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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
ENGENHARIA QUMICA
QUMICA ANALTICA EXPERIMENTAL
VOLUMETRIA DE COMPLEXAO ANLISE DE Ca2+ EM LEITE EM P
ALUNOS:
EVANDRO SERAFIM MORAIS FAGNER FERREIRA DA COSTA
LUIZ HENRIQUE BECKER MOREIRA
Data de entrega: 06/03/14
MANAUS 2014
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Objetivos
Determinar a concentrao de Ca2+ em amostra de leite em p,
expressando-a em ppm.
Identificar as limitaes da titulao complexomtrica com EDTA.
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MATERIAL E REAGENTES
Tabela 1: Lista de material e reagentes utilizados na prtica
Material Reagentes Balo volumtrico de 100 mL gua deionizada Balo
volumtrico de 250 mL gua destilada Balo volumtrico de 1 L Cloreto
de amnio Basto de vidro Cloreto de Sdio Bcher de 100 mL
Fenolftalena Bureta de 50 mL Hidrxido de amnio concentrado
Erlenmeyers de 250 mL Hidrxido de sdio 0,5 M Frasco plstico para
250 mL Negro de eriocromo T slido Funil de haste longa Sulfato de
magnsio Pipeta de 1 mL Pipeta volumtrica de 10 mL Pipeta graduada
de 20 mL Pipeta de 50 mL Pipeta de Pasteur com pra Proveta de 50 mL
Proveta de 100 mL Vidros de relgio
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Esta prtica foi realizada em conjunto com toda sala, de maneira
que em determinados itens o
presente grupo no teve contato direto com estas etapas e, sendo
assim, elas sero apenas
citadas de acordo com o roteiro do procedimento. As etapas com
um asterisco (*) ao lado foram
realizadas por outras equipes.
Preparo de padro primrio: EDTA (0,02 M)
Pesou-se, em uma balana analtica, 7,4402 g de sal dissdico
dentro de um bcher,
transferindo-se esta massa para um balo de 1 L, avolumando-se em
seguida com gua
deionizada at atingir o menisco. Foi tomado o cuidado de no
perder o contedo no bcher,
lavando-se o mesmo a transferindo-o ao balo o mximo de vezes
possvel.
Preparo de soluo 0,002 M de EDTA
Aps esta etapa, fez-se a diluio de 2,5 mL desta soluo de EDTA
0,02 M em 25 mL de gua
destilada.
*Preparo de soluo tampo de pH 10
Dissolveu-se 17,5534 g de cloreto de amnio em 50 mL de gua
deionizada e transferiu-se este
contedo para um balo volumtrico de 250 mL, adicionando-se 142 mL
de soluo de amnio
concentrada. Completou-se o volume com gua deionizada. A soluo
resultante foi estocada
em um frasco.
*Preparo da mistura slida indicadora
Misturou-se 0,1 g de negro de eriocromo T com 9,9 g de cloreto
de sdio slido.
*Preparo de soluo 0,002 M de sulfato de magnsio
Dissolveu-se 0,0539g de sulfato de magnsio heptahidratado em 100
mL de gua destilada.
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*Preparo de soluo 0,02 M de Mg-EDTA (soluo A)
A 75 mL da soluo padro de EDTA adicionou-se 0,37 g de sulfato de
magnsio
heptahidratado, agitando-se at dissolver o sal. Aps isto,
adicionou-se uma gota de
fenolftalena e gotejou-se lentamente hidrxido de sdio 0,5 M at
colorao levemente rosada.
Separou-se 5 mL da soluo A, e utilizou-se o tampo de pH 10 para
tamponar o sistema,
adicionando-se posteriormente uma pitada do indicador. Por fim,
a soluo adquiriu uma
tonalidade violeta.
Determinao de clcio em leite
Pesou-se 2,0000 g de leite em uma balana analtica dentro de um
erlenmeyer de 250 mL,
diluindo este contedo com 50 mL de gua. Repetiu-se o processo, j
que foi feito em duplicata.
Aps isto, vedou-se os frascos com plstico a fim de evitar
qualquer tipo de contaminao.
Aps o preparo da soluo tampo por outra equipe, transferiu-se
desta 15 mL para o frasco
contendo a soluo contendo leite. Adicionou-se ento 5 mL da soluo
Mg-EDTA e uma
pitada da mistura indicadora negro de eriocromo, titulando-se em
seguida cada amostra com o
padro primrio de EDTA preparado no incio da prtica. A cor
observada do titulado antes do
ponto de viragem foi o amarelo. As cores nos dois pontos de
viragem seguintes foram
primeiramente o marrom e depois uma mistura de verde com
azul.
