A VOLUMETRIA E GRAVIMETRIA
INTRODUÇÃO
No presente trabalho abordarei sobre a Volumetria
e Gravimetria em que a Gravimetria ou Análise Gravimétrica é a análise química
quantitativa que se baseia no cálculo da porcentagem das espécies envolvidas em
uma reacção através da determinação da massa dos reagentes. Para melhor
entender, suponha que você tenha uma amostra de sal de cozinha - NaCl (cloreto
de sódio) - e queira descobrir a percentagem de Cl- (íons cloreto) que
contém a amostra: a Análise Volumétrica desvenda o mistério. Antes de realizar
o experimento é preciso saber algumas particularidades sobre o NaCl. Os sais e
outros grupos de minerais são considerados compostos iónicos porque possuem
íons, a formação do sal de cozinha (cloreto de sódio) se dá a partir de átomos
de sódio (Na) e de cloro (Cl), é a substância que mais representa uma ligação
iônica.
A VOLUMETRIA
E GRAVIMETRIA
Volumetria consiste em um método
de análise
química quantitativa que se fundamenta na medição do volume de solução de um reagente necessário e suficiente para efectuar
determinada reacção. A volumetria é também chamada de titrimetria,
termo oriundo do inglês titration, titulação. A titulação é uma das técnicas utilizadas em volumetria. Em
um processo titulante determina-se o volume de uma solução
"A" que reage com uma outra solução "B" de concentração e volume previamente determinados
(quando a espécie química a dosear é um ácido ou uma base, a volumetria toma o nome de volumetria ou
titulação ácido-base). A
partir desse volume de "A" que reagiu com "B", podemos
determinar a concentração de "A" através da fórmula:
Em
que:
·
Ca = Concentração da
solução "A"
·
Va = Volume da
solução "A"
·
Cb = Concentração da
solução "B"
·
Vb = Volume da
solução "B"
Um indicador é utilizado para indicar quando
a reacção entre A e B se completou, e esse indicador vem a ser escolhido de
acordo com o tipo da reacção química. Por exemplo: quando reagimos NaOH com HCl, devemos utilizar
um indicador ácido-base que irá revelar o momento em que a reacção se
completou.
Reacções de precipitação, oxiredução e complexação demandam seus respectivos tipos de
indicadores. Para que a solução mude de cor ou forme precipitado sempre há um excesso de reagente, que deve ser
determinado através de cálculos antes de se aplicar os dados obtidos da reacção
na fórmula citada acima.
VANTAGENS
E DESVANTAGEM
A volumetria é um método muito mais rápido
que a análise
gravimétrica, é
mais fácil de ser instalado em campo e laboratório e viável economicamente possui
como desvantagens ser um método menos preciso que a análise gravimétrica. A
volumetria exige a padronização das
soluções de
concentração conhecida, sobre a qual se dará fundamentalmente a determinação, e
estas necessitam apresentar a concentração a mais exata possível.
Estas
soluções ditas tituladas necessitam ser estáveis quimicamente, não
apresentar ao longo do tempo significativa modificação química,
caracterizando-se como confiáveis, e estas soluções tituladas dependem de um
padrão ainda mais fundamental, que seriam padrões
primários, substâncias cuja
estabilidade os leva, somada a uma característica de poderem ser medidos com
alta precisão, como por exemplo por determinação de sua massa em balança
analítica, a fornecerem a
padronização de todas as demais soluções a serem utilizadas nas titulações e
análises subsequentes.
Apesar de ser um conjunto de técnicas
relativamente antigas em química analítica, representa significativa economia e
adequada confiabilidade nos laboratórios com menos recursos, podendo
perfeitamente ser aplicada na quantificação da grande maioria de compostos
químicos em diversos
segmentos da indústria e em controle
de qualidade.
Presta-se para o controle tanto de qualidade (teor) de matérias primas, quanto
de intermediários, assim como produtos acabados, e sua precisão supera muitas
vezes as exigências de diversos sectores.
