exp 7. análise química ii - IQ-USP

QFL 4020 – Química Geral II
Roteiros de Laboratório 2011
EXP 7. ANÁLISE QUÍMICA II
OBJETIVOS
•
Utilizar técnicas de análise gravimétrica e titulação redox para determinar a
composição de uma amostra de oxalato de cobalto hidratado.
TAREFA PRÉ-LABORATÓRIO
•
•
•
Ler atentamente o roteiro do experimento.
Elabore os cálculos necessários para a preparação das soluções de ácido
sulfúrico e permanganato de potássio, conforme descrito roteiro. Descreva
passo a passo a preparação das soluções a partir dos reagentes comerciais e
das vidrarias disponíveis no laboratório.
Represente todas as operações na forma de um fluxograma do experimento.
INTRODUÇÃO
1. Sais hidratados
Compostos que contêm água em sua composição, podem possuí-la em
proporção definida ou variável. Se a quantidade de água for variável, a substância
pode estar simplesmente úmida, ou a água pode estar localizada em canais, como por
exemplo, em zeólitas. É possível ainda que se tenha uma mistura de hidratos. Se a
substância possui uma quantidade definida, invariável, de água, ela é denominada
hidrato, e a água ocupa sítios bem definidos na estrutura cristalina. Alguns hidratos
comuns são: bórax (Na2B4O7⋅10H2O), sal de Epsom (MgSO4⋅7H2O) e sulfato de cobre
(CuSO4⋅5H2O).
Sob condições apropriadas, a maioria dos sais hidratados pode ser
desidratada, formando um sal hidratado com menor quantidade de água ou um sal
anidro. Por exemplo, quando o mineral gipsita é aquecido acima de 160 °C, ocorre a
desidratação para formar o gesso de Paris: CaSO4⋅2H2O CaSO4⋅1/2H2O + 3/2H2O
Esta reação é reversível, e o endurecimento do gesso pode ser atribuído à sua
reidratação com a formação de gipsita cristalina.
O equilíbrio entre a forma hidratada e a forma anidra é influenciado pela
temperatura do sistema, bem como pela umidade relativa. Sais capazes de sofrer
hidratação reversível são frequentemente empregados no controle da quantidade de
umidade no ar. Sais anidros usados como dessecantes (agentes de secagem) incluem
CaSO4, CaCl2 e Mg(ClO4)2.
2. Decomposição térmica do oxalato de cobalto hidratado
Em geral, os sais hidratados podem ser total ou parcialmente desidratados
quando aquecidos a temperaturas suficientemente elevadas. Assim, pode-se imaginar
que a quantidade de água pode ser determinada através da pesagem simples do
material antes e depois do aquecimento. Infelizmente, esta técnica não é possível
quando a decomposição térmica resulta em compostos voláteis diferentes da água.
Oxalatos metálicos, por exemplo, geralmente se decompõe sob aquecimento,
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produzindo CO ou CO2 gasosos e o metal ou óxido metálico. Este é o caso do oxalato
de cobalto, que se decompõe em Co3O4 quando aquecido em um cadinho na chama
de um bico de Bunsen. Conhecida a fórmula do óxido resultante, é possível determinar
a massa de cobalto presente em uma amostra de Co3O4. Você pode então usar a
massa de cobalto e a massa da amostra original para calcular a porcentagem de Co
no oxalato de cobalto hidratado.
3. Determinação de oxalato
A reação utilizada na determinação volumétrica de oxalato é:
5C2O42-(aq) + 2MnO4-(aq) + 16H+(aq) → 10CO2(g) + 2Mn2+(aq) + 8H2O(l)
Não há necessidade de indicador, já que a presença de excesso de MnO4-, que
possui forte coloração violeta, é facilmente visível. Assim, observa-se no ponto final
uma mudança de coloração de incolor para rosada ou violeta. Porém, a presença de
íons Co2+, que apresentam coloração rosa-alaranjada em solução, pode dificultar a
detecção do ponto final. Nestes casos, o ponto final é indicado por uma mudança de
cor de rosa-alaranjado para rosa-violeta.
