Métodos Clássicos de Separação

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1 Analítica V: Aula 9: Métodos Clássicos de Separação Prof. Rafael Sousa Departamento de Química - ICE [email protected] Notas de aula:

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

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 (EVAPORAÇÃO) antes do teste com o reagente precipitante 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 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

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

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 (composição elementar): Alguns metais(sbe Sn), As, C, N, Se e os halogênios (formam compostos voláteis após reações específicas )

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)

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 forma H 2 S a partir de reação com ácidos Ex: S H + H 2 S (g) Nitrogênio se na forma de NH + 4 volatiliza como NH 3 em sol. alcalinas se na forma de 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 e Sn), As Volatilizam-se como cloretos (Podem ser separados de outros elementos e entre si) As (III) + 3Cl - H + Cl 3 As (g)

12 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 (A) 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)

14 Uso: separação e purificação de substâncias Substâncias mais polares ou iônicas fase aquosa Substâncias mais apolares fase orgânica Escolha do solvente: 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 4 : 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

15 Na 8ª prática Calcular o K para o I D 2entre: Água / éter Água/ diclorometano Água / tetracloreto de carbono OBJETIVO: entender como 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 AULA prática (comparação entre solventes diferentes): Trabalhar de forma padronizada: MESMO VOLUME DE AMOSTRA EM SOLUÇÃO AQUOSA (10 ml) + MESMO VOLUME DE SOLVENTE (10 ml)

17 Aplicações 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-líquidopara substâncias orgânicas no sólido Sólido-líquidolíquido parasubstâncias 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)

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

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

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 Entendendo melhor... a precipitação é o inverso da solubilização k BaSO 4 (s) 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) 2 (s)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).

26 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)