Permite ser realizada, por exemplo, a
depender das concentrações a serem controladas, dispensando-se o uso de buretas precisas, e apenas dispondo-se de seringas, mesmo feitas de polímeros e disponibilizadas em kits práticos, para
uso por profissionais em campo, que não sejam químicos experientes nem mesmo
profissionais com formação superior ou técnica sofisticada.
TIPOS DE VOLUMETRIA
Volumetria por precipitação
Neste
tipo de análise volumétrica ocorre a precipitação dos reagentes envolvidos na
reação, as soluções usadas são de sal de prata e sal de bário. Um exemplo:
quando se usa como solução-padrão a prata (Ag+) e como solução problema
reagentes que contenham os íons Cl- e Br-, o precipitado será um
halogeneto de prata insolúvel (AgBr, AgCl).
Volumetria por neutralização
A
análise neste caso ocorre entre um ácido e uma base. Se for usada uma base como
solução problema, a concentragem da solução é determinada pela adição de um
ácido. Agora, se for um ácido a solução problema, a solução padrão precisa ser
básica para chegar à concentração final. Exemplo: essa análise é usada para
determinar a concentração de NaOH (hidróxido de sódio) que é uma base, através
de uma solução padrão de H2SO4 (ácido sulfúrico) que é ácida.
Volumetria por oxirredução
As
reacções de oxirredução são usadas para dosar soluções. A análise é realizada
através de uma solução redutora e uma solução titulada, por exemplo, pode-se
usar uma solução titulada de permanganato de potássio (KMnO4) para determinar a
concentração de ácido clorídrico em determinada solução, neste caso o ácido
clorídrico funciona como redutor na reacção. Nessa análise os íons presentes
estão em movimento e provocam a oxidação e redução simultaneamente.
DIVISÃO
A volumetria está didáctica e
sistematicamente dividida em quatro tipos, classificados com base no tipo
de reacção
química principal
envolvida na determinação.
·
Volumetria ou
titulação ácido-base:
Baseia-se na reacção de um ácido com uma base. O factor de controle da
realização e finalização da reacção é o pH, que representa a
quantidade de íons hidrogênio (H+) ainda presente no meio reaccional.
Existem titulações ácido-base que não se dão
em meios aquosos, ocorrendo em outros solventes, como o etanol ou o ácido
acético puro. Nestas
titulações, até mesmo os indicadores não são dissolvidos em água.
·
Volumetria
ou titulação de Óxido-Redução ou Redox: este método envolve o uso de agentes oxidantes para a titulação de agentes redutores (e vice-versa). Tem como restrição
básica a necessidade de grande diferença entre os potenciais de oxidação e redução, de modo permitir resultado do andamento e
final da reacção mais nítidos. Tais resultados e andamentos são medidos por
meio de indicadores químicos ou através de diversos métodos de medição
relacionada a corrente eléctrica (métodos eletrométricos), que seriam
indicadores físicos para o comportamento da reacção.
·
Volumetria
de Precipitação: O
agente titulante forma um produto insolúvel, um precipitado com a solução em
análise (o analito). Apesar de ser efectuada com técnicas semelhantes as da
análise gravimétrica, não é limitada pela necessidade de uma massa final
mensurável (em outras palavras, não necessita-se de isolar o precipitado es
secá-lo), podendo utilizar-se de outros parâmetros com seus métodos para a
quantificação dos resultados. Entre estes métodos, utiliza-se a potenciometria (determinação do pH), a condutimetria (determinação
da condutividade
elétrica), a amperometria (determinação
da corrente
elétrica produzida),
ou ainda o método fotométrico (determinando-se a coloração,
pela absorbância por meios eletrônicos).
