- O que é análise gravimétrica?
- -Tipos de gravimetria
- Direto
- Indireto
- -Precipitado
- Caracteristicas essenciais
- Alta pureza
- Composição conhecida
- Estabilidade
- Alta massa molecular
- Baixa solubilidade
- Partículas grandes
- Métodos de gravimetria
- Precipitação
- Eletrogravimetria
- Volatilização
- Mecânico ou simples
- Termogravimetria
- Formulários
- Exemplo de análise
- Fosfitos
- Conduzir
- Cálcio
- Níquel
- Referências
A gravimetria é um grande ramo da química analítica composta por uma série de técnicas cuja pedra angular em comum é a medição de massa. As massas podem ser medidas de inúmeras maneiras: direta ou indiretamente. Para alcançar tais medidas essenciais, as escalas; Gravimetria é sinônimo de massa e escalas.
Independentemente da rota ou procedimento selecionado para obtenção das massas, os sinais ou resultados devem sempre lançar luz sobre a concentração do analito ou espécie de interesse; caso contrário, a gravimetria não teria valor analítico. Isso equivaleria a afirmar que uma equipe trabalhou sem detector e ainda era confiável.
Balança velha pesando algumas maçãs. Fonte: Pxhere.
A imagem acima mostra uma escala antiga com algumas maçãs em seu prato côncavo.
Se a massa das maçãs fosse determinada com esta escala, teríamos um valor total proporcional ao número de maçãs. Agora, se eles fossem pesados individualmente, cada valor de massa corresponderia ao total de partículas de cada maçã; sua proteína, lipídio, açúcar, água, teor de cinzas, etc.
No momento, não há indícios de uma abordagem gravimétrica. Mas suponha que a balança pudesse ser extremamente específica e seletiva, negligenciando os outros constituintes da maçã e pesando apenas aquele de interesse.
Ajustada essa escala idealizada, pesar a maçã poderia determinar diretamente quanto de sua massa corresponde a um tipo específico de proteína ou gordura; quanta água ele armazena, quanto pesam todos os seus átomos de carbono, etc. Dessa forma, a composição nutricional da maçã seria determinada gravimetricamente.
Infelizmente, não há escala (pelo menos hoje) que possa fazer isso. No entanto, existem técnicas específicas que permitem que os componentes da maçã sejam separados física ou quimicamente; e então, e finalmente, pese-os separadamente e construa a composição.
O que é análise gravimétrica?
Descrito o exemplo das maçãs, quando a concentração de um analito é determinada pela medição de uma massa, falamos de uma análise gravimétrica. Essa análise é quantitativa, pois responde à pergunta 'quanto está aí?' em relação ao analito; mas ele não responde medindo volumes ou radiação ou calor, mas sim massas.
Na vida real, as amostras não são apenas maçãs, mas praticamente qualquer tipo de matéria: gás, líquido ou sólido. No entanto, qualquer que seja o estado físico dessas amostras, deve ser possível extrair delas uma massa ou diferença que possa ser medida; que será diretamente proporcional à concentração do analito.
Quando se diz "extrair uma massa" de uma amostra, significa obter um precipitado, que consiste em um composto que contém o analito, ou seja, ele mesmo.
Voltando às maçãs, para medir seus componentes e moléculas gravimetricamente é necessário obter um precipitado para cada uma delas; um precipitado para água, outro para proteínas, etc.
Depois de pesadas todas (após uma série de técnicas analíticas e experimentais), chegar-se-á ao mesmo resultado da balança idealizada.
-Tipos de gravimetria
Na análise gravimétrica, existem duas maneiras principais de determinar a concentração do analito: direta ou indiretamente. Esta classificação é global, e delas derivam métodos e inúmeras técnicas específicas para cada analito em certas amostras.
Direto
A análise gravimétrica direta é aquela em que o analito é quantificado por simples medição de uma massa. Por exemplo, se você pesar um precipitado de um composto AB, e conhecendo as massas atômicas de A e B, e a massa molecular de AB, você pode calcular a massa de A ou B separadamente.
Todas as análises que produzem precipitados de cujas massas a massa do analito é calculada são gravimetria direta. A separação dos componentes da maçã em diferentes precipitados é outro exemplo desse tipo de análise.
