Métodos Clássicos de Separação

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Sonia Carlos de Miranda
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1 Analítica V: Aula 8 Métodos Clássicos de Separação ATENÇÃO À SEQUENCIA DAS PRÁTICAS: Prof. Rafael Sousa Departamento de Química - ICE rafael.arromba@ufjf.edu.br Notas de aula:

2 Plano de aula Importância da extração química nos procedimentos de análise Etapas deum processo de extração Oprocesso de destilação e exemplos para substâncias inorgânicas Aextração com solvente(extrações líquido-líquido e sólido-líquido) líquido) Exemplos de reações de precipitação e de precipitação fracionada Questões para estudo

$líquido) Exemplos de reações de precipitação e de precipitação fracionada Questões$

3 Métodos Clássicos de Separação Precipitação Extração com solvente Destilação Evaporação Separar umou mais componentes de uma matriz (amostra)

4 O que extrair ou separar? ANALITO UM COMPONENTE? AMOSTRA? VÁRIOS COMPONENTES INTERFERENTE Possibilidades: separar os ANALITOS ou os INTERFERENTES pré-concentração

5 Mas o que é interferência? NH 4+ interfere na determinação de K + com cobaltonitrito 3K + + Co(NO 2 ) 3-6 K 3 Co(NO 2 ) 6 (s) 3NH Co(NO 2 ) 6 (NH 4 ) 3 Co(NO 2 ) 6 (s) Se presente, a espécie NH 4+ precisa ser eliminada antes do teste com o reagente precipitante (EVAPORAÇÃO) parênteses : Existem casos em que a interferência pode ser eliminada adicionando-se um agente mascarante Ex:Adição de PO 3-4 para mascarar Fe 3+ na determinação espectrofotométrica de MnO - 4

) 6 (NH 4 ) 3 Co(NO 2 ) 6 (s) Se presente, a espécie NH 4+ precisa ser eliminada antes do teste com o reagente

6 As etapas da extração/ separação Precipitação Extração com solvente Formação de um sólido Formação de um sistema de DUAS FASES Adição de um solvente imiscível no meio Filtração Separação mecânica das duas fases Divisão de líquidos (funis de separação) Analisar a FASE de interesse

um solvente imiscível no meio Filtração Separação mecânica das duas

7 As etapas da extração Destilação Evaporação Formação de um sistema de DUAS FASES Processo de aquecimento Separação física de um ou mais componentes Processo de aquecimento Analise da fração (fase) que contem o componente de interesse

física de um ou mais componentes Processo de aquecimento

8 1.Separação por destilação Definição:destilação é o processo no qual duas ou mais substâncias são separadas através do aquecimento Condição: as substâncias apresentem temperaturas de ebulição diferentes A (l) B (l), T1 A (g), T2 T2 T1 B B (g) Ex: Destilação do petróleo(gasolina, óleo diesel, etanol...) Mais comum para separar substâncias orgânicas Exemplos para substâncias inorgânicas: Alguns metais(sbe Sn), As, C, N, Se e os halogênios (formam compostos voláteis após reações específicas )

Ex: Destilação do petróleo(gasolina, óleo diesel, etanol.

9 Separação por destilação Função: purificar e separar substâncias Etapas:evaporação,(condensação) e coleta da fração separada Tipos:simples, simples, fracionada e a vácuo Limitações: separação de azeótropos (difícil)

$Tipos:simples, simples, fracionada e a vácuo http://ciencia.hsw.uol.$

10 Separação por destilação Halogênios em sol. aquosas forma elementar ou compostos voláteis Oxidação seletiva seguida de destilação SiO 2 Ex: : F - + HClO 4 H 2 SiF 6.H 2 O (g) ác. hexafluorsilícico Enxofre H 2 S a partir de reação com ácidos Ex: : S H + H 2 S (g) Nitrogênio NH 4+ volatiliza como NH 3 em sol. alcalinas NO 3- pode ser convertido à NH 3 (liga de Devarda: ABNT NBR 7126)

11 Separação por destilação Carbono de carbonatos forma CO 2 (g) após reação com ácidos Ex: : CO H + <H 2 CO 3 > H 2 O + CO 2 (g) Alguns metais(sbe Sn), As Volatilizam-se como cloretos (Podem ser separados de outros elementos e entre si) As (III) + 3Cl - H + Cl 3 As (g)

Alguns metais(sbe Sn), As Volatilizam-se como cloretos (Podem ser

12 EXERC 1: EXERC 1: Descreva um procedimento para a eliminação de NH 4 + em uma solução de amostra, empregando solução de NaOH. Justifique sua resposta com reações.

