DEPARTAMENTO DE QUÍMICA UFJF QUI102 Metodologia Analítica

Transcrição

1 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA UFJF QUI102 Metodologia Analítica OTIMIZAÇÃO DE UM MÉTODO ESPECTROFOTOMÉTRICO PARA QUANTIFICAÇÃO DE FERRO Data do experimento: Grupo: Objetivo: Estudar as propriedades colorimétricas de dois sistemas de complexação para o íon ferro, a fim de avaliar a possibilidade de sua utilização na determinação espectrofotométrica deste elemento. Introdução teórica: Os critérios para uma análise espectrofotométrica satisfatória são: (a) Especificidade da reação colorimétrica: Seletividade da reação. (b) Proporcionalidade entre a cor e a concentração: É desejável que o sistema siga a lei de Beer. (c) Estabilidade da cor: A cor produzida deve ser suficientemente estável para permitir a obtenção de uma leitura adequada. (d) Reprodutibilidade: O processo colorimétrico deve ter resultados reprodutíveis em condições experimentais específicas. (e) Limpidez da solução: A solução deve ser isenta de precipitado sempre que se faz comparação com um padrão límpido. (f) Alta sensibilidade: É desejável quando se trata da determinação de quantidades diminutas, que a reação colorimétrica seja altamente sensível. O Ferro(III) reage com o tiocianato para dar uma série de compostos intensamente coloridos, já o Fe(II) não reage. Dependendo da concentração do tiocianato pode ser obtida uma série de complexos, estes são vermelhos e podem ser formulados como [Fe(SCN) n ] 3-n (n= 1,2,...,6). Em baixas concentrações do íon tiocianato, a espécie colorida predominante é [Fe(SCN)] 2+, já em uma concentração de tiocianato de 0,10 mol L -1 a espécie predominante é [Fe(SCN) 2 ] 1+ e em concentrações muito elevadas é a [Fe(SCN) 6 ] 3-. Na determinação colorimétrica deve-se usar um grande excesso de tiocianato, porque este aumenta a intensidade e também a estabilidade da cor. O Ferro(II) reage com a ortofentrolina para formar um complexo de cor vermelho-alaranjado [Fe(o-phen) 3 ] 2+, cujo comprimento de onda de máxima absorção é 510 nm. A intensidade da cor é independente da acidez no intervalo de ph de 3 a 12 e é estável por longos períodos. Assim o Fe(III) pode ser reduzido com cloreto de hidroxilamônio (hidroxilamina) para Fe(II), e este determinado com a adição de ortofenantrolina.

2 Ácidos fortes devem estar presentes para reprimir a hidrólise do ferro, entretanto o ácido sulfúrico não é recomendado, porque os íons sulfato têm certa tendência a formar complexos com os íons Fe(III). Nesses dois métodos usados para a determinação de ferro serão estudados os comportamentos dos complexos [Fe(SCN) 6 ] 3- e [Fe(o-phen) 3 ] 2+ com relação ao tempo, ph e excesso de ligante, a fim de identificar o melhor método para quantificação do ferro. Parte Experimental: - Vidrarias: 12 balões de 10,00 ml 1 micropipeta de volume variável de 20 a 200 µl 1 micropipeta de volume variável de 1000 a 5000 µl 2 buretas de 10,00 ml 8 béqueres de 25 ml 1 par de cubetas de vidro 3 conta-gotas Pisseta com água destilada - Reagentes: HCl concentrado Solução estoque de Fe(III) mmol L -1 NH 4 SCN 0,30 mol L -1 Solução saturada de NH 4 SCN NaOH 4 mol L -1 1,10-fenantrolina 0,30 % (m/v) NH 2 OH.HCl 10 % (m/v) Acetato de sódio 2 mol L -1 - Equipamento: Espectrofotômetro Balança analítica - Procedimento Analítico: Preparo do aparelho a) Ligar o espectrofotômetro na tomada (VERIFICAR A VOLTAGEM CORRETA); b) Esperar 15 minutos para estabilizar a lâmpada; c) Escolher o modo absorvância; d) Colocar a cubeta contendo água destilada no compartimento de leitura e clicar AUTOZERO; e) Colocar a cubeta contendo o complexo no equipamento e realizar a leitura de absorvância.

3 Sistema Fe(III)-tiocianato Espectro de absorção a) Pipetar 600 µl da solução estoque de Fe(III) para um balão de 10,00 ml; b) Acrescentar 400 µl da solução saturada de NH 4 SCN; d) Ler os valores de aborvância do complexo Fe(III)-tiocianato variando o comprimento de onda de 400 a 560 nm. Comprimento de onda / nm Comprimento de onde de máxima absorvância: Efeito do tempo a) Usar a solução prepara no item anterior para estudar o efeito do tempo na estabilidade do complexo Fe(III)-tiocianato; b) Ler a absorvância em intervalos regulares de 30 minutos por um período de 2 horas. Tempo / seg O complexo foi estável no intervalo estudado? Efeito do volume de complexante (tiocianato) a) Preparar 6 balões volumétricos de 10,00 ml usando 600 µl da solução estoque de b) Acrescentar diferentes volumes (de acordo com a tabela abaixo) de NH 4 SCN 0,30 mol L -1 com o auxílio de uma micropipeta; d) Ler os valores de absorvância do complexo Fe(III)-tiocianato para cada balão volumétrico.

