Análise Química Aplicada

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1 Análise Química Aplicada Fundamentos de Potenciometria Profº Msc. Wesley de Paula

2 Análise Química Aplicada Introdução Técnica baseada na medida dos potenciais desenvolvidos em uma célula eletroquímica, na ausência de correntes elétricas apreciáveis. Materiais necessários: Eletrodo de Referência; Eletrodo Indicador (ou de trabalho); Dispositivo de medida do potencial. Princípios Gerais: A Figura 1 exibe uma célula típica para análise potenciométrica. Essa célula pode ser representada por:

3 Análise Química Aplicada Figura 1: Uma célula para determinações potenciométricas.

4 Análise Química Aplicada Eletrodos de Referência Eletrodo de Referência ideal Quanto ao potencial: Conhecido; Constante; Insensível à composição da solução em estudo. Quanto às características operacionais: Reversível e obedecer à Equação de Nernst; Retornar ao seu potencial original após ser submetido a correntes pequenas; Exibir baixa variações sob ciclos de temperatura.

5 Análise Química Aplicada Eletrodos de Referência Eletrodos de Calomelano Saturado ECS Formado por Hg; Esta em contato com solução saturada de Hg 2 Cl 2 ; Representação esquemática: X = concentração molar do KCl. Obs.: 1 - Por convenção IUPAC, um eletrodo de referência é SEMPRE escrito como um ânodo; 2 - O termo saturado no eletrodo de calomelano saturado refere-se à concentração de KCl e não à concentração do calomelano; 3 - O eletrodo de calomelano saturado (ECS) é o mais amplamente utilizado porque pode ser facilmente preparado; 4 - Sua principal desvantagem é que ele é mais dependente da temperatura que os eletrodos que empregam soluções 0,1 e 1,0 mol /L.

6 Análise Química Aplicada Vantagens e Desvantagens do ECS Vantagens: Fácil preparação; Potencial constante; Desvantagens: Em mudanças de temperatura, a estabilização do E é muito lenta; Coeficiente de temperatura elevado; Maior ΔT, maior ΔE. Figura 2: A estrutura do cristal de calomelano, Hg 2 Cl 2, que tem solubilidade limitada em água (K ps = 1, C). Observe a ligação Hg-Hg na estrutura. Existem consideráveis evidências de que um tipo de ligação similar ocorre em soluções aquosas e então o mercúrio(i) é representado como..

7 Análise Química Aplicada A reação do eletrodo na meia-célula de calomelano é: Figura 3: Diagrama de um eletrodo de calomelano saturado comercial típico. Figura 4: Um eletrodo de calomelano saturado construído a partir de materiais prontamente disponíveis em qualquer laboratório.

8 Análise Química Aplicada Eletrodos de Referência de Prata/Cloreto de Prata : Figura 5: Diagrama de um eletrodo de prata/cloreto de prata mostrando as partes do eletrodo que produzem o potencial do eletrodo de referência E ref e o potencial de junção E j. Obs.: Agar, disponível na forma de flocos translúcidos. As soluções de agar preparadas em água quente formam um gel quando são resfriadas.

9 Análise Química Aplicada Potenciais de Junção Líquida Um potencial de junção líquida se desenvolve através da interface entre duas soluções eletrolíticas que tenham composições diferentes. Tanto os íons hidrogênio como os íons cloreto tendem a se difundir nessa interface a partir da solução mais concentrada para a solução mais diluída. A força que direciona cada íon é proporcional às diferenças das atividades das duas soluções. A atividade de uma espécie a X está relacionada à concentração de X em mol/ L pela Equação: em que é o coeficiente de atividade de X, um parâmetro que varia com a força iônica da solução. Figura 6: Representação esquemática de uma junção líquida mostrando a fonte do potencial de junção E j. O comprimento das setas corresponde às mobilidades relativas dos íons.

10 Análise Química Aplicada Eletrodos Indicadores São basicamente de dois tipos: Eletrodos metálicos; Eletrodos de membrana; Eletrodo indicador ideal: Resposta rápida e reprodutível; Seletivo ao íon analisado; É conveniente classificar os eletrodos indicadores metálicos como: Eletrodos do primeiro tipo; Eletrodos do segundo tipo; Eletrodos redox inertes.