A reação entre íons permanganato e íons oxalato tende a ser bastante lenta,
especialmente no início, e por este motivo a solução de oxalato é aquecida a 60 °C e
mantida a esta temperatura durante a titulação. A solução não pode ser fervida, pois o
oxalato poderia se decompor em temperaturas mais altas. A primeira adição de
permanganato tornará a solução violeta por algum tempo, pois a reação com oxalato é
lenta mesmo a 60 °C. Seja paciente, espere a solução descolorir após cada
adição de permanganato antes de uma nova adição, ou poderá ocorrer a
precipitação de óxido de manganês.
À medida que a titulação prossegue, a solução irá sofrer descoloração cada
vez mais rapidamente. Isto ocorre porque o Mn2+ formado atua como catalisador da
reação. No ponto final da reação, a adição de uma gota de solução de permanganato
levará a uma mudança permanente da coloração rosa para violeta, pois não haverá
mais oxalato disponível para reduzir o permanganato.
4. Determinação da água
Como vimos acima, o aquecimento do oxalato de cobalto hidratado não leva à
simples eliminação da água de hidratação. Porém, a porcentagem de água no
composto pode ser calculada por diferença, ou seja, subtraindo-se a porcentagem de
cobalto e oxalato de 100%.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1. Preparação de soluções
Para a determinação de oxalato, será necessário preparar as seguintes
soluções:
•
ácido sulfúrico 0,5 mol L-1
•
permanganato de potássio 0,02 mol L-1
Prepare 250 mL de cada uma destas soluções.
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2. Padronização da solução de permanganato de potássio
Pese 0,16 g de oxalato de sódio e anote o valor pesado. Transfira cuidadosamente
para um erlenmeyer de 250 mL, dissolva com 50 mL de solução de H2SO4 0,5 mol L-1
e aqueça a 60 °C. Titule com a solução de permanganato até observar uma coloração
rosa-violeta fraca, persistente por mais de 30 segundos. Repita a padronização e,
usando a média dos valores obtidos, calcule a concentração molar da solução de
KMnO4.
2. Determinação de cobalto
Tare um cadinho em balança analítica, e pese cerca de 0,3 g do oxalato de cobalto
hidratado, anotando o valor. Coloque o cadinho com a amostra sobre um triângulo de
porcelana preso a um tripé de ferro, e aqueça ao rubro o cadinho com a amostra
usando um bico de Bunsen até que haja a decomposição da amostra a Co3O4, que é
um sólido preto estável. Deixe o cadinho esfriar e determine a massa do cadinho com
o resíduo da calcinação. Calcule a porcentagem em massa de cobalto na amostra
original. Repita o procedimento.
3. Determinação de oxalato
Pese 0,3 g de oxalato de cobalto hidratado e transfira para um erlenmeyer de 250
mL. Adicione 50 mL de H2SO4 0,5 mol L-1, agite para dissolver o sólido, e aqueça a 60
°C. Titule com a solução de permanganato de potássio até observar o ponto final.
Repita a titulação, e use o valor médio obtido para calcular a porcentagem em
massa de oxalato na amostra.
4 Determinação da água
Conhecendo a porcentagem de cobalto e de oxalato no seu material, calcule, por
diferença, a porcentagem de água presente no oxalato de cobalto hidratado que você
sintetizou. Use estes valores para propor uma fórmula química para o produto
sintetizado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 - T.L. Brown, H.E. LeMay Jr., B.E. Bursten e J.R. Burdge, Química – a ciência
central, Pearson-Prentice Hall, São Paulo, 9ª. ed., 2005.
2 - A.I. Vogel, Química Analítica Qualitativa, Ed. Mestre Jou, São Paulo, 1981.