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REFERENCIAL TERICO
Complexos
Em qumica analtica, muito comum o uso de reaes de complexao na
titulao de
ctions. Estes podem ser extrados de uma soluo para outra por
meio de um complexo.
Complexos importantes para a qumica analtica so aqueles em que
uma mesma molcula
consegue realizar mltiplas ligaes com ons metlicos. Um complexo
formado por uma
molcula que oferece um ou mais pares de eltrons desemparelhados
e um ction ou tomo
metlico que aceita o par ou pares de eltrons, criando assim uma
ligao covalente.
Figura 1. Complexo formado por duas molculas de glicina e um
tomo de cobre . Disponvel em:
A molcula de glicina possui dois ligantes, com pares de eltrons
desemparelhados
provenientes do grupo carbonila e amina presentes na molcula. Se
uma molcula possui um
grupo ligante, diz-se que ela dentada, se possui dois grupos
ligantes, bidentada, e assim por
diante. Quando um on metlico coordena-se com dois ou mais grupos
doadores de um nico
ligante para formar um anel heterocclico, como no caso da
glicina, formado um quelato. A
palavra quelato deriva de uma palavra grega e significa garra. A
importncia dos quelatos nas
reaes de complexao reside no fato que o EDTA, um importante
reagente na
complexometria, um quelato. (Skoog, 2005)
EDTA (cido Etilenodiaminotetractico)
O quelato mais utilizado em anlises qumicas o EDTA. Formado por
um sistema
tetraprtico, ele designado por H4Y.
Figura 2. EDTA na forma neutra Disponvel em:
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Em um sistema formado pela reao do EDTA com um ction ou tomo
metlico, ns
podemos determinar a frao de EDTA que no complexou, atravs da
frmula a seguir:
4 = [4]
=
1234[+]4 + 1 [
+]3 + 1 2[+]2 + 123[
+] + 1234
Essa frmula representa a frao de Y4- que no complexou e
permanece livre na
soluo. Isso no significa, no entanto, que no haja outras espcies
que no complexaram na
soluo. Pode, verdade, haver tanto Y4- quanto HY3- ou outras
espcies na soluo. O valor de
Y4- varia com o pH da soluo que se encontra dissociado. Como o
EDTA se comporta como
um cido, em solues alcalinas ele se dissociar em maior extenso,
enquanto que em solues
cidas a dissoluo no ocorre de modo to imperativo.
Uma tabela com valores de Y4- dada abaixo para vrios valores de
pH:
Tabela 2: Valores de Y4- para vrios valores de pH
pH 4 pH 4
2.0 2.6x10-14 7.0 3.8x10-4
3.0 2.1x10-11 8.0 4.2x10-3
4.0 3.0x10-9 9.0 0.041 5.0 2.9x10-7 10.0 0.30
6.0 1.8x10-5 11.0 0.81
12.0 0.98
A constante de equilbrio para a reao de EDTA na formao de um
complexo pode
ser assim descrita:
+ + 4 4
= [4]
[+][4]
O fato de que Y4- est representando a constante de formao no
deve ser interpretado
como se ele fosse a nica espcie a reagir na complexao. De fato
outras espcies tambm
reagem. O que a constante de formao indica apenas o equilbrio
qumico que existe entre o
complexo e o ction. No entanto, interessante que ns saibamos o
que acontece com todos as
espcies dissociadas do EDTA. Para isso, introduzir o conceito de
constante de formao
condicional essencial. Por meio da manipulao da frao no
dissociada de EDTA Y4- e da
constante de formao, possvel chegar frmula:
= 4 =
[4]
[+][]
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Essa frmula nos ajuda a trabalhar com o EDTA como se todos
estivessem dissociados
em uma s forma. Isso significa que [EDTA] pode ser encarado como
a concentrao de todas
as espcies de EDTA que no complexaram. Ao utilizarmos esse
conceito, possvel
simplificar os clculos titulomtricos advindos de reaes de
complexao com o EDTA.
Titulao com EDTA
Como o valor de Y4- varia com o pH, reaes com EDTA somente
ocorrem em
solues tamponadas. Isso garante que as fraes de cada espcie
proveniente do EDTA no se
alterem de maneira significativa, e assim ns possamos
simplificar os clculos. A seguir ns
mostramos um mtodo geral para a titulao de um ction utilizando
EDTA a um pH fixado por
um tampo.