4 Volume de NH 4 SCN / µl O volume de agente complexante alterou o valor de absorvância? Por quê? Efeito do ph do meio complexante a) Preparar 5 balões volumétricos de 10,00 ml usando 600 µl da solução estoque de b) Acrescentar 400 µl da solução saturada de NH 4 SCN; c) Acrescentar nos balões; 800 µl de HCl conc, 100 µl de HCl conc e 0, 2 e 3 gotas de NaOH 4 mol L -1, respectivamente; d) Agitar e completar o volume do balão com água destilada; e) Medir o ph de cada um dos balões; d) Ler os valores de aborvância do complexo Fe(III)-tiocianato variando o ph do meio. Balão ph O ph do meio alterou os valores de absorvância? Este complexo apresenta uma boa estabilidade quanto à acidez do meio? Sistema Fe(III)-1,10-fenantrolina Espectro de absorção a) Pipetar 400 µl da solução estoque de Fe(III) para um balão de 10,00 ml; b) Acrescentar 100 µl de hidroxilamina (NH 2 OH.HCl) 10 % (m/v) e agitar para reduzir o Fe(III) para Fe(II); c) Acrescentar 200 µl de acetato de sódio 2 mol L -1 e 200 µl de 1,10-fenantrolina 0,30 % (m/v); d) Completar o volume do balão com água destilada e homogeneizar; e) Ler os valores de aborvância do complexo [Fe(o-phen) 3 ] 2+ variando o comprimento de onda de 400 a 560 nm.

5 Comprimento de onda / nm Comprimento de onde de máxima absorvância: Efeito do tempo a) Usar a solução prepara no item anterior para estudar o efeito do tempo na estabilidade do complexo [Fe(o-phen) 3 ] 2+ ; b) Ler a absorvância em intervalos regulares de 30 minutos por um período de 2 horas. Tempo / seg O complexo foi estável no intervalo estudado? Efeito do volume de complexante (1,10-fenantrolina) a) Preparar 6 balões volumétricos de 10,00 ml usando 400 µl da solução estoque de b) Acrescentar 100 µl de hidroxilamina (NH 2 OH.HCl) 10 % (m/v) e agitar para reduzir o Fe(III) para Fe(II); c) Acrescentar 200 µl de acetato de sódio 2 mol L -1 e diferentes volumes (de acordo com a tabela abaixo) de 1,10-fenantrolina 0,30 % (m/v) com o auxílio de uma micropipeta; d) Agitar e completar o volume do balão com água destilada; e) Ler os valores de absorvância do complexo [Fe(o-phen) 3 ] 2+ para cada balão volumétrico. Volume de C 12 H 8 N 2 / µl O volume de agente complexante alterou o valor de absorvância?

6 Por quê? Efeito do ph do meio complexante a) Preparar 4 balões volumétricos de 10,00 ml usando 400 µl da solução estoque de b) Acrescentar 100 µl de hidroxilamina (NH 2 OH.HCl) 10 % (m/v) e agitar para reduzir o Fe(III) para Fe(II); c) Acrescentar 200 µl de 1,10-fenantrolina 0,30 % (m/v) com o auxílio de uma micropipeta; d) Acrescentar nos balões; 400 µl de HCl conc, 50 µl de HCl conc, 200 µl de acetato de sódio 2 mol L -1 e 3 gotas de NaOH 4 mol L -1, respectivamente. e) Agitar e completar o volume do balão com água destilada; e) Medir o ph de cada um dos balões; d) Ler os valores de absorvância do complexo [Fe(o-phen) 3 ] 2+ variando o ph do meio. Balão ph O ph do meio alterou os valores de absorvância? Este complexo apresenta uma boa estabilidade quanto a acidez do meio? Qual dos dois sistemas mostrou-se melhor para a determinação do ferro? Quantificação do teor de ferro(iii) em uma amostra desconhecida Curva Analítica a) Preparar 5 balões volumétricos de 10,00 ml usando diferentes volumes da solução estoque de b) Acrescentar os demais reagentes necessários para a reação colorimétrica do ferro com o ligante que apresentou melhores resultados nos estudos anteriores; d) Ler os valores de absorvância do complexo para cada balão volumétrico. Amostra desconhecida a) Preparar 1 balão volumétrico de 10,00 ml usando 350 µl da solução amostra; b) Acrescentar os demais reagentes necessários para a reação colorimétrica do ferro como realizado para preparar a curva analítica; d) Ler os valores de absorvância do complexo.

7 Padrão Volume da solução estoque de Fe(III) / µl [Fe(III)] / µmol L Amostra Amostra Amostra Questionário 1) Discutir clara, porém brevemente, os métodos tiocianato e 1,10-fenantrolina como reagentes colorimétricos para o ferro, incluindo nesta discussão os seguintes pontos: a) tempo de estabilidade do complexo formado, b) quantidade de reagente colorimétrico e c) efeito do ph do meio na formação do complexo. 2) Interpretar qualitativamente a curva de absorvância versus volume de 1,10- fenantrolina obtida experimentalmente. 3) Se o complexo [Fe(o-phen) 3 ] 2+ estiver dissociado apreciavelmente, o que você esperaria obter na curva de absorvância versus volume de 1,10-fenantrolina. 4) Sabe-se que o Fe(II) e a 1,10-fenantrolina formam um complexo 1:3 estável ([Fe(ophen) 3 ] 2+ ). A partir deste fato e dos dados obtidos na curva de absorvância versus volume de 1,10-fenantrolina calcule a concentração molar da 1,10-fenantrolina na solução original usada no laboratório. 5) Defina o sistema que você adotaria para realizar uma determinação quantitativa do ferro. Explique o por que da sua escolha. Relatório Introdução teórica, parte experimental, fluxograma do procedimento, dados obtidos, tratamento dos dados, questionário, conclusão, referências bibliográficas.