13 2. Extração com solvente (Extração líquido-líquido) Baseada na diferença de solubilidade entre duas substâncias em relação A DOIS SOLVENTES, geralmente águae um solvente orgânico OCORRE transferência de um soluto de uma fase para a outra funil de separação Sistema DESCONTÍNUO (batelada) - Técnica simples - Temperatura ambiente - A substância separada ainda pode ser tratada (purificada, pré-concentrada, etc)

um soluto de uma fase para a outra funil de separação Sistema DESCONTÍNUO (batelada) - Técnica simples

14 Uso: separação e purificação de substâncias Substâncias mais polares ou iônicas fase aquosa Substâncias mais apolares fase orgânica Coeficiente de partição (Coeficiente de distribuição, K D ) É a constante de equilíbrio para a solubilidade de um composto em um solvente 1 em relação a um solvente 2 : K D = C 1 /C 2 C 1 e C 2 são as solubilidades, NO EQUILÍBRIO, do composto nos solventes 1 e 2 Número alto de K Número alto de K D : grande parte do soluto irá ser transferida para o solvente 1

composto em um solvente 1 em relação a um solvente 2 : K D = C 1 /C 2 C 1 e C 2 são as solubilidades, NO EQUILÍBRIO, do

15 Na 7ª prática Calcular o K para o I D 2entre: Água / éter Água/ diclometano Água / tetracloreto de carbono OBJETIVO: mostrar se identifica o melhor solvente (maior valor de K D )

16 Eficiência da extração (K D ): Lei da distribuição de Nernst Mesmo em casos onde K D é bastante alto, é mais eficiente se realizar sucessivas extrações usando volumes pequenos, em vez de uma única extração com um volume maior Na prática de hoje(comparação entre solventes diferentes): Trabalhar de forma padronizada: MESMO VOLUME DE AMOSTRA (5 ml) + MESMO VOLUME DE SOLVENTE (10 ml)

única extração com um volume maior Na prática de hoje(comparação entre solventes diferentes):

17 Extração líquido-líquido de espécies inorgânicas (metais) Formação de quelatos metálicos (atentar para o ph do meio durante à extração) Exemplos de aplicações Extração de vários metais (Al, Be, Ce, Co(III), Ga, In, Fe...) Acetilcetona(quelante) + CCl 4 (solvente) Extração de Nie Pd Dimetilglioxima(quelante) + HCCl 3 (solvente) Vários outros quelantes: Cupferron, difeniltiocarbazona, dietilditiocarbamato de sódio...

18 Sólido-líquidolíquido para substâncias orgânicas no sólido Sólido-líquido líquido para substâncias inorgânicas no sólido (mais efetiva) Uma das fases é um sólido, aonde se encontra o soluto Uma ou mais substâncias vão passar para a fase líquida Ex cotidiano:preparação de bebidas como cháe café Extrator de Soxhlet: Solvente destilado contendo a(s) substâncias extraídas Sistema CONTÍNUO Sólido + solvente Ex. indústria: análise inorgânica de solos e fertilizantes s (elementos minerais e ânions)

Ex cotidiano:preparação de bebidas como cháe café Extrator de Soxhlet: Solvente destilado contendo a(s) substâncias

19 EXERC 2: EXERC 2: O que é um extrator de Soxhlet? Explique como o mesmo funciona.

20 Separação por precipitação Forma-se um SÓLIDO contendo o analito na solução de amostra (sal iônico) Agentes precipitantes Para íons metálicos: OH -, S 2 - e CO CO 3 2- O precipitado é retirado da solução por filtração

precipitantes Para íons metálicos: OH -, S 2 - e CO CO

21 Separação por precipitação EX: REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO DE METAIS COM HIDRÓXIDO: M n+ + n OH - Mn(OH) n (s) COM SULFETO: M n+ + S 2- M 2 S n (s) COM CARBONATO: M n+ + CO 2-3 M 2 (CO 3 ) 2 (s) TODAS dependem do ph Objetivo: formar precipitados seletivamente PRECIPITAÇÃO CONTROLADA (OU FRACIONADA) Controle da concentração da espécie precipitante, que é adicionada à solução de amostra