Se a constante de formao condicional for grande, pode-se assumir
que a complexao
ocorre totalmente.
+ + 4
Por isso, na primeira etapa da titulao, ou seja, antes do ponto
de equivalncia, a
concentrao de Mn+ dada por seu excesso. No h necessidade do uso
da constante de
equilbrio.
No ponto de equivalncia, todo o ction foi consumido pelo EDTA, e
h agora uma
pequena dissociao proveniente do complexo. Ns podemos tratar a
dissociao como se o
complexo fosse preparado apenas diluindo-o no solvente.
Portanto, nesta etapa, usa-se a
equao da constante de formao condicional.
Aps o ponto de equivalncia, h excesso de EDTA. Todo o Mn+ foi
utilizado e todo o
complexo que poderia ser formado foi formado. Novamente, o
equilbrio que dita quanto de
Mn+ ainda ser dissociado, e a constante de formao condicional
usada novamente, apenas
usando os valores do excesso de EDTA e a quantidade de complexo
formada.
Indicador
Usar um indicador de on metlico o jeito mais utilizado para se
determinar o ponto
final de uma titulao de complexao. O indicador deve reagir com o
on a ser analisado.
Quando isto acontece, a espcie ction-indicador apresenta uma
certa cor. Quando EDTA
comea a ser adicionado, ele reage com o ction, uma vez que o
indicador deve se ligar ao
ction com menos fora que o EDTA. Aps o EDTA consumir todo o
ction livre na soluo e
o ction proveniente da espcie ction-indicador, h uma mudana de
cor na soluo devido
mudana do indicador. H vrios indicadores de ons metlico,
dependendo do pH a ser usado.
Para a identificao de clcio em leite por meio de titulao com
EDTA, objetivo deste
relatrio, o negro de eriocromo pode ser utilizado. Este
indicador funciona bem para o pH em
torno de 10 em uma soluo tampo. A cor que indicar o fim da
titulao o azul.
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RESULTADOS
A anlise do on Ca2+ pode ser realizada atravs da formao de seu
complexo com
EDTA (denotado por H4Y), o qual bastante estvel, podendo assim
ser medido.
O EDTA se dissocia em solues aquosas em quatro espcies, H3Y-,
H2Y
2-, HY3- e Y4-;
porm, em solues com pH > 10 a espcie predominante Y4-, Outro
fato de interesse que o
EDTA sempre forma complexos na proporo 1:1, simplificando
clculos estequiomtricos.
Assim, a titulao realizada nesse experimento tem seus clculos
bastante simplificados.
A primeira etapa do experimento consistiu no preparo da soluo de
EDTA a partir do
sal dissdico de EDTA (Na2H2Y), que regida pela equao:
22() + 2 2() 2 ()+ + 2()
2 + 2 2()
E a concentrao real da soluo de EDTA obtida dada por:
=
=
1
=
7,4402
372,24
1
1 = 0,0199
A prxima etapa relevante de se equacionar a adio do indicador
negro de eriocromo
soluo a ser titulada, o qual complexa o ction metlico. Um fato
importante que o
equilbrio descrito pela reao a seguir (na qual Ind representa o
indicador negro de eriocromo)
existe at o ponto de equivalncia da reao ser atingido, pois h um
excesso de ons Ca 2+:
()2+ + ()
3 [](),
Que rapidamente substitudo pelo equilbrio, a seguir, ao menor
excesso de EDTA, no
qual a espcie HY3- est presente devido ao excesso de EDTA:
[](), + ()
3 ()2 + [](),
2
Porm, a complexao do clcio pelo indicador muito fraca, o que
interferiria na
identificao do ponto de equivalncia, ento a adio de Mg-EDTA tem
como propsito
auxiliar na deteco do ponto de equivalncia, pois o Mg2+
complexado mais fortemente pelo
indicador. Na presena do Mg2+, as reaes que ocorrem entre o Mg2+
e o indicador so as
seguintes:
()2+ + ()
3 [](),
[](), + ()
3 ()2 + [](),
2
Finalizando, com isso, as equaes mais importantes envolvidas na
titulao.
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Em uma titulao complexomtrica utilizando EDTA deve-se proceder
utilizando as
constantes de formao do complexo, como apresentado na
fundamentao terica, porm, a
constante de formao condicional do CaY2- bastante elevada, de
modo que podemos
considerar aproximadamente que a reao de complexao do Ca2+:
2+ + 4 2
Ocorre totalmente. Logo, a quantidade de Ca2+ na soluo titulada
ser
aproximadamente igual quantidade de EDTA utilizado na titulao at
o ponto final ter sido
atingido, que pode ser calculado da seguinte forma:
2+ = =
Onde nX representa o nmero de mols da espcie X, VEDTA o volume
da soluo de
EDTA utilizado na titulao e CEDTA a concentrao da soluo de EDTA
utilizada na titulao.
