. Berlin: Springer Verlag, 1985. p
275 - 276 .
5 – BERRY, E. Andrew. Determination of boron in glass by Atomic Absorption
Spectrophotometry, Ceramic Bulletin; Vol. 55; nº 6 1976. p 583 - 584
6 – KILROY, W. P. MOYNIHAN, C. T. Atomic Absorption Analysis of
Borosilicate Glass. Analytica Chimica Acta. v 83. 1976. 389 –392 p.
7 – MÁS, F. ESTELA, J. M. CERDÀ V. and OCHANDIO E. Automatic System
for the determination of boron in ceramic frits. J. of Automatic Chemistry ,
v. 13, n.3, p 107-110. May - jun 1991.
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DETERMINATION OF BORON IN COLEMANITE AND ULEXITE BY ATOMIC
ABSORPTION SPECTROMETRRY
ABSTRACT
The chemical element boron occurs in Nature mainly as boric acid (H3BO3),
borax
(Na2B4O7.10H2O),
colemanite
(Ca2B6O11.5H2O)
and
ulexite
(NaCaB5O9.8H2O). Its principal applications are as neutron absorbent in nuclear
chemistry; hardener of metallic leagues; and softening agent for ceramic glasses
and enamels. Furthermore, boron oxide is a basic component of ceramic
enamels. Due to its large use in ceramic industry, it is necessary to quantify
precisely the amount of boron present in samples under analysis. At this point
one will face great difficulties regarding which technique to use, i.e., which kind of
chemical analysis is more appropriate. The most common method for boron
determination is based on complexation using a polyhydroxyl substance and
subsequent titration with a strong base solution. However, it is a long and
laborious method. This work deals with boron determination using atomic
absorption spectrometry in flame (AAS). The technique is fast and has presented
good results.
Word-keys: Colemanite, Ulexite, Ceramic, Analysis, Boron.