11 Análise Química Aplicada A EQUAÇÃO DE NERNST E A POTENCIOMETRIA Determinação da concentração de uma espécie iônica através da medida do potencial: O exemplo clássico é a montagem de uma pilha; Obs.: Para um bom contato elétrico, o fio de prata e o de cobre têm que estar bem polidos. De acordo com as recomendações da IUPAC, deve-se descrever esquematicamente a pilha do seguinte modo:

12 Análise Química Aplicada A EQUAÇÃO DE NERNST E A POTENCIOMETRIA Calcular a concentração do cobre, utilizando a equação de Nernst: Conceitos importantes para esse cálculo: Eletrodo indicador em contato com a solução de concentração desconhecida; Eletrodo referência em contato com a solução de concentração conhecida; Obs.: Os potenciais padrão só são válidos em 25 C e 1 atm, o que nem sempre é o caso. O fator de Nernst (59,15/n) é teórico, só vale também para 25 C, e não é seguido por todos os eletrodos. Os eletrodos utilizados (metálicos) sofrem interferência do oxigênio dissolvido na água, pois ele é um bom agente oxidante.

13 Análise Química Aplicada EXEMPLO 1: A partir do E lido determine a concentração do analito nos casos a seguir: a) Eletrodo indicador: fio de prata polido e imerso na solução-problema. Eletrodo de referência: fio de platina imerso em uma mistura. Sabemos que o E lido foi de -505 mv. Resolução:

14 Análise Química Aplicada EXEMPLO 1: A partir do E lido determine a concentração do analito nos casos a seguir: b) Eletrodo indicador: fio de prata polido e imerso na solução-problema. Eletrodo de referência: fio de platina imerso em uma mistura Fe +2 /Fe +3 (0,100 mol/l). E lido = -126 mv. E (Ag) = 799 mv E (Fe) = 777 mv c) Eletrodo indicador: fio de prata polido e imerso na solução-problema. Eletrodo de referência: fio de platina imerso em uma mistura Pb o /Pb +2 (0,100 mol/l). E lido = -180 mv. E (Ag) = 799 mv E (Pb) = 133 mv

15 Análise Química Aplicada INTRODUÇÃO À QUÍMICA AMBIENTAL A natureza da Química Ambiental Produtos Químicos Tóxicos Abordagens para Prevenção da Poluição Potenciometria na Analise de Produtos Químicos

16 Análise Química Aplicada INTRODUÇÃO À QUÍMICA AMBIENTAL Como se deu o desenvolvimento da atmosfera terrestre? Qual a idade do nosso planeta? Será que a nossa atmosfera sempre teve a mesma composição em termos dos gases que a compõem? Ao analisar a nossa atmosfera atual, seria possível afirmar que a mesma se encontra em equilíbrio? Seria a atmosfera primitiva do nosso planeta mais oxidante ou mais redutora do que atual? Como nos adaptamos a esta atmosfera tão impactante?

17 ATMOSFERA TERRESTRE Termosfera: até 500 km Energia da radiação Mesosfera: até 85 km Estratosfera: até 50 km Troposfera: 10 a 16 km Terra

18 COMPOSIÇÃO DO AR O QUE TEMOS NO AR? nitrogênio oxigênio outros gases Argônio dióxido de carbono O AR É COMPOSTO, BASICAMENTE, DE NITROGÊNIO E OXIGÊNIO

19 PRINCIPAIS ESPÉCIES ENCONTRADAS [O] >> [O 2 ] O 2+, O +, NO + Energia da radiação O 2+, NO + O 3 N 2, O 2, CO 2, H 2 O Terra

20 ESPECTRO SOLAR

21 RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA UVA: nm não é absorvido por nenhum dos constituintes atmosféricos participa do processo de bronzeamento UVB: nm fortemente absorvido pelo ozônio maiores danos à pele: queimaduras, câncer UVC: nm totalmente absorvido pelo ozônio