22 Na precipitação fracionada É possível precipitar um íon específico em uma solução contendo outros íons que também precipitam Equilíbrio de precipitação das espécies envolvidas Ex: É possível separar Hg(I)de Pb(II) (II)precipitando o Hg(I)com I - : Hg 2 I 2 (s) PbI 2 (s) Hg I -, K s0 = 4, Pb I -, K s0 = 7, K s0 Hg 2 I 2 << K s0 PbI 2 Por isso é possível (teoricamente) precipitar todos os íons Hg(I) sem interferência do Pb(II) Na prática uma pequena fração de Pb(II) co-precipita com o Hg 2 I 2

23 Entendo melhor... a precipitação é o inverso da solubilização BaSO 4 (s) k H2O Ba 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) Dissolução ocorre até que a solução fique saturada (depende da temperatura) Estabelecem-se equilíbrios do tipo: C y A x (s) k H2O y C x+ (aq) + x A y- (aq) k = [C x+ ] y [A y- ] x [CA (s) ] ou k S0 = [C x+ ] y [A y- ] x Produto iônico Unidade estequiometria do sal: K s0 BaSO 4 = 1, mol 2.L -2

24 A relação entre SOLUBILIDADE esaturação SE [C x+ ] y [A y- ] x < K s0 CA (s) solução não saturada Ainda é possível dissolver mais sal OU Adicionar mais A y - para poder precipitar C x+ SE [C x+ ] y [A y- ] x > K s0 CA (s) solução saturada Não é mais possível dissolver o sal Qualquer quantidade de sal que for adicionada ficará na forma sólida OU Adicionar mais A y - até que não ocorra mais a formação de prec.

25 Entendendo o produto de solubilidade EXERC 3: Calcular a concentração de OH - necessária para precipitar Mg(OH) em uma solução contendo 0,01 mol L - 1 de Mg 2+, sendo 5, mol 3 L - 3 o K s0 do Mg(OH) (OH) 2 (s). (OH) 2 (s)

26 Ex: análise baseada na precipitação fracionada: identificação de Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+ e Ba 2+ Amostra Sólida 10 gotas de H 2 O Precipitação incompleta Aquecer Aquecer t=5 min 5 gotas de HCl 6 M gotas de NH 4 OH 6M sob agitação até meio básico 15 gotas de (NH 4 ) 2 CO 3 1,5 M agitar 15 gotas de (NH 4 ) 2 CO 3 1,5 M agitar Líquido Sobrenadante Centrifugar Precipitado testar se a precipitação foi completa Testar se a precipitação foi completa gotas de (NH 4 ) 2 CO 3 2 gotas HCl 6 M 3 gotas NaH 2 PO 4 0,3 M NH 4 OH 6 M Ppt branco forma de estrela (MgNH 4 PO 4.6H 2 O) Magnésio positivo Centrifugar Precipitado Lavar com Água Quente Desprezar o líquido Sobrenadante Ca 2+,Sr 2+ eba 2+ Precipitam como MCO 3

27 Referências Ohweiler, O. A., Química Analítica Quantitativa, vol. 1, 2ª Ed, Livros Técnicos e Científicos Editora: Rio de Janeiro,1980 Jeffery, G. H. e col, Vogel Análise Química Quantitativa, 5ª Ed, Livros Técnicos e Científicos Editora: Rio de Janeiro, 1992 Atkins, P. W., Physical Chemistry, 6 th Ed, Oxford University Press:Oxford, 1998 Harries, D. C., Análise Química Quantitativa, 7ª Ed, Livros Técnicos e Científicos Editora: Rio de Janeiro, 2008 MAS A TENDÊNCIA ATUAL: Técnicas instrumentais para separação e análise (próximas aulas)

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