·
Volumetria
de Complexação: A
reação que utiliza é a complexação, que é a formação de um complexo, preferencialmente colorido, solúvel em água
com o analito, no caso, um íon metálico. Baseia-se, fundamentalmente, em que
muitos íons metálicos formam complexos suficientemente estáveis. Este reagente
complexante muitas vezes é um agente quelante. As reacções envolvidas na determinação e
seu andamento e finalização podem ser controladas pelo pH.
GRAVIMETRIA
A Gravimetria é a medida do campo gravitacional. A
gravimetria é importante quando a magnitude do campo gravitacional ou as
propriedades dos materiais que geram este campo são de interesse em estudos
normalmente relacionados à Geofísica e a Geodésia.
Em química, a gravimetria é uma análise que consiste
na determinação indirecta da massa de um ou mais constituentes de uma amostra.
Antes do RSU, como o papel, o papelão, o
plástico, o metal, a matéria orgânica, dentre outros. Através da análise da
composição deste resíduo, pode-se estimar o potencial de recuperação dos materiais encontrados, identificar
fontes de geração de cada componente, facilitar a escolha do equipamento de
processamento, estimar propriedades térmicas, avaliar a adesão da população a campanhas
já implantadas, identificar o volume gerado de cada material, definir as
possibilidades de destinação de cada parcela e o grau de periculosidade do
resíduo.
A composição dos resíduos sólidos de uma localidade
varia de comunidade para comunidade, de acordo com os hábitos de sua população,
o número de habitantes do local, seu poder aquisitivo, as variações sazonais, o
clima, o padrão de desenvolvimento, o estilo de vida, o padrão de consumo, o
nível educacional, dentre outros factores. Esta multiplicidade de factores
intervenientes na geração dos resíduos faz com que a definição da sua
composição se torne difícil e ao mesmo tempo essencial.
UNIDADES DE MEDIDA
A gravidade normalmente é medida em unidades de
aceleração. No sistema de unidades S.I., a medida de aceleração padrão é igual
a 1 metro por segundo ao quadrado (abreviado como m/s2). Outra
unidade usual é o Gal (abreviatura de Galileu), que é igual a 1 centímetro por
segundo ao quadrado. O miliGal (10−3×Gal) é muito utilizado para
representar pequenas variações do campo gravitacional.
MEDIDA DA ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE
O instrumento que mede a aceleração da gravidade é
conhecido como gravímetro. Em uma de suas formas mais simples, o gravímetro
contém uma mola conectada à um objeto pequeno e compacto (massa de prova). A
atração gravitacional faz com que o objeto se desloque, esticando ou
comprimindo a mola. A mudança de comprimento da mola reflecte a atracção
gravitacional exercida no objecto. Este tipo de gravímetro serve para realizar
medidas relativas, ou seja, medidas que reflectem a diferença na aceleração de
gravidade entre duas posições diferentes. Desta forma, o gravímetro necessita
ser calibrado a partir de medidas onde os valores absolutos da aceleração da
gravidade são conhecidos. O Observatório Nacional oferece
suporte instrumental (Gravímetros e Sismógrafos) e de pessoal à projectos de
pesquisa e desenvolvimento no âmbito da Rede de Estudos Geotectônicos e demais
projectos julgados de interesse.
Os valores de aceleração de gravidade absolutos são
determinados por gravímetros absolutos, que utilizam uma massa de prova dentro
de um tubo no qual quase todo o ar é retirado, formando um vácuo. A massa de
prova, neste caso, sofre queda-livre. Nos gravímetros absolutos modernos, a
posição é medida com um interferômetro a laser e o tempo é medido com um
relógio atômico. Esses gravímetros fornecem precisão de até 0,002 mGal e
costumam ser bem mais caros do que os relativos.
A maioria dos gravímetros relativos modernos possuem
molas de quartzo especialmente fabricadas para sustentar a massa de prova.
Essas molas são chamadas de molas de "comprimento-zero" e não
obedecem a Lei de Hooke. Em vez disso, ela é
pré-tensionada pelo fabricante, fazendo com que a força seja proporcional ao
seu comprimento.