Indireto
Em análises gravimétricas indiretas, as diferenças de massa são determinadas. Aqui é realizada uma subtração, que quantifica o analito.
Por exemplo, se a maçã na balança for pesada primeiro e depois aquecida até a secura (mas sem queimar), toda a água se evaporará; ou seja, a maçã perderá todo o seu teor de umidade. A maçã seca é pesada novamente, e a diferença nas massas será igual à massa da água; portanto, a água foi quantificada gravimetricamente.
Se a análise fosse direta, um método hipotético teria que ser desenvolvido pelo qual toda a água poderia ser subtraída da maçã e cristalizada em uma balança separada para pesagem. Obviamente, o método indireto é o mais fácil e prático.
-Precipitado
Pode parecer simples obter um precipitado à primeira vista, mas realmente envolve certas condições, processos, uso de agentes mascaradores e agentes precipitantes, etc., para poder separá-lo da amostra e estar em perfeitas condições para ser pesado.
Caracteristicas essenciais
O precipitado deve atender a uma série de características. Alguns deles são:
Alta pureza
Se não fosse puro o suficiente, as massas das impurezas seriam consideradas como parte das massas do analito. Portanto, os precipitados devem ser purificados, seja por lavagem, recristalização ou por qualquer outra técnica.
Composição conhecida
Suponha que o precipitado possa sofrer a seguinte decomposição:
OLS 3 (s) => MO (s) + CO 2 (g)
Acontece que não se sabe quanto de MCO 3 (carbonatos metálicos) se decompôs em seu respectivo óxido. Portanto, a composição do precipitado não é conhecida, uma vez que pode ser uma mistura de MCO 3 · MO ou MCO 3 · 3MO, etc. Para resolver isso, é necessário garantir a decomposição completa do MCO 3 em MO, pesando apenas MO.
Estabilidade
Se o precipitado é decomposto por luz ultravioleta, calor ou pelo contato com o ar, sua composição não é mais conhecida; e é novamente antes da situação anterior.
Alta massa molecular
Quanto maior a massa molecular do precipitado, mais fácil será a pesagem, pois quantidades menores serão necessárias para registrar a leitura da balança.
Baixa solubilidade
O precipitado deve ser suficientemente insolúvel para ser filtrado sem maiores complicações.
Partículas grandes
Embora não seja estritamente necessário, o precipitado deve ser o mais cristalino possível; ou seja, o tamanho de suas partículas deve ser o maior possível. Quanto menores suas partículas, mais gelatinoso e coloidal ele se torna e, portanto, requer mais tratamento: secagem (remoção do solvente) e calcinação (tornando sua massa constante).
Métodos de gravimetria
Dentro da gravimetria, existem quatro métodos gerais, que são mencionados abaixo.
Precipitação
Já mencionados ao longo das subseções, eles consistem em precipitar quantitativamente o analito para determiná-lo. A amostra é tratada física e quimicamente para que o precipitado seja o mais puro e adequado possível.
Eletrogravimetria
Nesse método, o precipitado é depositado na superfície de um eletrodo por meio do qual uma corrente elétrica passa para dentro de uma célula eletroquímica.
Este método é amplamente utilizado na determinação de metais, uma vez que são depositados, seus sais ou óxidos e, indiretamente, suas massas são calculadas. Os eletrodos são pesados antes de entrar em contato com a solução na qual a amostra foi dissolvida; então, ele é pesado novamente assim que o metal é depositado em sua superfície.
Volatilização
Nos métodos de volatilização gravimétrica, as massas dos gases são determinadas. Esses gases são originados de uma decomposição ou reação química que a amostra sofre, os quais estão diretamente relacionados ao analito.
Por se tratar de gases, é necessário usar uma armadilha para coletá-los. A armadilha, como os eletrodos, é pesada antes e depois, calculando indiretamente a massa dos gases coletados.
Mecânico ou simples
Este método gravimétrico é essencialmente físico: é baseado em técnicas de separação de misturas.
Por meio de filtros, peneiras ou peneiras, os sólidos são coletados da fase líquida e pesados diretamente para determinar sua composição sólida; por exemplo, a porcentagem de argila, resíduos fecais, plásticos, areia, insetos, etc., em um riacho.