A massa correspondente de Ca2+ , ento, obtida por:
2+ = 2+
Onde mCa2+ a massa de Ca2+, nCa2+ o nmero de mols de Ca
2+ e MMCa a massa
molar do clcio (40,078 g/mol).
A quantidade Ca2+ relativa quantidade de leite em p analisada,
em ppm, dada por:
= 2+
Onde mX a massa de X, e Cppm a concentrao em ppm de Ca2+ no
leite em p
analisado.
Todos os resultados dos clculos esto dispostos na tabela a
seguir:
Tabela 3: Resultados dos clculos
Amostra Massa
de leite
Volume de
titulante
utilizado
Concentrao
do titulante
utilizado
Nmero de
mols de Ca2+
na amostra
Massa
total de
Ca2+ na
amostra
Concentrao
de Ca2+ no leite
01 2,0000 g 26,6 mL 0,0199 mol/L 0,529 mmol 21,2 mg 10600 ppm 02
2,0000 g 26,8 mL 0,0199 mol/L 0,533 mmol 21,4 mg 10700 ppm
MDIA 2,0000 g 26,7 mL 0,0199 mol/L 0,531 mmol 21,3 mg 10650
ppm
Tendo como referncia o valor de Ca apresentado no rtulo da
embalagem do leite em
p analisado, cuja concentrao de Ca 9462 ppm, a anlise teve um
erro percentual de
+12,6%, o que pode ser explicado pelos seguintes fatores:
1. A amostra de leite analisada estava fora de seu prazo de
validade.
2. Durante a titulao, a cor do titulado mudava muito pouco,
tanto que foi necessrio
interromper a titulao antes de um ponto final NTIDO, devido a
limitaes de horrio; com
isso, a titulao foi interrompida quando o titulado apresentava
uma tonalidade muito diferente
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da apresentada pela literatura pesquisada, a qual deveria ser um
azul forte, diferente da cor
obtida na titulao, que era um azul-esverdeado leitoso.
3. No leite pode haver outros ctions metlicos que podem
interferir na titulao, porm
a interferncia devida a esse fator pequena, visto que os ctions
complexados na faixa de pH
utilizada predominantemente so o Ca2+ e o Mg2+.
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CONCLUSO
A anlise de ons metlicos, como o Ca2+, pode ser feita utilizando
a volumetria de
complexao. Entretanto, o procedimento deve ser bem planejado
devido ao procedimento ser
muito sensvel aos interferentes, como variaes de pH (que podem
ser evitadas com o uso de
uma soluo tampo), outros ctions metlicos que podem estar
presentes na soluo (que
podem ser mascarados utilizando determinados agentes
mascarantes, como o on cianeto). Para
clculos mais precisos, devem-se utilizar as constantes de formao
dos complexos. Outro fator
a se considerar a quantidade de indicador, pois a mesmo afetar o
equilbrio da soluo antes e
durante o ponto de equivalncia.
Os resultados obtidos nesse experimento corroboram essa ideia,
no sentido de que os
interferentes tm papel crucial em uma anlise volumtrica,
especificamente, no experimento
conduzido, visto que a amostra analisada uma mistura de diversas
substncias, as quais podem
ter gerado interferentes.
Vale ressaltar ainda, que a volumetria de complexao uma tcnica
precisa, desde que
suas limitaes sejam observadas e respeitadas.
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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
BACCAN, N.; Andrade, J. C.; Godinho, O. E. S.; BARONE, J. S.
Qumica Analtica
Quantitativa Elementar, 2.ed. Campinas: Editora da UNICAMP,
1995.
HARRIS. Analise Qumica Quantitativa. 7.ed., Rio de Janeiro:
LTC-Livros Tcnicos e
Cientficos, 2005.
OHLWEILER, Otto Alcides (1974). Qumica analtica quantitativa.
Braslia: Tcnica
Cientfica.
PATNAIK, P. (2004). Dean's Analytical Chemistry Handbook. McGraw
Hill Professional
SKOOG, Douglas A. Fundamentos de qumica analtica. So Paulo:
Thomson, 2006.
VOGEL. Anlise qumica quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC,
2002. 462 p.