22 CONSIDERAÇÕES A radiação solar é benéfica e essencial para a vida na Terra; A exposição excessiva ao UV pode, entretanto, trazer graves malefícios (queimaduras, câncer, foto-envelhecimento);

23 QUALIDADE DO AR Inventário das fontes de poluição Condições climáticas e geomorfológicas Monitoração da qualidade do ar Padrões de qualidade do ar Métodos de amostragem e analíticos Fontes móveis de emissão Fontes fixas de emissão

24 INVENTÁRIO DAS FONTES DE POLUIÇÃO O inventário procura identificar as principais fontes de poluição, fixas (chaminés) e móveis (frota automotiva), além de computar os tipos e quantidades de poluentes emitidos pelas mesmas. Exemplo: Frota automotiva Frota atual no Brasil: 23 milhões (1 veículo/8 hab) Idade média da frota: 8 anos A RMSP concentra 35 % da frota (1 veículo/2,2 hab)

25 PRINCIPAIS CLASSES DE POLUENTES Compostos de enxofre: SO 2, SO 3, H 2 S Compostos orgânicos: HC, álcoois, cetonas, aldeídos, ácidos Halogenados: HCl e HF CO e CO 2 Compostos de nitrogênio: NO, NO 2, HNO 3, NH 3 Material particulado (sólido ou líquido) Ozônio e outros oxidantes fotoquímicos (PAN e aldeídos) como poluentes secundários

26 Fontes Poluentes Variáveis do ar Condicionado Temperatura Umidade Ruído Taxa de Renovação Velocidade do Ar Fonte: Revista da Brasindoor N o 9

27 Fontes Poluentes Contaminantes Químicos Dióxido de carbono Monóxido de Carbono Dióxido de Nitrogênio Formaldeído Ozônio Compostos Orgânicos Produtos de limpeza Inseticidas Chumbo Variáveis do ar Condicionado Temperatura Umidade Ruído Taxa de Renovação Velocidade do Ar Fonte: Revista da Brasindoor N o 9

28 Fontes Poluentes Contaminantes Físicos Fibras Minerais Poeira de Sílica Poeiras Genéricas Contaminantes Químicos Dióxido de carbono Monóxido de Carbono Dióxido de Nitrogênio Formaldeído Ozônio Compostos Orgânicos Produtos de limpeza Inseticidas Chumbo Variáveis do ar Condicionado Temperatura Umidade Ruído Taxa de Renovação Velocidade do Ar Fonte: Revista da Brasindoor N o 9

29 Fontes Poluentes Contaminantes Biológicos Contaminantes Físicos Contaminantes Químicos Variáveis do ar Condicionado Vírus Fibras Minerais Dióxido de carbono Temperatura Fungos Poeira de Sílica Monóxido de Carbono Umidade Bactérias Poeiras Genéricas Dióxido de Nitrogênio Ruído Protozoários Formaldeído Taxa de Renovação Artrópodes Algas Ozônio Compostos Orgânicos Velocidade do Ar Produtos de limpeza Inseticidas Chumbo Fonte: Revista da Brasindoor N o 9

30 Potenciometria na Analise de Produtos Químicos Titulação Potenciométrica Numa titulação potenciométrica, a medida do potencial de um eletrodo indicador é usada para acompanhar a variação da concentração da espécie iônica envolvida na reação para detectar o ponto de equivalência. Esquema típico para titulação potenciométrica

31 Aplicações da Titulação Potenciométrica Reações de neutralização : Titulação Potenciométrica : de um Ácido Fraco com uma Base Forte: Exemplo1: Calcular o ph inicial na titulação de 50,00 ml de ácido acético 0,100 mols/l com NaOH 0,100 mols/l? Dados: Ka = 1, Resposta: ph = 2,87 Exemplo2: Qual é o ph quando 30,00 ml de NaOH 0,100 mols/l é adicionado a 50,00 ml de ácido acético 0,100 mols/l? Dados: Ka = 1, Resposta: ph = 4,92 Exemplo 3: Qual é o ph no ponto de equivalência quando 50,00 ml de ácido acético 0,100 mols/l são titulados com NaOH 0,100 mols/l? Ka = 1, ; Kw = Resposta: ph = 8,72