Termogravimetria
Este método consiste, ao contrário dos outros, em caracterizar a estabilidade térmica de um sólido ou material por meio de suas variações de massa em função da temperatura. Uma amostra quente pode ser praticamente pesada com uma termobalança, e sua perda de massa é registrada com o aumento da temperatura.
Formulários
Em termos gerais, são apresentados alguns usos da gravimetria, independentemente do método e da análise:
-Separa diferentes componentes, solúveis e insolúveis, de uma amostra.
-Realizar uma análise quantitativa em um tempo menor quando não for necessário construir uma curva de calibração; a massa é determinada e sabe-se imediatamente quanto do analito está na amostra.
-Não só separa o analito, mas também o purifica.
-Determine a porcentagem de umidade de cinzas e sólidos. Da mesma forma, com uma análise gravimétrica, seu grau de pureza pode ser quantificado (desde que a massa das substâncias poluentes não seja inferior a 1 mg).
-Permite caracterizar um sólido por meio de um termograma.
-O manuseio de sólidos e precipitados costuma ser mais simples que o de volumes, facilitando certas análises quantitativas.
-Nos laboratórios de ensino, é utilizado para avaliar o desempenho dos alunos nas técnicas de calcinação, pesagem e utilização de cadinhos.
Exemplo de análise
Fosfitos
Uma amostra dissolvida em meio aquoso pode ser determinada para seus fosfitos, PO 3 3-, pela seguinte reação:
2HgCl 2 (aq) + PO 3 3- (aq) + 3H 2 O (l) ⇌ Hg 2 Cl 2 (s) + 2H 3 O + (aq) + 2Cl - (aq) + 2PO 4 3- (aq)
Observe que o Hg 2 Cl 2 precipita. Se o Hg 2 Cl 2 é pesado e seus moles são calculados, ele pode ser calculado seguindo a estequiometria da reação quanto PO 3 3- era originalmente. Um excesso de HgCl 2 é adicionado à solução aquosa da amostra para garantir que todo o PO 3 3- reaja para formar o precipitado.
Conduzir
Se, por exemplo, um mineral contendo chumbo é digerido em um meio ácido, os íons Pb 2+ podem se depositar como PbO 2 em um eletrodo de platina por técnica eletrogravimétrica. A reação é:
Pb 2+ (aq) + 4H 2 O (l) ⇌ PbO 2 (s) + H 2 (g) + 2H 3 O + (aq)
O eletrodo de platina é pesado antes e depois, e assim a massa de PbO 2 é determinada, a partir da qual, com um fator gravimétrico, a massa de chumbo é calculada.
Cálcio
O cálcio em uma amostra pode ser precipitado pela adição de ácido oxálico e amônia à sua solução aquosa. Desta forma, o ânion oxalato é gerado lentamente e produz um melhor precipitado. As reações são:
2NH 3 (aq) + H 2 C 2 O 4 (aq) → 2NH 4 + (aq) + C 2 O 4 2- (aq)
Ca 2+ (aq) + C 2 O 4 2- (aq) → CaC 2 O 4 (s)
Mas o oxalato de cálcio é calcinado para produzir óxido de cálcio, um precipitado com uma composição mais definida:
CaC 2 O 4 (s) → CaO (s) + CO (g) + CO 2 (g)
Níquel
E, finalmente, a concentração de níquel de uma amostra pode ser determinada gravimetricamente usando dimetilglioxima (DMG): um agente precipitante orgânico, com o qual se forma um quelato que precipita e tem uma cor avermelhada característica. O DMG é gerado no local:
CH 3 COCOCH 3 (aq) + 2NH 2 OH (aq) → DMG (aq) + 2H 2 O (l)
2DMG (aq) + Ni 2+ (aq) → Ni (DMG) 2 (s) + 2H +
O Ni (DMG) 2 é pesado e um cálculo estequiométrico determina quanto níquel a amostra continha.
Referências
- Day, R., & Underwood, A. (1989). Quantitative Analytical Chemistry (quinta ed.). PEARSON Prentice Hall.
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- Capítulo 12: Métodos Gravimétricos de Análise.. Recuperado de: web.iyte.edu.tr
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- Análise gravimétrica. Recuperado de: chem.tamu.edu
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (19 de fevereiro de 2019). Definição de análise gravimétrica. Recuperado de: Thoughtco.com
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