APLICAÇÕES EM OUTRAS
ÁREAS
As medidas de aceleração da gravidade são utilizadas,
por exemplo, em estudos Geofísicos para determinar a densidade das rochas, cálculos
da ondulação do geoide e em estudos geodinâmicos, nos quais o interesse
é mapear a mudança do campo gravitacional terrestre com o tempo. Nestes casos
as medidas podem atingir precisões da ordem de microGals. Normalmente, antes da
interpretação dos valores medidos pelos gravímetros estes devem ser corrigidos
da influência da topografia, usando um Modelo Digital de Terreno e também da
variação com a latitude, causada pela forma elipsoidal da Terra. Esta última
influência é corrigida pela remoção da aceleração da gravidade na superfície de
um elipsoide que melhor se ajusta à forma da Terra, conhecida como gravidade
teórica ou gravidade normal e definida por um modelo matemático. Os valores obtidos
após as correções são chamados de anomalias gravimétricas as quais são causadas por variações de
densidade, de forma e de profundidade das rochas ou de outros objetos que
encontram-se abaixo da superfície.
ANÁLISE
GRAVIMÉTRICA
A análise gravimétrica é de
fácil utilização, suas principais vantagens são o fato de ser simples tanto em
questão de aparelhagem quanto em cálculos finais e extremamente precisa quando
realizada com cuidado, mais porem sua realização é demorada e com possíveis
erros acumulativos (um erro vai acumulando juntamente com outro, formando uma
cadeia de erros).
A análise gravimétrica tem por
finalidade a obtenção de substâncias mais puras possíveis de uma mistura,
através de vários processos de transformação da mistura, assim podendo separar
os constituintes da mistura, e deixar qualquer um deles o mais puro possível,
utilizando-se a massa da substancia pura para determinar quanto desta tinha na
amostra.
Pode-se descobrir a quantidade de
determinada amostra em uma mistura de forma indirecta pela massa, separando e
purificando a substância química, e usando de cálculos estequiométricos para
calcular a sua massa ou sua quantidade real na determinada mistura. Seus
cálculos são baseados nos peso atómicos e peso molecular.
A análise gravimétrica é um nome geral
para esse tipo de separação de misturas, podendo ser usadas varias técnicas
para realização desta análise.
EX: precipitação química, eletrodeposição,
volatilização ou Extracção.
Precipitação
Química
É adicionada a amostra uma substância a
qual reage com a amostra, com a finalidade de formar um precipitado que separe
da amostra a substancia a qual se quer purificar. Para uma maior
purificação os precipitados devem ser insolúveis na grande maioria dos
solventes, não reagir com o ar ou água e ser fácil de filtrar.
Volatilização
Só pode ser feito na amostra se a
substancia a qual se quer purificar for à única volátil. Pode ser de maneira
direta ou indireta. Direta quando evaporamos a substancia em questão e usamos
outra para absorvê-la previamente pesada, após a evaporação e absorção da
substancia em questão pesa-se a substância absorvedora e o seu ganho de peso
indica o volume da substância em questão, e de maneira indireta quando
evaporamos a substancia em questão e a massa que sobra é pesada, notando assim
que o desfalque de massa é a substancia em questão que evaporou.
CONCLUSÃO
Conclui-se então que a análise
volumétrica, também conhecida como volumetria, tem por objectivo descobrir
a concentração em mol/L de uma determinada solução. Para tal, utiliza-se um
conjunto de métodos que já foram testados por vários analistas e que oferecem
resultados rápidos, seletivos e específicos. Para cada finalidade usa-se um
tipo específico de método indicado oficialmente pela comunidade científica como
o mais adequado. No entanto, em indústrias químicas de médio e pequeno porte e
em laboratórios, a técnica de análise volumétrica mais utilizada é
a titulação. Nas grandes indústrias e em grandes centros de pesquisa, essa técnica
não é utilizada porque já existem aparelhos de última geração que fazem as
análises das especificidades dos produtos automaticamente.
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